EP2495403A2 - Steam turbine with inductive heating - Google Patents

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EP2495403A2
EP2495403A2 EP12151594A EP12151594A EP2495403A2 EP 2495403 A2 EP2495403 A2 EP 2495403A2 EP 12151594 A EP12151594 A EP 12151594A EP 12151594 A EP12151594 A EP 12151594A EP 2495403 A2 EP2495403 A2 EP 2495403A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam turbine
guide
blade carrier
guide blade
inductive heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12151594A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2495403A3 (en
Inventor
Martin Zien
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2495403A2 publication Critical patent/EP2495403A2/en
Publication of EP2495403A3 publication Critical patent/EP2495403A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the condensate is sucked out of the steam channel through slots in the hollow guide vanes.
  • the condensed water can not form droplets that are torn by the flow of steam from the vanes into the flow channel and then impinge on the blades.
  • the hollow guide vane is flowed through by hot steam and thus heats the condensate, which settles on her, so that this evaporates again.
  • the object is achieved with respect to the steam turbine by the features of independent claim 1.
  • the object is achieved by the features of the independent method claim 8.
  • the turbine blade according to the invention comprising at least one rotor with a number of blades arranged on the rotor, and a guide blade carrier with a number of blades arranged in the guide blade carrier, wherein the guide blade carrier and / or the stator blades are heated to prevent drop impact erosion, is characterized in that the heating of the guide blade carrier and / or of the guide vanes takes place inductively.
  • the heating can take place both in the guide vane carrier or in / on individual or all vanes of the steam turbine. How large the inductive heating is to be formed, depends on the amount of accumulating condensate and the heating power of the inductive heating. It is advantageous uniform heating along the circumference, to avoid stresses due to Temperaturgradienden.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that induction coils are arranged in the guide blade carrier and / or in the guide vanes.
  • the arrangement of induction coils in recesses, in particular holes in the guide blade carrier and / or in the guide vanes, the inductive heating can be performed easily and at the same time robust.
  • the induction coils are protected in the guide vane and / or the vanes.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the induction coil is supplied with electrical energy inductively or galvanically.
  • the inductive or galvanic supply is particularly unsusceptible and robust.
  • the steam turbine comprises at least one temperature sensor which outputs an output signal which serves as an input signal of a control and / or regulation of the inductive heating.
  • the temperature of the inductive heating can be individually controlled and regulated, so that a particularly energy-efficient operation is made possible and thus the energy costs can be kept as low as possible.
  • the steam turbine preferably has a control unit for controlling, regulating and / or supplying energy to the inductive heating.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the induction coil for protection against moisture in a water-impermeable matrix, preferably a glass or ceramic matrix is embedded. As a result, it is effectively prevented that moisture can reach the induction coil and impairs the function of the inductive heating.
  • the water-impermeable matrix provides additional mechanical protection for the induction coil and fixes it without play in the recess of the guide vanes or the guide vane carrier.
  • the method according to the invention for operating a steam turbine is characterized in that inductive heating of the guide blade carrier and / or the guide blade takes place at least when defined operating states are reached.
  • the defined operating conditions are preferably defined so that upon reaching a certain amount of condensate, the heating begins, and so the condensate evaporates as completely as possible on the guide vane or on the vane carrier, so that there is no droplet formation on the vanes, which then from would be entrained in the steam flow and would hit the rapidly rotating blades of the steam turbine.
  • the steam turbine according to the invention makes it possible for the first time to realize a heating of the guide vanes and / or of the guide blade carrier with small outflow surfaces. As a result, an effective protection against drop impact erosion is made possible for the first time. Inductive heating is robust and cost-effective.
  • FIG. 1 shows a low-pressure stage group of a steam turbine.
  • the steam turbine comprises at least one rotor 1, with a number of rotor blades 1 arranged on the rotor 1.
  • the low pressure stage group comprises in the exemplary embodiment two rows.
  • the steam turbine comprises a guide blade carrier 3 with a number of guide vanes 4 arranged in the guide blade carrier 3.
  • the guide blade carrier 3 and the guide vanes 4 are inductively heated. By heating the condensate, which condenses out of the steam flow and settles in the form of water in the guide vanes 4 and the guide vane 3, again evaporated. This can not form small droplets, which would then be entrained by the steam flow.
  • the droplets would otherwise impinge on the high speed rotating blades 2 and cause drop impact erosion thereon.
  • the drop impact erosion would lead, in particular at the leading edge of the rotor blades 2, to a destruction of the rotor blades 2 and thus to a deteriorated aerodynamics.
  • the inductive heater 5 is based on the physical effect that electrically conductive bodies are heated by eddy losses generated in them.
  • an alternating magnetic field is generated via an induction coil 6 through which a low-frequency alternating current 9 flows, which induces eddy currents in the material, ie in the guide blade 2 or in the guide blade carrier 3.
  • a low-frequency alternating current 9 flows, which induces eddy currents in the material, ie in the guide blade 2 or in the guide blade carrier 3.
  • the guide vane 3 is formed of a gyromagnetic material, it will in addition to Ummagnetmaschineshneen which cause further heating.
  • the inductive heating can be arranged both in the guide blade carrier 3 and in the guide vanes 4.
  • An arrangement of the inductive heating in the guide vanes 4, however, is advantageous in that the heating takes place directly over the guide vanes 4 and thus ensures a better evaporation of the condensate.
  • the structure of the inductive heater 5 is off FIG. 2 seen.
  • the figure shows a detailed view A, which in FIG. 1 5.
  • the guide vane 4 is arranged in the guide vane carrier 3 and provided with an inductive heating 5.
  • the inductive heating of the vane 4 is achieved by an induction coil 6, which is traversed by a low-frequency alternating current.
  • the induction coil 6 is arranged in the guide vane 4 in a recess 7, which is in the form of a bore. Due to the arrangement of the induction coil 6 in the recess 7, the induction coil 6 is well protected against mechanical effects and at the same time securely fixed.
  • the induction coil 6 can be supplied via lines, inductively or galvanically with electrical energy.
  • the induction coil 6 is embedded in a water-impermeable matrix 8.
  • the matrix is formed as a glass or ceramic matrix.
  • the steam turbine according to the invention preferably has at least one temperature sensor which outputs an output signal which serves as input signal to a control or regulation of the inductive heating 5. Furthermore, a control unit for controlling, regulating and / or supplying energy to the inductive heating is provided.
  • the control unit is preferably located outside the housing to protect it from moisture and high temperatures.
  • the temperature sensor and the control unit are designed so that inductive heating of the vane 4 and / or the vane carrier 3 takes place upon reaching defined operating states.
  • the control unit ensures that the inductive heating takes place in such a way that the resulting condensate evaporates substantially completely so that no drops from the guide blade can be torn into the steam flow.
  • the control unit also ensures that not too much energy is used for heating, i. E.
  • each vane 4 has an inductive heating. Due to the uniform distribution of the inductive heating or the induction coils 6, a uniform heating along the circumference of the steam turbine is ensured, whereby a thermal distortion of components is avoided. Under certain circumstances, it is also sufficient to provide each second or third vane with an inductive heating 5.
  • a solar energy system can be provided.
  • a solar energy plant is particularly suitable if the steam turbine is a steam turbine for a solar thermal power plant.

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Abstract

The steam turbine has multiple rotating blades (2) arranged a rotor (1), and multiple guide blades (4) arranged in a guide blade carrier (3). The guide blade carrier and the guide blades are heated to avoid droplet erosion, where the heating (5) of the guide blade carrier and the guide blade take place in an inductive manner. An independent claim is also included for a method for operating steam engine.

Description

Bei Dampfturbinen und insbesondere in den Niederdruckstufen von Dampfturbinen herrschen Dampfzustände, die lokal zur Auskondensation des Dampfes zu Wasser führen. Dieses Wasser wird in Form von Tröpfchen mit der Dampfströmung mittransportiert. Treffen diese Wassertröpfchen auf die schnell rotierenden Laufschaufeln der Niederdruckstufe, kommt es dort insbesondere an den Eintrittskanten der Laufschaufeln, zur sogenannten Tropfenschlagerosion. Diese sorgt für einen starken Materialabtrag, der zum einen die aerodynamischen Eigenschaften der Laufschaufeln negativ beeinträchtigt und gleichzeitig zu einer verminderten Lebensdauer der Laufschaufeln führt. Besonders ausgeprägt ist dieses Verhalten an der Außenseite des Dampfkanals der Dampfturbine wo die Umfangsgeschwindigkeit der Laufschaufeln am höchsten ist.In steam turbines and in particular in the low-pressure stages of steam turbines prevail steam conditions that lead locally to the condensation of the steam to water. This water is transported in the form of droplets with the steam flow. If these water droplets hit the fast-rotating blades of the low-pressure stage, they hit the leading edges of the blades, the so-called drop impact erosion. This ensures a high level of material removal, which negatively affects the aerodynamic properties of the blades and at the same time leads to a reduced service life of the blades. This behavior is particularly pronounced on the outside of the steam duct of the steam turbine where the peripheral speed of the blades is highest.

Zur Vermeidung der Tropfenschlagerosion werden Hohlleitschaufeln ausgebildet, wobei es zwei unterschiedliche Varianten gibt. Bei der ersten Variante wird das Kondensat durch Schlitze in den Hohlleitschaufeln aus dem Dampfkanal abgesaugt. Das auskondensierte Wasser kann so keine Tropfen bilden, die von der Dampfströmung von den Leitschaufeln in den Strömungskanal gerissen werden und dann auf die Laufschaufeln auftreffen. Bei der zweiten Variante wird die Hohlleitschaufel von heißem Dampf durchströmt und erhitzt so das Kondensat, das sich auf ihr absetzt, so dass dieses wieder verdampft.To avoid the drop impact erosion hollow guide vanes are formed, there are two different variants. In the first variant, the condensate is sucked out of the steam channel through slots in the hollow guide vanes. The condensed water can not form droplets that are torn by the flow of steam from the vanes into the flow channel and then impinge on the blades. In the second variant, the hollow guide vane is flowed through by hot steam and thus heats the condensate, which settles on her, so that this evaporates again.

Bei kleinen Baugrößen sind die zuvor genannten aufwendigen Leitschaufelkonstruktionen allerdings nicht mehr wirtschaftlich realisierbar. Aus diesem Grund wird derzeit als Gegenmaßnahme zur Tropfenschlagerosion, bei kleinen Baugrößen, an der Eintrittskante der Niederdruckschaufel ein mechanischer Erosionsschutz in Form von Schutzblechen oder Platten angebracht. Des Weiteren werden Laufschaufeln aus speziell gehärtetem Stahl oder Titan gefertigt. Diese Maßnahmen können die negativen Auswirkungen der Tropfenschlagerosion aber nur abschwächen und nicht vollständig verhindern.For small sizes, however, the aforementioned complex Leitschaufelkonstruktionen are no longer economically feasible. For this reason, currently as a countermeasure for drop impact erosion, for small sizes, at the leading edge of the low pressure blade mechanical erosion protection in the form of mudguards or Plates attached. Furthermore, blades are made of specially hardened steel or titanium. However, these measures can only mitigate and not completely prevent the negative effects of drop impact erosion.

Ausgehend vom vorliegenden Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfturbine bereit zu stellen, die eine verminderte Anfälligkeit gegenüber Tropfenschlagerosion aufweist. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine bereit zu stellen, welches eine verminderte Tropfenschlagerosionsbeanspruchung der Dampfturbine ermöglicht.Starting from the present state of the art, it is therefore an object of the present invention to provide a steam turbine which has a reduced susceptibility to drop impact erosion. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for operating a steam turbine, which enables a reduced drop impact erosion stress of the steam turbine.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Dampfturbine durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben einer Dampfturbine, wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs 8 gelöst.The object is achieved with respect to the steam turbine by the features of independent claim 1. With regard to the method for operating a steam turbine, the object is achieved by the features of the independent method claim 8.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantages and embodiments of the invention, which are used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel, umfassend wenigstens einen Rotor mit einer Anzahl von am Rotor angeordneten Schaufeln, sowie einem Leitschaufelträger, mit einer Anzahl von im Leitschaufelträger angeordneten Schaufeln, wobei zur Vermeidung von Tropfenschlagerosion der Leitschaufelträger und/oder die Leitschaufeln beheizt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass die Beheizung des Leitschaufelträgers und/oder der Leitschaufeln induktiv erfolgt.The turbine blade according to the invention, comprising at least one rotor with a number of blades arranged on the rotor, and a guide blade carrier with a number of blades arranged in the guide blade carrier, wherein the guide blade carrier and / or the stator blades are heated to prevent drop impact erosion, is characterized in that the heating of the guide blade carrier and / or of the guide vanes takes place inductively.

Durch die induktive Beheizung der Turbinenschaufel ist ein geringerer Bauraumbedarf notwendig als bei dem im Stand der Technik ausgeführten Hohlleitschaufeln, so dass es möglich ist, diese Technik der Leitschaufelbeheizung auch in Niederdruckstufen von Dampfturbinen mit kleiner Abströmfläche zu realisieren. Die induktive Beheizung ist dabei einfach zu realisieren und zudem aufgrund der einfachen Ausbildung relativ preiswert.Due to the inductive heating of the turbine blade a smaller space requirement is necessary than in the executed in the prior art hollow vanes, so that it is possible, this technique of the Leitschaufelbeheizung also in Low-pressure stages of steam turbines with small outflow area to realize. The inductive heating is easy to implement and also relatively inexpensive due to the simple design.

Die Beheizung kann sowohl im Leitschaufelträger oder in/an einzelnen oder allen Leitschaufeln der Dampfturbine erfolgen. Wie groß die induktive Beheizung auszubilden ist, hängt von der Höhe des anfallenden Kondensates sowie der Heizleistung der induktiven Beheizung ab. Vorteilhaft ist eine gleichmäßige Erwärmung entlang des Umfangs, um Spannungen infolge von Temperaturgradienden zu vermeiden.The heating can take place both in the guide vane carrier or in / on individual or all vanes of the steam turbine. How large the inductive heating is to be formed, depends on the amount of accumulating condensate and the heating power of the inductive heating. It is advantageous uniform heating along the circumference, to avoid stresses due to Temperaturgradienden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Leitschaufelträger und/oder in den Leitschaufeln Induktionsspulen angeordnet sind. Durch die Anordnung von Induktionsspulen in Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen im Leitschaufelträger und/oder in den Leitschaufeln, kann die induktive Beheizung einfach und zugleich robust ausgeführt werden. Die Induktionsspulen liegen dabei geschützt im Leitschaufelträger und/oder den Leitschaufeln.An advantageous embodiment of the invention provides that induction coils are arranged in the guide blade carrier and / or in the guide vanes. The arrangement of induction coils in recesses, in particular holes in the guide blade carrier and / or in the guide vanes, the inductive heating can be performed easily and at the same time robust. The induction coils are protected in the guide vane and / or the vanes.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Induktionsspule induktiv oder galvanisch mit elektrischer Energie versorgt wird. Die induktive oder galvanische Versorgung ist besonders unanfällig und robust.A further advantageous embodiment of the invention provides that the induction coil is supplied with electrical energy inductively or galvanically. The inductive or galvanic supply is particularly unsusceptible and robust.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Dampfturbine wenigstens einen Temperatursensor, welcher ein Ausgangssignal ausgibt, welches als Eingangssignal einer Steuerung und/oder Regelung der induktiven Beheizung dient. Hierdurch kann die Temperatur der induktiven Beheizung individuell gesteuert und geregelt werden, so dass ein besonders energieeffizienter Betrieb ermöglicht wird und so die Energiekosten möglichst gering gehalten werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, the steam turbine comprises at least one temperature sensor which outputs an output signal which serves as an input signal of a control and / or regulation of the inductive heating. In this way, the temperature of the inductive heating can be individually controlled and regulated, so that a particularly energy-efficient operation is made possible and thus the energy costs can be kept as low as possible.

Erfindungsgemäß bevorzugt weißt die Dampfturbine eine Kontrolleinheit zur Steuerung, Regelung und/oder Energieversorgung der induktiven Beheizung auf.According to the invention, the steam turbine preferably has a control unit for controlling, regulating and / or supplying energy to the inductive heating.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Induktionsspule zum Schutz vor Feuchtigkeit in einer wasserundurchlässigen Matrix, vorzugsweise einer Glas-oder Keramikmatrix eingebettet ist. Hierdurch wird wirkungsvoll verhindert, dass Feuchtigkeit an die Induktionsspule gelangen kann und die Funktion der induktiven Beheizung beeinträchtigt. Die wasserundurchlässige Matrix bietet zusätzlichen mechanischen Schutz für die Induktionsspule und fixiert diese spielfrei in der Ausnehmung der Leitschaufeln bzw. des Leitschaufelträgers.A further preferred embodiment of the invention provides that the induction coil for protection against moisture in a water-impermeable matrix, preferably a glass or ceramic matrix is embedded. As a result, it is effectively prevented that moisture can reach the induction coil and impairs the function of the inductive heating. The water-impermeable matrix provides additional mechanical protection for the induction coil and fixes it without play in the recess of the guide vanes or the guide vane carrier.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest beim Erreichen definierter Betriebszustände eine induktive Beheizung des Leitschaufelträgers und/oder der Leitschaufel erfolgt. Die definierten Betriebszustände sind dabei vorzugsweise so definiert, dass beim Erreichen einer bestimmten Menge an Kondensats die Beheizung einsetzt, und so das Kondensat möglichst vollständig an der Leitschaufel bzw. am Leitschaufelträger verdampft, so dass es zu keiner Tröpfchenbildung an den Leitschaufeln kommt, die anschließend von der Dampfströmung mitgerissen würden und auf die sich schnell drehenden Laufschaufeln der Dampfturbine treffen würden.The method according to the invention for operating a steam turbine is characterized in that inductive heating of the guide blade carrier and / or the guide blade takes place at least when defined operating states are reached. The defined operating conditions are preferably defined so that upon reaching a certain amount of condensate, the heating begins, and so the condensate evaporates as completely as possible on the guide vane or on the vane carrier, so that there is no droplet formation on the vanes, which then from would be entrained in the steam flow and would hit the rapidly rotating blades of the steam turbine.

Durch die erfindungsgemäße Dampfturbine wird es erstmals ermöglicht, eine Beheizung der Leitschaufeln und/oder des Leitschaufelträgers bei kleinen Abströmflächen zu realisieren. Hierdurch wird erstmals ein wirkungsvoller Schutz gegen Tropfenschlagerosion ermöglicht. Die induktive Beheizung ist dabei robust und kostengünstig.The steam turbine according to the invention makes it possible for the first time to realize a heating of the guide vanes and / or of the guide blade carrier with small outflow surfaces. As a result, an effective protection against drop impact erosion is made possible for the first time. Inductive heating is robust and cost-effective.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.An embodiment and further advantages of the invention are explained below with reference to the figures.

Es zeigt:

  • Figur 1, die induktive Beheizung einer Niederdruckstufengruppe einer Dampfturbine;
  • Figur 2, die Detailansicht A der in Figur 1 dargestellten induktiven Beheizung.
It shows:
  • FIG. 1 , the inductive heating of a low-pressure stage group of a steam turbine;
  • FIG. 2 , the detail view A of in FIG. 1 illustrated inductive heating.

Die Figuren zeigen jeweils nur schematisch und zum Teil vereinfacht die Dampfturbine, wobei jeweils nur die erfindungswesentlichen Bauteile dargestellt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehn.The figures show only schematically and in part simplified the steam turbine, in each case only the components essential to the invention are shown. Identical or functionally identical components are cross-figuratively versehn the same reference numerals.

Figur 1 zeigt eine Niederdruckstufengruppe einer Dampfturbine. Die Dampfturbine umfasst wenigstens einen Rotor 1, mit einer Anzahl von am Rotor 1 angeordneten Laufschaufeln 2. Die Niederdruckstufengruppe umfasst im Ausführungsbeispiel zwei Reihen. Des Weiteren umfasst die Dampfturbine einen Leitschaufelträger 3 mit einer Anzahl von im Leitschaufelträger 3 angeordneten Leitschaufeln 4. Zur Vermeidung von Tropfenschlagerosion sind der Leitschaufelträger 3 und die Leitschaufeln 4 induktiv beheizt. Durch die Beheizung wird das Kondensat, welches aus der Dampfströmung auskondensiert und sich in Form von Wasser in den Leitschaufeln 4 bzw. am Leitschaufelträger 3 absetzt, erneut verdampft. Hierdurch können keine kleinen Tröpfchen bilden, die dann von der Dampfströmung mitgerissen würden. Die Tröpfchen würden ansonsten auf die sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Laufschaufeln 2 auftreffen und an diesen eine Tropfenschlagerosion bewirken. Die Tropfenschlagerosion würde insbesondere an der Eintrittskante der Laufschaufeln 2 zu einer Zerstörung der Laufschaufeln 2 und damit zu einer verschlechterten Aerodynamik führen. FIG. 1 shows a low-pressure stage group of a steam turbine. The steam turbine comprises at least one rotor 1, with a number of rotor blades 1 arranged on the rotor 1. The low pressure stage group comprises in the exemplary embodiment two rows. Furthermore, the steam turbine comprises a guide blade carrier 3 with a number of guide vanes 4 arranged in the guide blade carrier 3. In order to avoid drop impact erosion, the guide blade carrier 3 and the guide vanes 4 are inductively heated. By heating the condensate, which condenses out of the steam flow and settles in the form of water in the guide vanes 4 and the guide vane 3, again evaporated. This can not form small droplets, which would then be entrained by the steam flow. The droplets would otherwise impinge on the high speed rotating blades 2 and cause drop impact erosion thereon. The drop impact erosion would lead, in particular at the leading edge of the rotor blades 2, to a destruction of the rotor blades 2 and thus to a deteriorated aerodynamics.

Die induktive Heizung 5 beruht auf dem physikalischen Effekt, dass elektrisch leitfähige Körper durch in ihnen erzeugte Wirbelverluste erhitzt werden.The inductive heater 5 is based on the physical effect that electrically conductive bodies are heated by eddy losses generated in them.

Bei der in Figur 1 gezeigten induktiven Heizung 5 wird über eine, von einem niederfrequenten Wechselstrom 9 durchflossenen Induktionsspule 6, ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das im Material, d.h. in der Leitschaufel 2 bzw. im Leitschaufelträger 3, Wirbelströme induziert. Falls die Leitschaufel 3 aus einem gyromagnetischen Werkstoff ausgebildet ist, kommt es zusätzlich zu Ummagnetisierungsverlusten die eine weitere Erwärmung verursachen.At the in FIG. 1 5, an alternating magnetic field is generated via an induction coil 6 through which a low-frequency alternating current 9 flows, which induces eddy currents in the material, ie in the guide blade 2 or in the guide blade carrier 3. If the guide vane 3 is formed of a gyromagnetic material, it will in addition to Ummagnetisierungsverlusten which cause further heating.

Die induktive Beheizung kann sowohl im Leitschaufelträger 3 als auch in den Leitschaufeln 4 angeordnet werden. Eine Anordnung der induktiven Beheizung in den Leitschaufeln 4 ist allerdings insoweit von Vorteil, dass die Beheizung direkt über den Leitschaufeln 4 erfolgt und so für eine bessere Verdampfung des Kondensats sorgt. Grundsätzlich ist es auch möglich sowohl den Leitschaufelträger 3 als auch die Leitschaufeln 4 mit einer induktiven Beheizung 5 auszubilden.The inductive heating can be arranged both in the guide blade carrier 3 and in the guide vanes 4. An arrangement of the inductive heating in the guide vanes 4, however, is advantageous in that the heating takes place directly over the guide vanes 4 and thus ensures a better evaporation of the condensate. In principle, it is also possible to form both the guide blade carrier 3 and the guide vanes 4 with an inductive heating 5.

Der Aufbau der induktiven Heizung 5 ist aus Figur 2 ersichtlich. Die Figur zeigt eine Detailansicht A, der in Figur 1 dargestellten induktiven Heizung 5. Die Leitschaufel 4, ist im Leitschaufelträger 3 angeordnet und mit einer induktiven Beheizung 5 versehen. Die induktive Beheizung der Leitschaufel 4 wird durch eine Induktionsspule 6 erreicht, die mit einem niederfrequenten Wechselstrom durchflossen wird. Die Induktionsspule 6 ist dabei in einer Ausnehmung 7, welche in Form einer Bohrung ausgebildet ist, in der Leitschaufel 4 angeordnet. Durch die Anordnung der Induktionsspule 6 in der Ausnehmung 7 wird die Induktionsspule 6 gut gegen mechanische Einwirkungen geschützt und ist gleichzeitig sicher fixiert. Die Induktionsspule 6 kann dabei über Leitungen, induktiv oder galvanisch mit elektrischer Energie versorgt werden. Zum Schutz vor Feuchtigkeit ist die Induktionsspule 6 in einer wasserundurchlässigen Matrix 8 eingebettet. Bevorzugt ist die Matrix als Glas- oder Keramik-Matrix ausgebildet.The structure of the inductive heater 5 is off FIG. 2 seen. The figure shows a detailed view A, which in FIG. 1 5. The guide vane 4 is arranged in the guide vane carrier 3 and provided with an inductive heating 5. The inductive heating of the vane 4 is achieved by an induction coil 6, which is traversed by a low-frequency alternating current. The induction coil 6 is arranged in the guide vane 4 in a recess 7, which is in the form of a bore. Due to the arrangement of the induction coil 6 in the recess 7, the induction coil 6 is well protected against mechanical effects and at the same time securely fixed. The induction coil 6 can be supplied via lines, inductively or galvanically with electrical energy. For protection against moisture, the induction coil 6 is embedded in a water-impermeable matrix 8. Preferably, the matrix is formed as a glass or ceramic matrix.

Die erfindungsgemäße Dampfturbine weist vorzugsweise wenigstens einen Temperatursensor auf, welcher ein Ausgangssignal ausgibt, welches als Eingangssignal einer Steuerung oder Regelung der induktiven Beheizung 5 dient. Des Weiteren ist eine Kontrolleinheit zur Steuerung, Regelung und/oder Energieversorgung der induktiven Beheizung vorgesehen. Die Kontrolleinheit ist vorzugsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet, um sie so gegen Feuchtigkeit und hohe Temperaturen zu schützen. Der Temperatursensor sowie die Kontrolleinheit sind so ausgebildet, dass beim Erreichen definierter Betriebszustände eine induktive Beheizung der Leitschaufel 4 und/oder des Leitschaufelträgers 3 erfolgt. Die Kontrolleinheit sorgt dafür, dass die induktive Beheizung so erfolgt, dass das anfallende Kondensat weitgehend vollständig verdampft, so dass keine Tropfen von der Leitschaufel mit in die Dampfströmung gerissen werden können. Die Kontrolleinheit sorgt aber auch dafür, dass nicht zu viel Energie zur Beheizung aufgewendet wird, d.h. keine zu hohen Temperaturen an der Leitschaufel und/oder dem Leitschaufelträger auftreten. Bevorzugt weist jede Leitschaufel 4 eine induktive Beheizung auf. Durch die gleichmäßige Verteilung der induktiven Beheizung bzw. der Induktionsspulen 6, wird eine gleichmäßige Erwärmung entlang des Umfangs der Dampfturbine gewährleistet, wodurch ein thermischer Verzug von Bauteilen vermieden wird. Unter Umständen reicht es auch aus, jede zweite oder dritte Leitschaufel mit einer induktiven Beheizung 5 zu versehen.The steam turbine according to the invention preferably has at least one temperature sensor which outputs an output signal which serves as input signal to a control or regulation of the inductive heating 5. Furthermore, a control unit for controlling, regulating and / or supplying energy to the inductive heating is provided. The control unit is preferably located outside the housing to protect it from moisture and high temperatures. The temperature sensor and the control unit are designed so that inductive heating of the vane 4 and / or the vane carrier 3 takes place upon reaching defined operating states. The control unit ensures that the inductive heating takes place in such a way that the resulting condensate evaporates substantially completely so that no drops from the guide blade can be torn into the steam flow. The control unit also ensures that not too much energy is used for heating, i. E. no too high temperatures occur at the vane and / or the vane carrier. Preferably, each vane 4 has an inductive heating. Due to the uniform distribution of the inductive heating or the induction coils 6, a uniform heating along the circumference of the steam turbine is ensured, whereby a thermal distortion of components is avoided. Under certain circumstances, it is also sufficient to provide each second or third vane with an inductive heating 5.

Zur Gewinnung der elektrischen Energie, welche zur induktiven Beheizung notwendig ist, kann eine Solarenergieanlage vorgesehen werden. Eine solche Solarenergieanlage bietet sich insbesondere dann an, wenn es sich bei der Dampfturbine um eine Dampfturbine für ein solarthermisches Kraftwerk handelt.To obtain the electrical energy, which is necessary for inductive heating, a solar energy system can be provided. Such a solar energy plant is particularly suitable if the steam turbine is a steam turbine for a solar thermal power plant.

Claims (8)

Dampfturbine, umfassend wenigstens, einen Rotor (1) mit einer Anzahl von am Rotor (1) angeordneten Laufschaufeln (2), sowie einen Leitschaufelträger (3) mit einer Anzahl von im Leitschaufelträger (3) angeordneten Leitschaufeln (4),
wobei zur Vermeidung von Tropfenschlagerosion der Leitschaufelträger (3) und/ oder die Leitschaufeln (4) beheizt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beheizung (5) des Leitschaufelträger (3) und/ oder der Leitschaufeln (4) induktiv erfolgt.A steam turbine, comprising at least one rotor (1) with a number of blades (2) arranged on the rotor (1) and a guide blade carrier (3) with a number of stator blades (4) arranged in the guide blade carrier (3),
wherein the guide blade carrier (3) and / or the guide vanes (4) are heated to avoid drop impact erosion,
characterized in that
the heating (5) of the guide blade carrier (3) and / or the guide vanes (4) takes place inductively. Dampfturbine nach Anspruch1,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Leitschaufelträger (3) und/ oder in den Leitschaufeln (4) Induktionsspulen (6) angeordnet sind.Steam turbine according to claim 1,
characterized in that
in the guide blade carrier (3) and / or in the guide vanes (4) induction coils (6) are arranged. Dampfturbine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Leitschaufelträger (3) und/ oder in den Leitschaufeln (4) Ausnehmungen (7), insbesondere Bohrungen, zur Aufnahme der Induktionsspulen (6) vorgesehen sind.Steam turbine according to claim 2,
characterized in that
in the guide blade carrier (3) and / or in the guide vanes (4) recesses (7), in particular bores, for receiving the induction coils (6) are provided. Dampfturbine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Induktionsspule (6) induktiv oder galvanisch mit elektrischer Energie versorgt wird.Steam turbine according to claim 2 or 3,
characterized in that
the induction coil (6) is supplied inductively or galvanically with electrical energy. Dampfturbine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine wenigstens einen Temperatursensor umfasst, welcher ein Ausgangssignal ausgibt, welches als Eingangssignal einer Steuerung und/ oder Regelung der induktiven Beheizung (5) dient.Steam turbine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the steam turbine comprises at least one temperature sensor which outputs an output signal which serves as input signal to a control and / or regulation of the inductive heating (5). Dampfturbine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kontrolleinheit zur Steuerung, Regelung und/ oder Energieversorgung der induktiven Beheizung (5) vorgesehen ist.Steam turbine according to one of the preceding claims,
characterized in that
a control unit for controlling, regulating and / or powering the inductive heating (5) is provided. Dampfturbine nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Induktionsspule (6) zum Schutz vor Feuchtigkeit in einer wasserundurchlässigen Matrix (8), vorzugsweise einer Glas- oder Keramik-Matrix eingebettet ist.Steam turbine according to one of the preceding claims 2 to 6,
characterized in that
the induction coil (6) for protection against moisture in a water-impermeable matrix (8), preferably a glass or ceramic matrix is embedded. Verfahren zum Betreiben einer Dampfmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest beim Erreichen definierter Betriebszustände eine induktive Beheizung des Leitschaufelträgers (3) und/ oder der Leitschaufeln (4) erfolgt.Method for operating a steam engine,
characterized in that
at least when reaching defined operating states, an inductive heating of the guide blade carrier (3) and / or the guide vanes (4) takes place.
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