EP2829693A1 - Turbinenkondensator für eine Dampfturbine - Google Patents

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EP2829693A1
EP2829693A1 EP20130178234 EP13178234A EP2829693A1 EP 2829693 A1 EP2829693 A1 EP 2829693A1 EP 20130178234 EP20130178234 EP 20130178234 EP 13178234 A EP13178234 A EP 13178234A EP 2829693 A1 EP2829693 A1 EP 2829693A1
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steam
turbine
condenser
edge
turbine condenser
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EP20130178234
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English (en)
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Inventor
Frank Deister
Ingo Förster
Simon Dr. Hecker
Christian Dr. Musch
Heinrich Dr. Stüer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/04—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines with dump valves to by-pass stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits

Definitions

  • the invention relates to a turbine condenser according to the preamble of claim 1.
  • Turbine condensers serve to liquefy the exhaust steam of steam turbines.
  • Turbine condensers serve to liquefy the exhaust steam of steam turbines.
  • Such Umleitdampfein isten are usually equipped with a diverter valve for controlling the Umleitdampfmenge, a perforated basket as a throttle device to relax the bypass steam and a water injection for cooling the bypass steam.
  • the heat gradient to be throttled in such a diversion steam introduction is, as a rule, very large.
  • the vapor pressure before the bypass valve is usually up to 45 bar, while the back pressure in the turbine condenser can be given as about 0.1 bar. If this bypass steam stream with a high pressure level from the bypass steam device now enters the turbine condenser with a significantly lower vapor pressure level, high velocity gradients result in the edge regions of the inflowing bypass steam.
  • the object of the invention is to provide a turbine condenser, which allows a reduced acoustic emission.
  • the edge region of the nozzle is designed in the form of a chevron nozzle with serrated or toothed outlet edge. This results in a particularly effective mixing over the entire cross-section of the inflowing bypass steam, resulting in a consequent reduction in the uniform velocity gradients thus leading to a particularly effective reduction of the acoustic emission.
  • This shows schematically the region of the turbine condenser in which the diverting steam D from the diverting steam introduction device 1 is introduced into the turbine condenser 2.
  • the diverting steam D is introduced into the turbine condenser.
  • the diverting steam D then flows at high speed through holes (indicated by dashes in the figure) into the turbine condenser 2. This results in particularly high velocity gradients in the edge regions of the inflowing diverting steam D.
  • annular nozzle 4 is now provided in the inlet region, in the embodiment shown here downstream of the perforated basket 3 of the Umleitdampfeintechnischs issued 1, whose jagged in the turbine condenser 2 edge - like a crown - is formed.
  • Such embodiments of non-uniform edges are known, for example, from aircraft engine construction known as the chevron nozzle.
  • the edge formed unevenly by means of serrations Z the prevailing in particular in the edge regions of the introduced bypass steam broken high velocity gradient over the circumference of the inflowing bypass steam locally and thus changed locally.
  • an edge is formed, which may have elevations and / or indentations, which are arranged distributed uniformly or non-uniformly over the circumference of the edge.
  • the prongs or teeth can have any shape, such as a triangular or trapezoidal shape and also be bent as needed in the direction of the axis A of the nozzle. It is always important that the most uniform possible turbulent mixing of Umleitdampfstrahls with the surrounding steam in turbine condenser 2, which can cause a strong broadband noise and thus a high acoustic emission is effectively prevented.
  • the invention has been described in the preceding embodiment only in connection with a so-called “down-exhaust" turbine condenser with condenser tubes and overlying Kondenstordom as a transitional space for receiving the exhaust steam from the adjacent steam turbine, it can in principle be used in any type of turbine condenser.
  • the inventive design of the nozzle for introducing steam can also be used as a capacitor connection in axial turbine capacitors, laterally arranged “single-side exhaust” capacitors or on both sides laterally arranged “double-side exhaust” capacitors.

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbinenkondensator mit einem Bereich mit Kondensatorrohren zur Verflüssigung von Abdampf aus der Dampfturbine, einem durch Kondensatorwände ausgebildeten Raum zur Aufnahme des Abdampfes und einer Umleitdampfeinleitungseinrichtung (1) zum Einleiten von Umleitdampf (D) in diesen Raum des Turbinenkondensators, wobei die Umleitdampfeinleitungseinrichtung (1) eine in den Turbinenkondensator (2) hineinreichende ringförmige Düse (4) umfasst, deren Austrittsende einen nicht gleichmäßigen Rand (R) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Turbinenkondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Turbinenkondensatoren dienen zur Verflüssigung des Abdampfes von Dampfturbinen. Um bei Anlagen mit kombinierten Gas- und Dampfturbinen Lastspitzen im Energiebedarf abdecken zu können, werden solche Anlagen heute zu einem großen Teil der Zeit lediglich bei Gasturbinenmindestlast betrieben. Im Bedarfsfall kann die Gasturbine dann sehr schnell hochgefahren werden.
  • Die bei Mindestlast erzeugte Abhitze der Gasturbine muss aber weiterhin abgeführt werden, was über den der Gasturbine nachgeordneten Abhitzedampferzeuger erfolgt. Da der im Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf aber nicht über die nachgeordnete Dampfturbine und den Generator verstromt werden kann, wird diese Dampfüberproduktion unter Umgehung der Dampfturbine über Umleitdampfeinleitungen direkt in den Turbinenkondensators geleitet.
  • Solche Umleitdampfeinleitungen sind dabei üblicherweise mit einem Umleitventil zur Regelung der Umleitdampfmenge, einem Lochkorb als Drosseleinrichtung zur Entspannung des Umleitdampfes und einer Wassereinspritzung zur Kühlung des Umleitdampfes ausgerüstet. Das in einer derartigen Umleitdampfeinleitung zu verdrosselnde Wärmegefälle ist in aller Regel aber sehr groß. So beträgt der Dampfdruck vor dem Umleitventil üblicherweise bis zu 45 bar, während der Gegendruck im Turbinenkondensator mit etwa 0,1 bar angegeben werden kann. Tritt nun dieser Umleitdampfstrom mit hohem Druckniveau aus der Umleitdampfeinrichtung heraus in den Turbinenkondensator mit deutlich geringerem Dampfdruckniveau ein, ergeben sich in den Randbereichen des einströmenden Umleitdampfes hohe Geschwindigkeitsgradienten. Die schlagartige Entspannung hat dann zur Folge, dass je nach Druckgefälle lokal ein hypersonisches Strömungsfeld entsteht. Zudem besteht die Gefahr, dass angestrahlte Bauteile, wie beispielsweise die angrenzenden Turbinenschaufeln, die Kondensatorrohre oder die Kondensatorwände zudem zu Schwingungen angeregt werden. Beides führt dazu, dass im Betrieb der Anlage die Schallemission zunimmt und damit gegebenenfalls vorgeschriebene Höchstwerte überschritten werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turbinenkondensator bereitzustellen, der eine verringerte Schallemission ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Turbinengenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, dass im Eintrittsbereich des Dampfes aus der Umleitdampfeinleitungseinrichtung in den Turbinenkondensator eine ringförmige Düse mit einem nicht gleichmäßigen Rand am Austrittsende vorgesehen ist, kommt es über den Querschnitt des eintretenden Umleitdampfstroms zu einer verbesserten Durchmischung und damit zu weniger hohen Geschwindigkeitsgradienten in den Randbereichen des in den Turbinenkondensator einströmenden Umleitdampfes. Die normalerweise gerade im Randbereich des einströmenden Umleitdampfes vorherrschenden hohen Geschwindigkeitsgradienten, die beim Eintritt in den Turbinenkondensator aufgrund des damit verbundenen hohen Druckgefälles zu starken Turbulenzen führen können, werden so durch den nicht gleichmäßig ausgebildeten Rand vermindert. Regelmäßig oder auch unregelmäßig über den am ausströmenden Ende der Umleitdampfeinleitungseinrichtung befindlichen Rand angebrachte Erhebungen und/oder Einkerbungen bewirken, dass der Umleitdampf bereits beim Austritt lokal verändert und so über seinen Querschnitt besser durchmischt wird. Dies hat eine Verringerung der Geschwindigkeitsgradienten und damit weniger stark ausgebildete Turbulenzen zur Folge. Da diese im Wesentlichen zur Schallemission beitragen, kann so durch die verbesserte Durchmischung und die damit bewirkte Verminderung des Geschwindigkeitsgradienten in den Randbereichen des einströmenden Umleitdampfes die Schallemission effektiv verringert werden.
  • Vorzugsweise ist der Randbereich der Düse in Form einer Chevron-Düse mit gezacktem bzw. gezahntem Austrittsrand ausgebildet. Dadurch ergibt sich über den gesamten Querschnitt des einströmenden Umleitdampfes eine besonders effektive Durchmischung, die sich in der Folge ergebende Verringerung der gleichmäßigen Geschwindigkeitsgradienten führt so zu einer besonders effektiven Reduktion der Schallemission.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung soll nun anhand einer Figur beispielhaft erläutert werden. Diese zeigt schematisch den Bereich des Turbinenkondensators in dem der Umleitdampf D aus der Umleitdampfeinleitungseinrichtung 1 in den Turbinenkondensator 2 eingebracht wird. Über ein sogenanntes Spargerrohr 3 - oder ganz allgemein einen Lochkorb - als Drosseleinrichtung wird der Umleitdampf D in den Turbinenkondensator eingeleitet. Am Austritt des Lochkorbes 3 strömt der Umleitdampf D dann mit hoher Geschwindigkeit durch Löcher (in der Figur durch Striche angedeutet) in den Turbinenkondensator 2. Dadurch ergeben sich gerade in den Randbereichen des einströmenden Umleitdampfes D besonders hohe Geschwindigkeitsgradienten.
  • Erfindungsgemäß ist nun im Eintrittsbereich, im hier dargestellten Ausführungsbeispiel stromabwärts hinter dem Lochkorb 3 der Umleitdampfeinleitungseinrichtung 1, eine ringförmige Düse 4 vorgesehen, deren in den Turbinenkondensator 2 weisender Rand gezackt - ähnlich einer Krone - ausgebildet ist. Solche Ausführungsformen von nicht-gleichmäßigen Rändern sind beispielsweise aus dem Flugtriebwerksbau unter der Bezeichnung Chevron-Düse bekannt. Durch den mittels Zacken Z ungleichmäßig ausgebildeten Rand werden die insbesondere in den Randbereichen des eingeleiteten Umleitdampfes vorherrschenden hohen Geschwindigkeitsgradienten über den Umfang des einströmenden Umleitdampfes lokal aufgebrochen und damit lokal verändert. Diese nun über den Querschnitt in den Randbereichen nicht mehr gleichmäßigen Geschwindigkeitsgradienten führen zu einer inhomogeneren Vermischung und damit zu einer effektiven Verringerung der Schallemission. Die je nach Standort der Anlage geforderten Schallemissionsgrenzen können so auch im Betriebszustand, bei denen die Anlage lediglich bei Gasturbinenmindestlast betrieben wird, eingehalten werden.
  • Je nach gewählter Form und Anordnung der Zacken oder Zähne wird ein Rand ausgebildet, der Erhebungen und/oder Einkerbungen haben kann, die gleichmäßig oder auch ungleichmäßig über den Umfang des Randes verteilt angeordnet sind. Die Zacken oder Zähne können dabei jede Form, wie beispielsweise eine Dreiecks- oder Trapezform aufweisen und auch bei Bedarf in Richtung der Achse A der Düse gebogen sein. Wichtig ist dabei immer, dass eine möglichst gleichmäßige turbulente Vermischung des Umleitdampfstrahls mit dem umgebenden Dampf im Turbinenkondensator 2, die ein starkes Breitbandgeräusch und damit eine hohe Schallemission bewirken kann, möglichst effektiv unterbunden wird.
  • Auch wenn die Erfindung im vorangehenden Ausführungsbeispiel nur im Zusammenhang mit einem sogenannten "Down-Exhaust" Turbinenkondensator mit Kondensatorrohren und darüber liegendem Kondenstordom als Übergangsraum zur Aufnahme des Abdampfes aus der angrenzenden Dampfturbine beschrieben wurde, kann sie prinzipiell bei jeder Art von Turbinenkondensator eingesetzt werden. So kann die erfindungsgemäße Ausbildung der Düse zum Einleiten von Dampf auch als Kondensatoranbindung bei Axialturbinen-Kondensatoren, seitlich angeordneten "Single-Side-Exhaust" Kondensatoren oder auch beidseitig seitlich angeordneten "Double-Side-Exhaust" Kondensatoren zum Einsatz kommen.

Claims (4)

  1. Turbinenkondensator (2) für eine Dampfturbine mit einem Bereich mit Kondensatorrohren zur Verflüssigung von Abdampf aus der Dampfturbine, einem durch Kondensatorwände ausgebildeten Raum zur Aufnahme des Abdampfes und einer Umleitdampfeinleitungseinrichtung (1) zum Einleiten von Umleitdampf (D) in diesen Raum des Turbinenkondensators (2)
    dadurch gekennzeichnet, dass die Umleitdampfeinleitungseinrichtung (1) eine in den Turbinenkondensator (2) hineinreichende ringförmige Düse (4) umfasst, deren Austrittsende einen nicht gleichmäßigen Rand (R) aufweist.
  2. Turbinenkondensator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (R) als gezackter bzw. gezahnter Austrittsrand ausgebildet ist.
  3. Turbinenkondensator nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (R) über den Umfang gleichförmig verteilte Zacken (Z) beziehungsweise Zähne aufweist.
  4. Turbinenkondensator nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zacken (Z) beziehungsweise Zähne des Randes (R) zumindest teilweise in Achsenrichtung (A) der Düse geneigt sind.
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