EP2601382B1 - Sperrschaltung bei dampfturbinen zur nassdampfabsperrung - Google Patents

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EP2601382B1
EP2601382B1 EP11761538.5A EP11761538A EP2601382B1 EP 2601382 B1 EP2601382 B1 EP 2601382B1 EP 11761538 A EP11761538 A EP 11761538A EP 2601382 B1 EP2601382 B1 EP 2601382B1
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EP
European Patent Office
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steam
pressure
steam turbine
rotor
dummy piston
Prior art date
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Application number
EP11761538.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2601382A1 (de
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Henning Almstedt
Peter Dumstorff
Martin Kuhn
Thomas Müller
Rudolf PÖTTER
Norbert Thamm
Uwe Zander
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • 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
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • 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
    • F01D25/007—Preventing 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
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    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/02—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid characterised by having one fluid flow in one axial direction and another fluid flow in the opposite direction
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
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    • F05D2260/608—Aeration, ventilation, dehumidification or moisture removal of closed spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/95—Preventing corrosion

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising a rotatably mounted rotor, an inner housing and disposed between the rotor and the inner housing high-pressure flow channel, the rotor having a thrust balance piston, the steam turbine having a thrust balance piston line, the thrust balance piston line opens into a thrust balance piston antechamber.
  • steam turbines are divided into several sub-turbines, such as e.g. a high pressure, medium pressure and low pressure turbine part.
  • the aforementioned sub-turbines differ essentially in that the steam parameters such as temperature and pressure of the incoming steam are different.
  • a high-pressure turbine part experiences the highest steam parameters and is thus subjected to the highest thermal load.
  • the effluent from the high-pressure turbine section steam is reheated via a reheater and flowed in a medium-pressure turbine section, the steam flows after flowing through the medium-pressure turbine section in the low-pressure turbine section without reheating.
  • each turbine section has its own housing.
  • the high-pressure turbine section and the medium-pressure turbine part in a common outer housing are housed.
  • part turbines in which the medium-pressure part and the low-pressure part are arranged together in an outer housing.
  • the turbine sections are formed with a rotor, an inner housing arranged around the rotor and an outer housing.
  • the rotor comprises moving blades, which form a flow channel with the guide vanes arranged in the inner housing.
  • the high-pressure turbine sections are designed to be single-flow, with the result that a comparatively high thrust as a result of the steam pressure on the rotor leads in one direction. Therefore, the rotors are usually formed with thrust balance piston. By flow of the thrust balance piston at a defined location, a pressure is generated, which leads to a counter thrust, which holds the rotor substantially force-free in the axial direction.
  • the high temperatures require the use of materials that withstand the high temperatures and pressures.
  • Nickel base based steels or high percentage chromium steels are also suitable for use at high temperatures.
  • the components of a steam turbine must be made relatively resistant to corrosion, since some components are flown with wet steam at the same time high flow velocity of the steam. Such components would result in corrosion and erosion upon exposure to wet steam coupled with high flow velocity. This issue is currently addressed by taking relatively costly measures.
  • One of the measures would be, for example, the use of high-chromium materials or the use of coatings, which are applied to the components and thus avoid corrosion and erosion.
  • the steam flowing out of the flow channel which is essentially a wet steam
  • the object of the invention is to avoid corrosion and erosion damage caused by wet steam.
  • a steam turbine comprising a rotatably mounted rotor, an inner casing and a first flow channel disposed between the rotor and the inner casing, the rotor having a thrust balance piston, the steam turbine having a thrust balance steam line, the thrust balance steam line leading into a thrust balance piston antechamber opens, wherein the steam turbine has a wet steam line, which produces a fluidic connection between a gap space and a first pressure chamber, wherein the gap space between the rotor and the inner housing is arranged.
  • the turbine has a second flow channel and an inflow region assigned to the second flow channel, wherein the thrust equalization piston vapor line is fluidically connected to the second inflow region or to another pressure chamber.
  • a vapor which may be superheated steam, passes from the second flow passage via the thrust balance piston steam line to the thrust balance piston antechamber.
  • the thrust balance steam line directs steam into a thrust balance piston anvil which, as a result of the pressure, exerts a force on the rotor to compensate for thrust.
  • the thrust balance piston is typically a portion of the rotor with a radius ideally selected for the desired thrust balance at an axial location corresponding pressure level.
  • the vestibule is located in front of a radial lateral surface.
  • the thrust balance steam line is connected to a steam source which has a certain vapor at a pressure and a temperature. This steam mixes with the effluent from the high-pressure turbine section steam and passes between the thrust balance piston and the inner housing in a space between the inner housing and the outer housing.
  • the steam turbine is now carried out with a wet steam line.
  • This wet steam line opens into a gap, which is located between the inner housing and the rotor.
  • the wet steam flowing out of the high-pressure turbine part flow channel flows in the direction of the thrust balance piston.
  • This wet steam line is fluidically connected to a first pressure chamber, wherein in this first pressure chamber, a lower pressure prevails than in the gap. As a result, the wet steam present in this gap space is virtually completely sucked off and removed in the wet steam line.
  • the mixing of the wet steam with the steam in the thrust balance piston antechamber is thereby drastically reduced.
  • An outflow of a mixed vapor formed from the wet steam and the steam in the thrust balance piston antechamber is thereby almost prevented, so that virtually no mixing steam flows between the thrust balance piston and the inner housing to the outer housing.
  • the outer housing can thus be made of a material having a lower corrosion and erosion resistance. This will lead to a cheaper version of the outer housing.
  • the first pressure chamber is arranged in the second flow channel, wherein the first pressure chamber has a pressure which is less than the pressure in the gap space. This leads to the wet steam entering the gap from the high-pressure turbine section flows via the wet steam line into the first pressure chamber. Thus, the unwanted wet steam, before it could ever reach the outer housing, sucked and discharged into the second flow channel.
  • the FIG. 1 shows a cross-section of a steam turbine 1.
  • the steam turbine 1 comprises a combined high-pressure and medium-pressure turbine part 2.
  • the essential feature of the steam turbine 1 is that a common outer casing 3 is arranged around the high-pressure and medium-pressure turbine section 2.
  • the steam turbine 1 comprises a rotor 4, on which a first blading region 5, which is arranged in a high-pressure flow channel 6.
  • the rotor 5 further comprises a second blading region 7, which is arranged in a medium-pressure flow channel 8.
  • Both the high-pressure flow channel 6 and the medium-pressure flow channel 8 comprise a plurality of rotor blades 4, which are not provided with reference numerals, and guide vanes, which are not provided with reference symbols, arranged in an inner housing 9.
  • high pressure and medium pressure turbine parts refer to the steam parameters of the incoming steam.
  • the pressure of the steam flowing into the high-pressure turbine part is greater than the pressure of the steam flowing into the medium-pressure turbine section.
  • high pressure and Medium-pressure turbine sections also differ in that the steam flowing out of the high-pressure turbine section is reheated in a reheater and then flows into the medium-pressure turbine section.
  • steam turbine 1 is characterized by a common inner housing 9 for the first blading region 5 and the second blading region 7.
  • steam flows into a high-pressure inflow region 10. From there, the steam flows through the first impingement region 5 in a first flow direction 11. After flowing through the first blading region 5, the steam flows out into a high-pressure outflow region 12 out of the steam turbine.
  • the steam present in the high-pressure outflow region 12 has temperature and pressure values which differ from the temperature and pressure values of the steam in the high-pressure inflow region 10. In particular, the temperature and pressure values have become lower due to expansion of the steam.
  • the steam present in the high-pressure outflow region 12 has such temperature and pressure values that this steam can be referred to as wet steam.
  • this wet steam contains the smallest condensed water particles. These smallest water particles in the wet steam at high speeds in an impact on a component of the steam turbine 1 lead to erosion and corrosion damage.
  • the majority of the wet steam flows out of the steam turbine 1 via the high-pressure outflow region 12.
  • This wet steam located in the gap 13 flows in the first flow direction 11 and strikes a thrust balance piston 14.
  • the thrust balance piston 14 has a thrust balance piston antechamber 15, in which a superheated steam flows.
  • This superheated steam is located in the thrust balance piston antechamber 15, between the thrust balance piston 14 and a rear wall 16 of the inner housing 9 is arranged.
  • the superheated steam located in the thrust balance piston antechamber 15 leads to an axially acting force on the thrust balance piston 14 and thus on the rotor 4.
  • a gap 17 Between the inner housing 9 and the rotor 4 in the region of the thrust balance piston 14 is a gap 17. Through this gap, a vapor can flow, which passes into a gap 18 which is located between the outer housing 3 and the inner housing 9. A wet steam present in the gap 17 could lead to an increased risk of corrosion and erosion of the outer housing 3.
  • a wet steam line 19 is now arranged in the steam turbine 1, which establishes a fluidic connection between the gap space 13 and a first pressure space 20, the gap space 13 being arranged between the rotor 4 and the inner housing 9.
  • the first pressure chamber 20 is located in the second Beschaufelungs Scheme 7, in particular in a second flow channel 21. Das in FIG. 1 illustrated embodiment shows that the first pressure chamber 20 is arranged in the region of the second flow channel 21. Also, the pressure in this first pressure chamber 20 should be such that the pressure for the wet steam in the gap 13 is greater than in the first pressure chamber 20, so that a pressure gradient in the wet steam line 19 prevails, which causes the wet steam from the gap 13 to first pressure chamber 20 passes.
  • the thrust balance piston 14 extends in a radial direction 22, which is formed substantially perpendicular to the rotation axis 23.
  • the thrust balance piston steam line 24 is fluidly connected to a steam source 25.
  • the inflow region 26 forms the vapor source 25.
  • This in the inflow region 26 in the medium-pressure turbine section incoming steam is superheated steam entering the thrust balance piston antechamber 15.
  • the steam source 25 may also be arranged outside the steam turbine 1.
  • the inner housing 9 has a feed opening 27, with which the wet steam line 19 can be connected.
  • the FIG. 2 shows an enlarged section of the high pressure Ausström Schemes 12 of the high pressure turbine section.
  • the inner housing 9 is designed such that a high-pressure outflow region 12 is enclosed and rests in the region of the gap space 13 with respect to the rotor 4.
  • the gap 13 should be as small as possible so that the wet steam located in the high-pressure outflow region 12 does not flow out over the gap 13.
  • the majority of the wet steam will pass through the high-pressure discharge area 12 to a reheater.
  • a lesser part passes as leakage flow between the rotor 4 and the inner housing 9 in the gap space 13. Therefore, a not-shown cavity is arranged in the inner housing 9, which is connected to the gap space 13.
  • the first pressure space 20 which has a lower pressure than the pressure in the gap space 13, serves as a drive for this suction. Further flow of the leakage flow formed in the gap 13 in the direction of the thrust balance piston chamber 15 is prevented by the greater part of the wet steam flowing in the wet steam line 19 is sucked off.
  • the superheated steam entering the thrust balance piston antechamber 15 via a thrust balance piston line 24 will spread in two directions. First, the superheated steam will spread in the direction of the gap 17 and eventually hit the outer casing 3. Another part of the superheated steam flows in the direction of the gap 13 and, like the wet steam, is sucked out via the wet steam line 19 to the first pressure chamber 20.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, einem Innengehäuse und einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordneten Hochdruck-Strömungskanal, wobei der Rotor einen Schubausgleichskolben aufweist, wobei die Dampfturbine eine Schubausgleichskolbenleitung aufweist, wobei die Schubausgleichskolbenleitung in einen Schubausgleichskolbenvorraum mündet.
  • Aus thermodynamischen Gründen werden Dampfturbinen bei vergleichsweise hohen Temperaturen eingesetzt. Die Entwicklung in letzter Zeit im modernen Strömungsmaschinenbau ging dahin, dass Temperaturen im Einströmbereich einer Hochdruck-Teilturbine von über 700°C, sogar über 720°C geplant sind. Solch hohe Temperaturen führen zu einer besonderen thermischen Beanspruchung der eingesetzten Materialien.
  • Herkömmlicherweise werden Dampfturbinen in mehrere Teilturbinen unterteilt, wie z.B. einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteilturbine. Die vorgenannten Teilturbinen unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass die Dampfparameter wie Temperatur und Druck des einströmenden Dampfes unterschiedlich sind. So erfährt eine Hochdruck-Teilturbine die höchsten Dampfparameter und wird somit am stärksten thermisch belastet. Der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmende Dampf wird über einen Zwischenüberhitzer wieder erhitzt und in einer Mitteldruck-Teilturbine geströmt, wobei der Dampf nach Durchströmen der Mitteldruck-Teilturbine in die Niederdruckteilturbine ohne Zwischenüberhitzung einströmt.
  • In der Regel werden die Teilturbinen separat ausgebildet, das bedeutet, dass jede Teilturbine ein eigenes Gehäuse umfasst. Es sind allerdings auch Bauformen bekannt, in denen die Hochdruck-Teilturbine und die Mitteldruck-Teilturbine in einem gemeinsamen Außengehäuse untergebracht sind. Genau so bekannt sind Teilturbinen, in denen der Mitteldruckteil und der Niederdruckteil gemeinsam in einem Außengehäuse angeordnet sind.
  • Besonders im Hochdruck- und Mitteldruckbereich, werden die Teilturbinen mit einem Rotor, einem um den Rotor angeordneten Innengehäuse und einen Außengehäuse ausgebildet. Der Rotor umfasst Laufschaufeln, die mit den im Innengehäuse angeordneten Leitschaufeln einen Strömungskanal bilden. In der Regel werden die Hochdruck-Teilturbinen einflutig ausgebildet, was dazu führt, dass ein vergleichsweise hoher Schub in Folge des Dampfdruckes auf den Rotor in eine Richtung führt. Daher werden die Rotoren meistens mit Schubausgleichskolben ausgebildet. Durch Beströmen des Schubausgleichskolbens an einer definierten Stelle wird ein Druck erzeugt, der zu einem Gegenschub führt, der den Rotor im Wesentlichen kraftfrei in axialer Richtung hält.
  • Die hohen Temperaturen erfordern den Einsatz von Materialien, die den hohen Temperaturen und Drücken standhält. Auch nickelbasisbasierte Stähle oder hochprozentige chromige Stähle sind für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.
  • Neben den hohen Temperaturen müssen die Komponenten einer Dampfturbine vergleichsweise korrosionsfest ausgebildet sein, da manche Komponenten mit Nassdampf beströmt werden bei gleichzeitig hoher Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes. Solche Komponenten würden bei einer Konfrontation mit Nassdampf in Verbindung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zu Korrosion und Erosion führen. Dieses Problem wird derzeit dadurch behoben, dass vergleichsweise kostenintensive Maßnahmen ergriffen werden. Eine der Maßnahme wäre beispielsweise der Einsatz von hoch-chromigen Werkstoffen oder der Einsatz von Beschichtungen, die auf die Komponenten aufgetragen werden und somit eine Korrosion und Erosion vermeiden.
  • Besonders bei Hochdruck-Teilturbinen ist der aus dem Strömungskanal ausströmende Dampf, der im Wesentlichen ein Nassdampf ist, das bedeutet, dass sich in den Dampf kleine Wasserpartikel gebildet haben, auf Komponenten in der Dampfturbine strömt, die zu einer Schädigung, wie z.B. einer Korrosion oder Erosion der Komponente führen. Es ist bekannt, durch Schutzschilde diesen Nassdampf von den Komponenten fern zu halten.
  • Die US 2 326 112 zeigt eine gattungsgemäße Dampfturbine aus dem stand der Technik.
  • Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, durch Nassdampf verursachte Korrosions- und Erosionsschäden zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1 umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, ein Innengehäuse und einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordneten ersten Strömungskanal, wobei der Rotor einen Schubausgleichskolben aufweist, wobei die Dampfturbine eine Schubausgleichskolbendampfleitung aufweist, wobei die Schubausgleichskolbendampfleitung in einen Schubausgleichskolbenvorraum mündet, wobei die Dampfturbine eine Nassdampfleitung aufweist, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Spaltraum und einem ersten Druckraum herstellt, wobei der Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordnet ist. Die Turbine weist erfindungsgemäß einen zweiten Strömungskanal und einen dem zweiten Strömungskanal zugeordneten Einströmbereich auf, wobei die Schubausgleichskolbendampfleitung mit dem zweiten Einströmbereich oder einem anderen Druckraum strömungstechnisch verbunden ist. Somit gelangt ein Dampf, der ein überhitzter Dampf sein kann, aus dem zweiten Strömungskanal über die Schubausgleichskolbendampfleitung in den Schubausgleichskolbenvorraum.
  • Mit der Schubausgleichskolbendampfleitung wird Dampf in einen Schubausgleichskolbenvorraum gebracht, der in Folge des Druckes eine Kraft auf den Rotor ausübt, um einen Schub auszugleichen. Der Schubausgleichskolben ist in der Regel ein Teilstück des Rotors mit einem idealerweise speziell für den gewünschten Schubausgleich gewählten Radius an einer axialen Stelle entsprechenden Druckniveaus. Der Vorraum befindet sich vor einer radialen Mantelfläche. Die Schubausgleichskolbendampfleitung wird mit einer Dampfquelle verbunden, die einen bestimmten Dampf mit einem Druck und einer Temperatur aufweist. Dieser Dampf vermischt sich mit dem aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmenden Dampf und gelangt zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Innengehäuse in einen Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse. An der Stelle, wo der Dampf zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ausströmt, wird das Außengehäuse in Bezug auf Erosion und Korrosion stark beansprucht. Erfindungsgemäß wird nun die Dampfturbine mit einer Nassdampfleitung ausgeführt. Diese Nassdampfleitung mündet in einen Spaltraum, der sich zwischen dem Innengehäuse und dem Rotor befindet. An dieser Stelle strömt der aus dem Hochdruck-Teilturbinen-Strömungskanal ausströmende Nassdampf in Richtung Schubausgleichskolben. Diese Nassdampfleitung wird mit einem ersten Druckraum strömungstechnisch verbunden, wobei in diesem ersten Druckraum ein geringerer Druck herrscht als in dem Spaltraum. Das führt dazu, dass der in diesen Spaltraum befindliche Nassdampf sozusagen nahezu komplett abgesaugt und in der Nassdampfleitung abgeführt wird. Das Vermischen des Nassdampfes mit dem Dampf im Schubausgleichskolbenvorraum wird dadurch drastisch reduziert. Ein Ausströmen eines Misch-Dampfes gebildet aus dem Nassdampf und dem Dampf im Schubausgleichskolbenvorraum ist dadurch nahezu verhindert, so dass praktisch kein Misch-Dampf zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Innengehäuse auf das Außengehäuse strömt. Das Außengehäuse kann somit aus einem Werkstoff hergestellt werden, der eine geringere Korrosions- und Erosionsbeständigkeit aufweist. Dies wird zu einer günstigeren Variante des Außengehäuses führen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer besonderen vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Druckraum im zweiten Strömungskanal angeordnet, wobei der erste Druckraum einen Druck aufweist, der geringer ist als der Druck im Spaltraum. Dies führt dazu, dass der in den Spaltraum gelangte Nassdampf aus der Hochdruck-Teilturbine über die Nassdampfleitung in den ersten Druckraum strömt. Somit wird der unerwünschte Nassdampf, bevor er überhaupt an das Außengehäuse gelangen könnte, abgesaugt und in den zweiten Strömungskanal abgeführt.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen weisen im Wesentlichen die gleiche Funktionsweise auf.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dampfturbine;
    Figur 2
    einen vergrößerter Ausschnitt im Bereich des Schubausgleichskolbens der Dampfturbine aus Fig. 1.
  • Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Dampfturbine 1. Die Dampfturbine 1 umfasst eine kombinierte Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine 2. Das wesentliche Merkmal der Dampfturbine 1 ist, dass ein gemeinsames Außengehäuse 3 um die Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine 2 angeordnet ist. Die Dampfturbine 1 umfasst einen Rotor 4, auf dem ein erster Beschaufelungsbereich 5, der in einem Hochdruck-Strömungskanal 6 angeordnet ist. Der Rotor 5 umfasst des Weiteren einen zweiten Beschaufelungsbereich 7, der in einem Mitteldruck-Strömungskanal 8 angeordnet ist. Sowohl der Hochdruck-Strömungskanal 6 und der Mitteldruck-Strömungskanal 8 umfassen mehrere auf dem Rotor 4 angeordnete, nicht mit Bezugszeichen versehene, Laufschaufeln auf sowie in einem Innengehäuse 9 angeordnete nicht mit Bezugszeichen versehene Leitschaufeln auf. Die Begriffe Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine beziehen sich auf die Dampfparameter des einströmenden Dampfes. So ist der Druck des in die Hochdruck-Teilturbine einströmenden Dampfes größer als der Druck des in die Mitteldruck-Teilturbine einströmenden Dampfes. Die Begriffe Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine unterscheiden sich auch durch das Merkmal, dass der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmende Dampf in einem Zwischenüberhitzer wieder überhitzt wird und anschließend in die Mitteldruck-Teilturbine einströmt.
  • Eine einheitliche Definition von Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbinen wird in der Fachwelt nicht verwendet.
  • Die in Figur 1 dargestellte Dampfturbine 1 zeichnet sich durch ein gemeinsames Innengehäuse 9 für den ersten Beschaufelungsbereich 5 und dem zweiten Beschaufelungsbereich 7 aus. Im Betrieb strömt ein Dampf in einen Hochdruck-Einströmbereich 10. Von dort strömt der Dampf durch den ersten Beschaufelungsbereich 5 in einer ersten Strömungsrichtung 11 entlang. Nach Durchströmen des ersten Beschaufelungsbereichs 5 strömt der Dampf in einen Hochdruck-Ausströmbereich 12 aus der Dampfturbine heraus. Der im Hochdruck-Ausströmbereich 12 befindliche Dampf hat Temperatur- und Druckwerte, die sich von den Temperatur- und Druckwerten des Dampfes im Hochdruck-Einströmbereich 10 unterscheiden. Insbesondere sind die Temperatur- und Druckwerte infolge Expansion des Dampfes geringer geworden. Der im Hochdruck-Ausströmbereich 12 befindliche Dampf hat dabei derartige Temperatur- und Druckwerte, dass dieser Dampf als Nassdampf bezeichnet werden kann. Das bedeutet, dass dieser Nassdampf kleinste kondensierte Wasserpartikel enthält. Diese kleinsten Wasserpartikel in dem Nassdampf führen bei hohen Geschwindigkeiten bei einem Aufprall auf eine Komponente der Dampfturbine 1 zu Erosions- und Korrosionsschäden. Der Großteil des Nassdampfes strömt über den Hochdruck-Ausströmbereich 12 aus der Dampfturbine 1 heraus. Allerdings verbleibt eine Restleckageströmung, die in einem Spaltraum 13 zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 angeordnet ist. Dieser im Spaltraum 13 befindliche Nassdampf strömt in der ersten Strömungsrichtung 11 entlang und trifft auf einen Schubausgleichskolben 14. Der Schubausgleichskolben 14 weist einen Schubausgleichskolbenvorraum 15 auf, in dem ein überhitzter Dampf einströmt. Dieser überhitzte Dampf befindet sich im Schubausgleichskolbenvorraum 15, der zwischen dem Schubausgleichskolben 14 und einer rückseitigen Wand 16 des Innengehäuses 9 angeordnet ist. Der im Schubausgleichskolbenvorraum 15 befindliche überhitzte Dampf führt zu einer axial wirkenden Kraft auf den Schubausgleichskolben 14 und somit auf den Rotor 4.
  • Zwischen dem Innengehäuse 9 und dem Rotor 4 im Bereich des Schubausgleichskolbens 14 ist ein Spalt 17. Durch diesen Spalt kann ein Dampf strömen, der in einen Zwischenraum 18 gelangt, der sich zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Innengehäuse 9 befindet. Ein im Spalt 17 befindlicher Nassdampf könnte zu einer erhöhten Korrosions- und Erosionsgefahr des Außengehäuses 3 führen.
  • Erfindungsgemäß wird nun eine Nassdampfleitung 19 in der Dampfturbine 1 angeordnet, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Spaltraum 13 und einem ersten Druckraum 20 herstellt, wobei der Spaltraum 13 zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 angeordnet ist. Der erste Druckraum 20 befindet sich im zweiten Beschaufelungsbereich 7, insbesondere in einem zweiten Strömungskanal 21. Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dass der erste Druckraum 20 im Bereich des zweiten Strömungskanals 21 angeordnet ist. Ebenfalls sollte der Druck in diesem ersten Druckraum 20 derart sein, dass der Druck für den Nassdampf im Spaltraum 13 größer ist als im ersten Druckraum 20, so dass ein Druckgefälle in der Nassdampfleitung 19 herrscht, die dazu führt, dass der Nassdampf vom Spaltraum 13 zum ersten Druckraum 20 gelangt.
  • Der Schubausgleichskolben 14 erstreckt sich in einer radialen Richtung 22, die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 23 ausgebildet ist.
  • Die Schubausgleichskolben-Dampfleitung 24 ist mit einer Dampfquelle 25 strömungstechnisch verbunden. Wie in Figur 1 dargestellt bildet der Einströmbereich 26 die Dampfquelle 25. Dieser im Einströmbereich 26 in die Mitteldruck-Teilturbine einströmende Dampf ist ein überhitzter Dampf, der in den Schubausgleichskolbenvorraum 15 gelangt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dampfquelle 25 auch außerhalb der Dampfturbine 1 angeordnet sein.
  • Das Innengehäuse 9 weist eine Einspeiseöffnung 27 auf, mit der die Nassdampfleitung 19 verbunden werden kann.
  • Die Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Hochdruck-Ausströmbereichs 12 der Hochdruck-Teilturbine. Das Innengehäuse 9 ist derart ausgebildet, dass ein Hochdruck-Ausströmbereich 12 umschlossen wird und im Bereich des Spaltraumes 13 gegenüber dem Rotor 4 anliegt. Der Spaltraum 13 sollte möglichst klein sein, damit der im Hochdruck-Ausströmbereich 12 befindliche Nassdampf nicht über den Spaltraum 13 ausströmt. Der größte Teil des Nassdampfes wird über den Hochdruck-Ausströmbereich 12 zu einem Zwischenüberhitzer gelangen. Ein geringerer Teil gelangt als Leckageströmung zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 in den Spaltraum 13. Daher wird im Innengehäuse 9 eine nicht näher dargestellte Kavität angeordnet, die mit dem Spaltraum 13 verbunden ist. Über diese Kavität und über die Nassdampfleitung 19 wird der Leckagestrom sozusagen abgesaugt. Als Antrieb für diese Absaugung dient der erste Druckraum 20, der einen geringeren Druck aufweist als der Druck im Spaltraum 13. Ein weiteres Strömen der aus Nassdampf gebildeten Leckageströmung im Spaltraum 13 in Richtung des Schubausgleichskolbenvorraums 15 wird dadurch verhindert, dass der größte Teil des Nassdampfes in der Nassdampfleitung 19 abgesaugt wird. Ebenso wird der überhitzte Dampf, der über eine Schubausgleichskolbenleitung 24 in den Schubausgleichskolbenvorraum 15 kommt, sich in zwei Richtungen ausbreiten. Zunächst wird sich der überhitzte Dampf in Richtung des Spaltes 17 ausbreiten und schließlich auf das Außengehäuse 3 treffen. Ein weiterer Teil des überhitzten Dampfes strömt in Richtung des Spaltraumes 13 und wird ebenso wie der Nassdampf über die Nassdampfleitung 19 zum ersten Druckraum hin 20 abgesaugt.

Claims (11)

  1. Dampfturbine (1) umfassend einen drehbar gelagerten Rotor (4), ein Innengehäuse (9) und einen zwischen dem Rotor (4) und dem Innengehäuse (9) angeordneten Hochdruck-Strömungskanal (6),
    wobei der Rotor (4) einen Schubausgleichskolben (14) aufweist,
    wobei die Dampfturbine (1) eine Schubausgleichskolbenleitung (24) aufweist,
    wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) in einen Schubausgleichskolbenvorraum (15) mündet,
    wobei die Dampfturbine (1) eine Nassdampfleitung (19) aufweist, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Spaltraum (13) und einem ersten Druckraum (20) herstellt,
    wobei der Spaltraum (13) zwischen dem Rotor (4) und dem Innengehäuse (9) angeordnet ist,
    gekennzeichnet mit
    einem zweiten Strömungskanal (21) und einem dem zweiten Strömungskanal (21) zugeordneten Einströmbereich (26), wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) mit dem Einströmbereich (26) strömungstechnisch verbunden ist.
  2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
    wobei der Schubausgleichskolben (14) zum Ausgleichen des im Betrieb auftretenden Schubs des Rotors (4) ausgebildet ist.
  3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Schubausgleichskolben (14) sich in einer radialen Richtung (22) erstreckt.
  4. Dampfturbine (1) nach Anspruch 3,
    wobei der Schubausgleichskolbenvorraum (15) zwischen dem Schubausgleichskolben (14) und dem Innengehäuse (9) ausgebildet ist.
  5. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) mit einer Dampfquelle (25) strömungstechnisch verbunden ist.
  6. Dampfturbine (1) nach Anspruch 5,
    wobei die Dampfquelle (25) außerhalb der Dampfturbine angeordnet ist.
  7. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der zweite Strömungskanal (21) den ersten Druckraum (20) sowie eine Einspeiseöffnung (27) zum Einspeisen von Dampf in den ersten Druckraum (20) aufweist.
  8. Dampfturbine (1) nach Anspruch 7,
    wobei der zweite Strömungskanal (21) mehrere in einer Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Leit- und Laufschaufeln umfassende Schaufelstufen aufweist,
    wobei der erste Druckraum (20) nach einer Schaufelstufe angeordnet ist.
  9. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Spaltraum (13) zwischen dem Schubausgleichskolbenvorraum (15) und einem Hochdruck-Ausströmbereich (12) des Hochdruck-Strömungskanals (6) angeordnet ist.
  10. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Innengehäuse (9) eine zum Spaltraum (13) hin geöffnete Kavität aufweist.
  11. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Hochdruck (6)- und zweite Strömungskanal (21) in einem gemeinsamen Innengehäuse (9) angeordnet sind.
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