EP2987952A1 - Dampfturbine und Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine - Google Patents

Dampfturbine und Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine Download PDF

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EP2987952A1
EP2987952A1 EP14181559.7A EP14181559A EP2987952A1 EP 2987952 A1 EP2987952 A1 EP 2987952A1 EP 14181559 A EP14181559 A EP 14181559A EP 2987952 A1 EP2987952 A1 EP 2987952A1
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EP
European Patent Office
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pressure
steam turbine
intermediate floor
thrust balance
medium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14181559.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Zander
Jan Walkenhorst
Armin De Lazzer
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to EP15750771.6A priority patent/EP3155226B1/de
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Priority to US15/503,552 priority patent/US10436030B2/en
Priority to PL15750771T priority patent/PL3155226T3/pl
Priority to PCT/EP2015/068991 priority patent/WO2016026880A1/de
Priority to JP2017509668A priority patent/JP6416382B2/ja
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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
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
    • F05D2260/2322—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium steam

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising an inner housing and an outer housing and a rotor which is rotatably mounted within the inner housing, wherein the outer housing is arranged around the inner housing, wherein the rotor arranged along a first flow direction high-pressure region and along a second flow direction having arranged medium-pressure region.
  • the invention further relates to a method for cooling a steam turbine, wherein the steam turbine has a high-pressure region and a medium-pressure region, wherein a rotor is arranged between the high-pressure region and the medium-pressure region and has a thrust balance intermediate bottom.
  • a steam turbine means any turbine or sub-turbine through which a working medium in the form of steam flows.
  • gas turbines are traversed with gas and / or air as the working medium, which, however, is subject to completely different temperature and pressure conditions than the steam in a steam turbine.
  • gas turbines has steam turbines z.
  • An open cooling system which is open to the flow channel, can also be implemented in the case of gas turbines without partial turbine-external supply of cooling medium.
  • an external supply for cooling medium should be provided. The prior art relating to gas turbines can not therefore be used for the assessment of the present application subject.
  • a steam turbine typically comprises a rotor-mounted rotatably mounted rotor disposed within a housing.
  • the rotor When flowing through the interior of the flow channel formed by the housing jacket with heated and pressurized steam, the rotor is rotated by the steam through the blade.
  • the blades of the rotor are also referred to as blades.
  • usually stationary guide vanes are suspended on the inner housing, which engage along an axial extent of the body in the interspaces of the rotor blades.
  • a vane is typically held at a first location along an interior of the steam turbine casing. In this case, it is usually part of a stator blade row, which comprises a number of guide vanes which are arranged along an inner circumference on an inner side of the steam turbine housing.
  • Each vane has its blade radially inward.
  • a row of vanes at said first location along the axial extent is also referred to as a vane grille or ring.
  • a number of vane rows are connected in series. Accordingly, at a second location along the axial extent behind the first location, a further second blade is held along the inside of the steam turbine housing.
  • a pair of a vane row and a blade row is also referred to as a vane stage.
  • the housing jacket of such a steam turbine can be formed from a number of housing segments.
  • the housing shell of the steam turbine is to be understood as meaning, in particular, the stationary housing component of a steam turbine or a partial turbine which has an interior in the form of a flow channel along the longitudinal direction of the steam turbine, which is provided for flowing through with the working medium in the form of steam.
  • this can be an inner casing and / or a guide vane carrier.
  • Embodiments of steam turbines which, in addition to a first flow channel, have a second flow channel have, wherein both the first flow channel and the second flow channel are arranged within a housing. Such designs are also referred to as compact turbines.
  • Embodiments are known in which the first flow channel is designed for high-pressure blading and the second flow channel is designed for medium-pressure blading.
  • the directions of flow of the first flow channel and the second flow channel in this case show in the opposite direction to thereby minimize the thrust balance.
  • such designs include a rotor formed with a high-pressure region and a medium-pressure region, which is mounted rotatably within an inner housing, wherein an outer housing is arranged around the inner housing.
  • the high pressure area is designed for live steam temperatures. After flowing through the live steam through the high-pressure area, the steam flows to a reheater and is brought there to a higher temperature and then flows through the medium-pressure region of the steam turbine.
  • the invention begins, whose object is to provide a steam turbine and a method for their production, in which the steam turbine is cooled particularly effectively even in the high temperature range.
  • the object is achieved by a steam turbine according to claim 1 and by a method according to claim 9.
  • An essential idea of the invention is to form a passive cooling.
  • the invention is geared to a steam turbine in the aforementioned compact design.
  • This means that the steam turbine within a common outer housing has a high-pressure area and a medium-pressure area.
  • the high pressure area is designed for live steam temperatures.
  • the live steam temperatures are between 530 ° C and 720 ° C at a pressure of 80-350 bar.
  • the medium pressure range is designed for temperatures in the input range of 530-750 ° C at a pressure of 30-120 bar.
  • a live steam initially flows through a partial turbine designed for live steam. After flowing through the live steam through the high-pressure area, this flows to a reheater and is heated there to the medium-pressure inlet temperatures and then flows through the medium-pressure range. After flowing through the medium-pressure region of the steam flows to a low pressure region and there has lower steam parameters.
  • An essential idea of the invention is now to design the steam turbine in such a way that a thrust balance intermediate floor can be passively cooled.
  • a thrust balance intermediate floor can be passively cooled.
  • a branched off from the high-pressure flow channel at a suitable location from the flow channel which is guided to a point for thrust balance intermediate floor.
  • This steam can then in the area between thrust balance intermediate floor and the Inner case spread out.
  • Another essential idea of the invention is that the aforementioned steam can mix with a part of the live steam, which can then be guided back to the first flow channel via a cross-return channel.
  • the first high-pressure blade stage is arranged in front of the second high-pressure blade stage as seen along the first flow direction.
  • the steam taken from the first high-pressure blade stage has higher steam parameters than the steam taken from the second high-pressure blade stage.
  • a target-oriented suitable steam can be taken from the high pressure blading area.
  • the first thrust balance piston intermediate floor space along the first flow direction is arranged in front of the second thrust balance intermediate floor space. Since the thermal load of the thrust balance intermediate floor is different, the invention provides that a better cooling possibility is possible if the first thrust balance intermediate floor space along the first flow direction is arranged in front of the second thrust balance intermediate floor space.
  • a first brush seal is arranged between the inner housing and the thrust balance intermediate bottom along the second flow direction before the second thrust compensation intermediate floor space and a second brush seal along the second flow direction behind the first thrust compensation intermediate floor space.
  • the thermal compensation can be optimized.
  • connection is formed with connecting tubes, this also leads to an advantageous temperature compensation.
  • the steam turbine is formed with a second cross-return channel, which is arranged as a communicating tube between a third thrust balance intermediate bottom space formed between the thrust balance intermediate bottom and the inner housing and after a third high-pressure blade stage.
  • the third high-pressure blade stage is arranged behind the second high-pressure blade stage.
  • the thrust balance intermediate floor can be optimally cooled.
  • FIG. 1 shows a steam turbine 1 comprising an inner housing 2 and an outer housing 3 and a rotor 4.
  • the rotor 4 is rotatably mounted within the inner housing 2.
  • the storage is not shown in detail.
  • the outer housing 3 is arranged around the inner housing 2.
  • the rotor 4 is formed substantially rotationally symmetrical about the axis of rotation 5.
  • the rotor 4 has a high-pressure region 7.
  • the rotor 4 has a medium-pressure region 9 which is arranged along the second flow direction 8.
  • the inner housing 2 has in the high-pressure region 7 a plurality of high pressure guide vanes (not shown), which are arranged on the circumference about the axis of rotation 5.
  • the high-pressure guide vanes are arranged such that along the first flow direction 6, a high pressure flow passage 10 is formed with a plurality of high pressure blade stages (not shown) each having a row of high pressure blades and a series of high pressure vanes.
  • Fresh steam flows into the steam turbine 1 via a first high-pressure inflow region 11 and then flows through the high-pressure flow channel 10.
  • the steam expands, the temperature decreasing.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor 4.
  • the steam flows from a high pressure discharge area 12 from the steam turbine 1 to a reheater (not shown).
  • the reheater the cooled steam is brought back to a high temperature which is comparable to the live steam temperature in the high-pressure inflow region.
  • the pressure in the inflow region 11 is significantly lower.
  • the inner housing 2 has in the central pressure region 9 a plurality of medium-pressure guide vanes (not shown), which are arranged such that along the second flow direction 8, a medium-pressure flow channel 13 with a plurality of medium-pressure blade stages (not shown), each having a series medium-pressure blades and a number of medium-pressure vanes is formed.
  • the steam after the reheater flows through the medium-pressure inflow region 14 through the medium-pressure flow channel 13.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor 4.
  • the steam flows out of the steam turbine 1 via an outlet 15.
  • the steam is then forwarded to a low pressure turbine part (not shown) or a process steam process.
  • the rotor 4 has between the high-pressure flow channel 10 and the medium-pressure flow channel 13 to a thrust balance intermediate bottom 16. This thrust balance intermediate bottom 16 has a larger diameter than the rotor 4th
  • the live steam temperature is 530 ° C - 720 ° C at a pressure of 80bar - 350bar.
  • the mean pressure temperature is 530 ° C - 750 ° C at a pressure of 30bar - 120bar.
  • FIG. 2 shows a section of the steam turbine 1 from FIG. 1 , wherein further features of the invention in FIG. 2 are shown.
  • the inner housing 2 has a connection 17 which is arranged as a communicating tube between the high-pressure flow channel 10 after a first high pressure vane stage 18 and a first thrust balance intermediate bottom space 19, wherein the thrust balance intermediate bottom space 19 between the thrust balance intermediate bottom 16 and the inner housing 2 is arranged.
  • the inner housing 2 has a plurality of segments 20 in the region of the thrust balance intermediate floor 16. The segments 20 each have a labyrinth seal (not shown).
  • the inner housing 2 further includes a first cross recirculation passage 21 disposed as a communicating tube between a second thrust balance intermediate floor space 19 (disposed between the thrust balance intermediate floor 16 and the inner housing 2) and after a second high pressure paddle stage 22.
  • the first high-pressure vane stage 18 is arranged in front of the second high-pressure vane stage 23 along the first flow direction 6.
  • the first thrust balance intermediate floor space 19 is arranged in front of the second thrust balance intermediate floor space 22 as seen along the first flow direction 6.
  • first brush seal 24 along the second flow direction 8 before the second thrust balance intermediate floor space 22 arranged.
  • a second brush seal 25 is arranged along the second flow direction 8 behind the first thrust balance intermediate floor space 16.
  • the first cross recirculation passage 21 may be formed with tubes (not shown) in alternative embodiments. In the in the FIG. 2 illustrated embodiment, the cross return passage 21 is disposed in the inner housing 2.
  • the compound 17 is in the in FIG. 2 selected embodiment in the inner housing 2 is formed and in alternative embodiments, the connection 17 may be formed with connecting tubes.
  • the steam turbine 1 has a second cross recirculation channel 26, which is formed as a communicating tube between a third thrust balance intermediate bottom space 27 which is disposed between the thrust balance intermediate bottom 16 and the inner housing 2 and arranged after a third high-pressure blade stage 28 high-pressure inflow space in the high-pressure flow channel 10 ,
  • the third high-pressure blade stage 28 is arranged behind the second high-pressure blade stage 23 as seen in the first flow direction 6.
  • the cross-return passage 26 may be formed in the inner housing 20. In alternative embodiments, the third cross return passage 26 may be formed as a tube.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine (1) mit einer Kühlungsmöglichkeit, bei der Dampf aus dem Strömungskanal entnommen wird, der den Schubausgleichzwischenboden (16) kühlt und mit ein wenig Frischdampf vermischt und dem Strömungskanal wieder zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend ein Innengehäuse und ein Außengehäuse sowie einen Rotor, der innerhalb des Innengehäuses drehgelagert angeordnet ist, wobei das Außengehäuse um das Innengehäuse angeordnet ist, wobei der Rotor einen entlang einer ersten Strömungsrichtung angeordneten Hochdruck-Bereich und einen entlang einer zweiten Strömungsrichtung angeordneten Mitteldruck-Bereich aufweist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine einen Hochdruck-Bereich und einen Mitteldruck-Bereich aufweist, wobei ein Rotor zwischen dem Hochdruck-Bereich und dem Mitteldruck-Bereich angeordnet ist und einen Schubausgleichzwischenboden aufweist.
  • Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium durchströmt, das jedoch völlig anderen Temperatur- und Druckbedingungen unterliegt als der Dampf bei einer Dampfturbine. Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen z. B. das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig den höchsten Druck auf. Ein offenes Kühlsystem, das zum Strömungskanal offen ist, ist bei Gasturbinen auch ohne Teilturbinen-externe Zuführung von Kühlmedium realisierbar. Für eine Dampfturbine sollte eine externe Zuführung für Kühlmedium vorgesehen sein. Der Stand der Technik betreffend Gasturbinen kann schon deswegen nicht für die Beurteilung des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes herangezogen werden.
  • Eine Dampfturbine umfasst üblicherweise einen mit Schaufeln besetzten drehbar gelagerten Rotor, der innerhalb eines Gehäuses bzw. Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strömungskanals mit erhitztem und unter Druck stehendem Dampf wird der Rotor über die Schaufel durch den Dampf in Drehung versetzt. Die Schaufeln des Rotors werden auch als Laufschaufeln bezeichnet. Am Innengehäuse sind darüber hinaus üblicherweise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche entlang einer axialen Ausdehnung des Körpers in die Zwischenräume der Rotorschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicherweise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicherweise Teil einer Leitschaufelreihe, welche eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an einer Innenseite des Dampfturbinengehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen. Eine Leitschaufelreihe an der genannten ersten Stelle entlang der axialen Ausdehnung wird auch als Leitschaufelgitter oder - kranz bezeichnet. Üblicherweise ist eine Anzahl von Leitschaufelreihen hintereinander geschaltet. Entsprechend ist an einer zweiten Stelle entlang der axialen Ausdehnung hinter der ersten Stelle eine weitere zweite Schaufel entlang der Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten. Ein Paar einer Leitschaufelreihe und einer Laufschaufelreihe wird auch als Schaufelstufe bezeichnet.
  • Der Gehäusemantel einer derartigen Dampfturbine kann aus einer Anzahl von Gehäusesegmenten gebildet sein. Unter dem Gehäusemantel der Dampfturbine ist insbesondere das stationäre Gehäusebauteil einer Dampfturbine oder einer Teilturbine zu verstehen, das entlang der Längsrichtung der Dampfturbine einen Innenraum in Form eines Strömungskanals aufweist, der zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium in Form von Dampf vorgesehen ist. Dies kann, je nach Dampfturbinenart, ein Innengehäuse und/oder ein Leitschaufelträger sein. Es kann aber auch ein Turbinengehäuse vorgesehen sein, welches kein Innengehäuse oder keinen Leitschaufelträger aufweist.
  • Aus Wirkungsgradgründen kann die Auslegung einer derartigen Dampfturbine für sogenannte "hohe Dampfparameter", also insbesondere hohe Dampfdrücke und/oder hohe Dampftemperaturen, wünschenswert sein. Allerdings ist insbesondere eine Temperaturerhöhung aus materialtechnischen Gründen nicht unbegrenzt möglich. Um dabei einen sicheren Betrieb der Dampfturbine auch bei besonders hohen Temperaturen zu ermöglichen, kann daher eine Kühlung einzelner Bauteile oder Komponenten wünschenswert sein. Ohne effiziente Kühlung würden bei steigenden Temperaturen wesentlich teurere Materialien (z.B. Nickelbasislegierungen) nötig.
  • Bei den bisher bekannten Kühlmethoden, insbesondere für einen Dampfturbinen-Körper in Form eines Dampfturbinen-Gehäuses oder eines Rotors, ist zwischen einer aktiven Kühlung und einer passiven Kühlung zu unterscheiden. Bei einer aktiven Kühlung wird eine Kühlung durch ein dem Dampfturbinen-Körper separat, d.h. zusätzlich zum Arbeitsmedium zugeführtes Kühlmedium bewirkt. Dagegen erfolgt eine passive Kühlung lediglich durch eine geeignete Führung oder Verwendung des Arbeitsmediums. Bisher wurden Dampfturbinen-Körper vorzugsweise passiv gekühlt.
  • Alle bisher bekannten Kühlverfahren für ein Dampfturbinen-Gehäuse sehen also, soweit es sich überhaupt um aktive Kühlverfahren handelt, allenfalls ein gezieltes Anströmen eines separaten und zu kühlenden Turbinenteils vor und sind auf den Einströmbereich des Arbeitsmediums, allenfalls unter Einbeziehung des ersten Leitschaufelkranzes, beschränkt. Dies kann bei einer Belastung üblicher Dampfturbinen mit höheren Dampfparametern zu einer auf die ganze Turbine wirkenden, erhöhten thermischen Belastung führen, welche durch eine oben beschriebene übliche Kühlung des Gehäuses nur unzureichend vermindert werden könnte.
  • Es sind Ausführungsformen von Dampfturbinen bekannt, die neben einem ersten Strömungskanal einen zweiten Strömungskanal aufweisen, wobei sowohl der erste Strömungskanal als auch der zweite Strömungskanal innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Solche Bauformen werden auch als Kompakt-Turbinen bezeichnet. Es sind Ausführungsformen bekannt, bei der der erste Strömungskanal für eine Hochdruck-Beschaufelung und der zweite Strömungskanal für eine Mitteldruck-Beschaufelung ausgebildet sind. Die Strömungsrichtungen des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanals zeigen hierbei in entgegengesetzter Richtung um dadurch den Schubausgleich zu minimieren. Im Wesentlichen umfassen solche Bauformen einen mit einem Hochdruckbereich und einem Mitteldruckbereich ausgebildeten Rotor, der drehgelagert innerhalb eines Innengehäuses angeordnet ist, wobei um das Innengehäuse ein Außengehäuse angeordnet ist. Der Hochdruck-Bereich ist für Frischdampftemperaturen ausgelegt. Nach Durchströmen des Frischdampfes durch den Hochdruck-Bereich strömt der Dampf zu einem Zwischenüberhitzer und wird dort auf eine höhere Temperatur gebracht und strömt anschließend durch den Mitteldruckbereich der Dampfturbine.
  • Die Einsatzgrenzen solcher Rotoren werden durch thermisch hoch beanspruchte Bereiche definiert. Bei größer werdenden Temperaturen nimmt der maßgebliche Festigkeitskennwert überproportional ab. Dadurch ergeben sich maximal zulässige Wellendurchmesser, die insbesondere bei 60 Hertz-Anwendungen zu Einschränkungen führen, was den rotordynamischen Schlankheitsgrad des Rotors anbetrifft. Daher wird bei Erreichen von Einsatzgrenzen in der Regel bei einem Monoblockrotor auf den nächstbesseren Werkstoff gewechselt, der den thermischen Anforderungen standhält oder es wird ein Rotor geschweißt ausgeführt, wobei zwei Materialien jeweils für die thermischen Beanspruchungen ausgelegt werden.
  • Wünschenswert wäre es eine effektive Kühlung bei einer Dampfturbinen-Komponente, insbesondere für eine hochtemperaturbetriebene Dampfturbine zu haben.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Dampfturbine und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, bei denen die Dampfturbine selbst im Hochtemperatur-Bereich besonders effektiv gekühlt wird.
  • Die Aufgabe wird durch eine Dampfturbine gemäß dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 9 gelöst.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, eine passive Kühlung auszubilden. Die Erfindung orientiert sich hierbei an einer Dampfturbine in der vorgenannten Kompakt-Bauweise. Das bedeutet, dass die Dampfturbine innerhalb eines gemeinsamen Außengehäuses einen Hochdruck-Bereich und einen Mitteldruck-Bereich aufweist. Der Hochdruck-Bereich ist für Frischdampftemperaturen ausgelegt. Die Frischdampftemperaturen liegen hierbei zwischen 530°C und 720°C bei einem Druck von 80-350 bar. Der Mitteldruck-Bereich ist für Temperaturen im Eingangsbereich von 530-750°C bei einem Druck von 30-120 bar ausgelegt.
  • In einem Dampfkraftwerk wird zwischen einer Hochdruck- und einer Mitteldruck-Beschaufelung folgendermaßen unterschieden: Ein Frischdampf strömt zunächst durch eine Teilturbine, die für den Frischdampf ausgelegt ist. Nach Durchströmen des Frischdampfes durch den Hochdruck-Bereich strömt dieser zu einem Zwischenüberhitzer und wird dort auf die Mitteldruck-Eingangstemperaturen aufgeheizt und strömt anschließend durch den Mitteldruck-Bereich. Nach Durchströmen des Mitteldruck-Bereiches strömt der Dampf zu einem Niederdruck-Bereich und weist dort geringere Dampfparameter auf.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es nun, die Dampfturbine nun derart auszubilden, dass ein Schubausgleichszwischenboden passiv gekühlt werden kann. Dazu wird aus dem Hochdruck-Strömungskanal an einer geeigneten Stelle aus dem Strömungskanal ein Dampf abgezweigt, der an eine Stelle zum Schubausgleichzwischenboden geführt wird. Dieser Dampf kann dann im Bereich zwischen Schubausgleichzwischenboden und dem Innengehäuse sich ausbreiten. Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, dass der vorgenannte Dampf sich mit einem Teil des Frischdampfes vermischen kann, der dann über einen Kreuz-Rückführungskanal wieder zum ersten Strömungskanal geführt werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Hochdruck-Schaufelstufe entlang der ersten Strömungsrichtung gesehen vor der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe angeordnet.
  • Das bedeutet, dass der aus der ersten Hochdruck-Schaufelstufe entnommene Dampf höhere Dampfparameter aufweist als der aus der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe entnommene Dampf. Dadurch kann ein zielorientiert geeigneter Dampf aus dem Hochdruck-Beschaufelungsbereich entnommen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Schubausgleichskolbenzwischenbodenraum entlang der ersten Strömungsrichtung gesehen vor dem zweiten Schubausgleichszwischenboden-Raum angeordnet. Da die thermische Belastung des Schubausgleichzwischenbodens unterschiedlich ist, sieht die Erfindung vor, dass eine bessere Kühlungsmöglichkeit möglich ist, wenn der erste Schubausgleichzwischenbodenraum entlang der ersten Strömungsrichtung gesehen vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum angeordnet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Innengehäuse und dem Schubausgleichzwischenboden eine erste Bürstendichtung entlang der zweiten Strömungsrichtung vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraumes und eine zweite Bürstendichtung entlang der zweiten Strömungsrichtung hinter dem ersten Schubausgleichzwischenbodenraumes angeordnet.
  • In einer besonderen vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Kreuzrückführungskanal mit Rückführ-Rohren ausgebildet. Dadurch kann der thermische Ausgleich optimiert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Verbindung mit Verbindungsröhren ausgebildet, dies führt ebenso zu einer vorteilhaften Temperaturausgleichung.
  • In einer besonderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Dampfturbine mit einem zweiten Kreuz-Rückführungskanal ausgebildet, der als kommunizierende Röhre zwischen einem dritten Schubausgleichzwischenbodenraum, der zwischen dem Schubausgleichzwischenboden und dem Innengehäuse ausgebildet ist und nach einer dritten Hochdruck-Schaufelstufe angeordnet ist.
  • Dadurch kann ein weiterer im Raum zwischen dem Zwischenboden und dem Innengehäuse befindlicher Dampf zu Kühlungsmöglichkeiten und zur Arbeitsentspannung verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise ist die dritte Hochdruck-Schaufelstufe in der ersten Strömungsrichtung gesehen hinter der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe angeordnet.
  • Somit kann mit der Erfindung der Schubausgleichzwischenboden optimal gekühlt werden.
  • Dadurch ist eine Erweiterung des mechanischen Einsatzgrenzen des Rotors durch Temperaturabsenkung im Welleninneren möglich. Außerdem ist eine Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung des Schubausgleichzwischenbodens bei potentiellem Einsatz von Bürstendichtungen möglich. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der thermisch kritisch belastete Bereich der Komponenten durch ein passives System gekühlt.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wozu Erläuterungen dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Querschnittsansicht einer Dampfturbine,
    Figur 2
    einen Ausschnitt der in Figur 1 dargestellten Dampfturbine mit der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Figur 1 zeigt eine Dampfturbine 1 umfassend ein Innengehäuse 2 und ein Außengehäuse 3 sowie einen Rotor 4. Der Rotor 4 ist innerhalb des Innengehäuses 2 drehgelagert angeordnet. Die Lagerung ist nicht näher dargestellt. Das Außengehäuse 3 ist um das Innengehäuse 2 angeordnet. Der Rotor 4 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 5 ausgebildet. Entlang einer ersten Strömungsrichtung 6, die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 verläuft, weist der Rotor 4 einen Hochdruckbereich 7 auf. Zur ersten Strömungsrichtung 6 entgegengesetzt angeordnet weist der Rotor 4 einen Mitteldruckbereich 9 auf, der entlang der zweiten Strömungsrichtung 8 anordnet ist.
  • Das Innengehäuse 2 weist im Hochdruckbereich 7 mehrere Hochdruckleitschaufeln (nicht dargestellt) auf, die am Umfang um die Rotationsachse 5 angeordnet sind. Die Hochdruckleitschaufeln sind derart angeordnet, dass entlang der ersten Strömungsrichtung 6 ein Hochdruck-Strömungskanal 10 mit mehreren Hochdruck-Schaufelstufen (nicht dargestellt), die jeweils eine Reihe Hochdruck-Laufschaufeln und eine Reihe Hochdruck-Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist.
  • Über einen ersten Hochdruck-Einströmungsbereich 11 strömt Frischdampf in die Dampfturbine 1 und strömt anschließend durch den Hochdruck-Strömungskanal 10. Im Hochdruck-Strömungskanal 10 entspannt sich der Dampf, wobei die Temperatur sinkt. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors 4 umgewandelt. Nachdem der Dampf durch den Hochdruck-Strömungskanal 10 geströmt ist, strömt er aus einem Hochdruckausströmbereich 12 aus der Dampfturbine 1 zu einem Zwischenüberhitzer (nicht näher dargestellt) weiter. Im Zwischenüberhitzer wird der abgekühlte Dampf wieder auf eine hohe Temperatur gebracht, die vergleichbar ist zu der Frischdampftemperatur im Hochdruck-Einströmbereich. Allerdings ist der Druck im Einströmbereich 11 deutlich geringer.
  • Das Innengehäuse 2 weist im Mitteldruckbereich 9 mehrere Mitteldruck-Leitschaufeln (nicht dargestellt) auf, die derart angeordnet sind, dass entlang der zweiten Strömungsrichtung 8 ein Mitteldruck-Strömungskanal 13 mit mehreren Mitteldruck-Schaufelstufen (nicht dargestellt), die jeweils eine Reihe Mitteldruck-Laufschaufeln und eine Reihe Mitteldruck-Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist.
  • Der Dampf nach dem Zwischenüberhitzer strömt über den Mitteldruck-Einströmbereich 14 durch den Mitteldruck-Strömungskanal 13. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors 4 umgewandelt. Nach dem Mitteldruck-Strömungskanal 13 strömt der Dampf über einen Auslass 15 aus der Dampfturbine 1 heraus. Der Dampf wird anschließend zu einer Niederdruckteilturbine (nicht dargestellt) oder einem Prozess als Prozessdampf weitergeleitet. Der Rotor 4 weist zwischen dem Hochdruck-Strömungskanal 10 und dem Mitteldruck-Strömungskanal 13 einen Schubausgleichszwischenboden 16 auf. Dieser Schubausgleichzwischenboden 16 weist einen größeren Durchmesser auf als der Rotor 4.
  • Die Frischdampftemperatur liegt bei 530°C - 720°C bei einem Druck von 80bar - 350bar. Die Mitteldrucktemperatur liegt bei 530°C - 750°C bei einem Druck von 30bar - 120bar.
  • Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Dampfturbine 1 aus Figur 1, wobei weitere erfindungsgemäße Merkmale in Figur 2 dargestellt sind. Das Innengehäuse 2 weist eine Verbindung 17 auf, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Hochdruck-Strömungskanal 10 nach einer ersten Hochdruck-Schaufelstufe 18 und einem ersten Schubausgleichzwischenbodenraum 19 angeordnet ist, wobei der Schubausgleichzwischenbodenraum 19 zwischen dem Schubausgleichzwischenboden 16 und dem Innengehäuse 2 angeordnet ist. Das Innengehäuse 2 weist im Bereich des Schubausgleichzwischenbodens 16 mehrere Segmente 20 auf. Die Segmente 20 weisen jeweils eine Labyrinthdichtung (nicht dargestellt) auf.
  • Das Innengehäuse 2 weist ferner einen ersten Kreuzrückführungskanal 21 auf, der als eine kommunizierende Röhre zwischen einem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum 19 (der zwischen dem Schubausgleichzwischenboden 16 und dem Innengehäuse 2 angeordnet ist) und nach einer zweiten Hochdruck-Schaufelstufe 22 angeordnet ist.
  • Die erste Hochdruckschaufelstufe 18 ist entlang der ersten Strömungsrichtung 6 gesehen vor der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe 23 angeordnet.
  • Der erste Schubausgleichzwischenbodenraum 19 ist entlang der ersten Strömungsrichtung 6 gesehen vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum 22 angeordnet.
  • Zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Schubausgleichzwischenboden 16 ist eine erste Bürstendichtung 24 entlang der zweiten Strömungsrichtung 8 vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum 22 angeordnet. Eine zweite Bürstendichtung 25 ist entlang der zweiten Strömungsrichtung 8 hinter dem ersten Schubausgleichzwischenbodenraum 16 angeordnet.
  • Der erste Kreuzrückführungskanal 21 kann in alternativen Ausführungsformen mit Röhren (nicht dargestellt) ausgebildet sein. In dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kreuzrückführungskanal 21 im Innengehäuse 2 angeordnet.
  • Die Verbindung 17 ist in dem in Figur 2 ausgewählten Ausführungsbeispiel im Innengehäuse 2 ausgebildet und in alternativen Ausführungsformen kann die Verbindung 17 mit Verbindungsröhren ausgebildet sein.
  • Die Dampfturbine 1 weist einen zweiten Kreuzrückführungskanal 26 auf, der als kommunizierende Röhre zwischen einem dritten Schubausgleichzwischenbodenraum 27, der zwischen dem Schubausgleichzwischenboden 16 und dem Innengehäuse 2 angeordnet ist und nach einer dritten Hochdruck-Schaufelstufe 28 angeordneten Hochdruck-Zuströmraum im Hochdruck-Strömungskanal 10 gebildet ist.
  • Die dritte Hochdruck-Schaufelstufe 28 ist in der ersten Strömungsrichtung 6 gesehen hinter der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe 23 angeordnet. Der Kreuz-Rückführungskanal 26 kann im Innengehäuse 20 ausgebildet sein. In alternativen Ausführungsformen kann der dritte Kreuz-Rückführungskanal 26 als Rohr ausgebildet sein.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Dampfturbine (1) umfassend
    ein Innengehäuse (2) und ein Außengehäuse (3) sowie einen Rotor (4), der innerhalb des Innengehäuses (2) drehgelagert angeordnet ist,
    wobei das Außengehäuse (3) um das Innengehäuse (2) angeordnet ist,
    wobei der Rotor (4) einen entlang einer ersten Strömungsrichtung (6) angeordneten Hochdruck-Bereich (7) und einen entlang einer zweiten Strömungsrichtung (8) angeordneten Mitteldruck-Bereich (9) aufweist,
    wobei das Inngengehäuse (2) im Hochdruck-Bereich (7) mehrere Hochdruck-Leitschaufeln aufweist,
    die derart angeordnet sind,
    dass entlang der ersten Strömungsrichtung (6) ein Hochdruck-Strömungskanal (10) mit mehreren Hochdruck-Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Hochdruck-Laufschaufeln und eine Reihe Hochdruck-Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist, wobei das Innengehäuse (2) im Mitteldruck-Bereich (9) mehrere Mitteldruck-Leitschaufeln aufweist,
    die derart angeordnet sind, dass entlang der zweiten Strömungsrichtung (8) ein Mitteldruck-Strömungskanal mit mehreren Mitteldruck-Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Mitteldruck-Laufschaufeln und eine Reihe Mitteldruck-Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist,
    wobei der Rotor (4) zwischen dem Hochdruck-Bereich (7) und dem Mitteldruck-Bereich (9) einen Schubausgleichzwischenboden (16) aufweist,
    wobei das Innengehäuse (2) eine Verbindung (17) aufweist, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Hochdruck-Strömungskanal (10) nach einer ersten Hochdruck-Schaufelstufe (18)und einem ersten Schubausgleichzwischenbodenraum (19), ausgebildet ist,
    wobei das Innengehäuse (2) einen ersten Kreuz-Rückführungskanal (21) aufweist, der als eine kommunizierende Röhre zwischen einem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum (22), der zwischen dem Schubausgleichzwischenboden (16) und dem Innengehäuse (2) angeordnet ist,
    und nach einer zweiten Hochdruck-Schaufelstufe (23) angeordneten Hochdruck-Zuströmraum im Hochdruck-Strömungskanal (10) gebildet ist.
  2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
    wobei die erste Hochdruck-Schaufelstufe (18) entlang der ersten Strömungsrichtung (6) gesehen vor der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe (23) angeordnet ist.
  3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei de erste Schubausgleichzwischenbodenraum (19) entlang der ersten Strömungsrichtung (6) gesehen vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum (22) angeordnet ist.
  4. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei zwischen dem Innengehäuse (2) und dem Schubausgleichzwischenboden (16) eine erste Bürstendichtung (24) entlang der zweiten Strömungsrichtung (8) vor dem zweiten Schubausgleichzwischenbodenraum (22) und eine zweite Bürstendichtung (25) entlang der zweiten Strömungsrichtung (8) hinter dem ersten Schubausgleichzwischenbodenraum (19) angeordnet ist.
  5. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der erste Kreuz-Rückführungskanal (21) mit Röhren ausgebildet ist.
  6. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Verbindung (17) mit Verbindungsröhren ausgebildet ist.
  7. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    mit einem zweiten Kreuz-Rückführungskanal (26), der als kommunizierende Röhre zwischen einem dritten Schubausgleichzwischenbodenraum (27), der zwischen dem Schubausgleichzwischenboden (16) und dem Innengehäuse (2) angeordnet ist,
    und nach einer dritten Hochdruck-Schaufelstufe (28) angeordnetem Hochdruck-Zuströmraum im Hochdruck-Strömungskanal (10) gebildet ist.
  8. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die dritte Hochdruck-Schaufelstufe (28) in der ersten Strömungsrichtung (6) gesehen hinter der zweiten Hochdruck-Schaufelstufe (23) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum Kühlen einer Dampfturbine (1),
    wobei die Dampfturbine (1) einen Hochdruck-Bereich (7) und einen Mitteldruck-Bereich (9) aufweist, wobei ein Rotor (2) zwischen dem Hochdruck-Bereich (7) und dem Mitteldruck-Bereich (9) einen Schubausgleichzwischenboden (16) aufweist, wobei Dampf aus dem Hochdruck-Bereich (7) entnommen wird und einem Raum zwischen Schubausgleichzwischenboden (16) und Inngengehäuse (2) zugeführt wird, wobei Dampf aus dem Raum zwischen Schubausgleichzwischenboden (16) und dem Innengehäuse (2) über einen ersten Kreuz-Rückführungskanal (21) dem Hochdruck-Bereich (7) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    wobei ein weiterer Dampf zwischen Schubausgleichzwischenboden (16) und Innengehäuse (2) über einen zweiten Kreuz-Rückführungskanal (26) in den Hochdruck-Bereich (7) zugeführt wird.
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