EP3056663A1 - Axial flow steam turbine, especially of the double-flow type - Google Patents

Axial flow steam turbine, especially of the double-flow type Download PDF

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Publication number
EP3056663A1
EP3056663A1 EP15154486.3A EP15154486A EP3056663A1 EP 3056663 A1 EP3056663 A1 EP 3056663A1 EP 15154486 A EP15154486 A EP 15154486A EP 3056663 A1 EP3056663 A1 EP 3056663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
steam turbine
steam
pressure stage
shield
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Withdrawn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
EP15154486.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Carmen Stüer
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
Priority to EP15154486.3A priority Critical patent/EP3056663A1/en
Publication of EP3056663A1 publication Critical patent/EP3056663A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • 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
    • 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
    • F01D3/02—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
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • 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 invention relates to an axially acted steam turbine, in particular in twin-flow design, with an arranged in the region of the steam inlet annular wave shield, which surrounds the shaft at a distance and is connected to the radially inner ends of the vanes of the first vane ring, wherein in the wave shield nozzles are introduced , Which, viewed in the direction of rotation of the shaft, open into the annular space formed between the shaft and the shaft shield.
  • the so-called swirl cooling is a passive cooling method, with which the wave below the inflow of a double-flow Medium pressure turbine section can be cooled.
  • a part of the live steam inlet stream is passed into the groove between the shaft and a shielding ring.
  • the shield ring therefore has bores which guide the vapor tangentially in the direction of rotation into an annular space.
  • the steam is accelerated before and within the bore until it reaches a pressure at the entrance into the annulus, which corresponds in first approximation to the pressure behind the guide wheel.
  • the acceleration of the steam is associated with a lowering of the static temperature. Part of this temperature reduction is lost by impoundment, but also by the lower peripheral speed at larger diameters of the boundary layer flow on the shaft surface again.
  • the effectiveness of this cooling method depends on the pressure behind the diagonal diffuser. Since this pressure can not be lowered arbitrarily low without loss of efficiency, the achievable with the swirl cooling effect is limited.
  • the object of the invention is to further improve the cooling of the shaft.
  • an axially acted steam turbine in particular in twin-flow design, with an arranged in the region of the steam inlet annular wave shield, which surrounds the shaft at a distance, and is connected to the radially inner ends of the vanes of the first vane ring, wherein in the wave shield Nozzle are introduced, which, viewed in the direction of rotation of the shaft, open into the annular space formed between shaft and shaft shield, the annular space being limited in its axial extent by its first and a second seal arranged between the shaft shield and the shaft, a device being provided, which produces a fluidic connection between the annulus and a low pressure level.
  • the invention therefore pursues the concept of not returning the cooling steam as before to the main mass flow, but to connect via a device to a lower pressure level.
  • this measure advantageously no externally supplied cooling steam is needed.
  • this cooling option can be advantageously carried out self-regulating, the losses are lower compared to an external cooling.
  • the cooling option is inexpensive to carry out.
  • Another advantage of the invention is that the cooling steam is always present and thus the cooling can not fail.
  • the invention pursues the approach of fluidically connecting the steam flowing into the annular space with a low pressure stage.
  • the low pressure level has a pressure that is less than the pressure in the annulus. As a result, a flow is maintained, which leads to an improved cooling effect on the shaft surface in the inflow region of the medium-pressure turbine part.
  • the device is designed as a vane formed with a cavity of the first vane ring, wherein via the cavity, the fluidic connection between the annulus and the low pressure stage is realized.
  • the low pressure stage is designed as a downstream stage in the blading.
  • the low pressure level is thus a certain point in the flow channel in which a certain pressure prevails, which is necessary for the maintained cooling flow.
  • the fluidic connection can be realized in this case on the hollow running vane and executed in the inner housing holes or pipes.
  • the low pressure stage is designed as a tap.
  • the low pressure stage is designed as Abdampfraum.
  • the Abdampfraum offers a medium-pressure turbine section.
  • the fluidic connection can also be realized structurally simple.
  • the first and second seal is designed as a labyrinth seal.
  • the FIG. 1 shows in cross-section an inflow region 1 of an axially loaded steam turbine.
  • the FIG. 2 shows a cross-sectional view of a double-flow steam turbine.
  • the axially acted steam turbine 2 is realized in particular in twin-flow design.
  • the axially pressurized steam turbine substantially comprises a rotor 4 rotatably mounted about a rotation axis 3.
  • the rotor 4 has a number of turbine blades 5 arranged on the surface of the rotor 4. For clarity, only four reference numerals 5 in the FIG. 2 to see.
  • Arranged around the rotor 4 is an inner casing 6 carrying turbine vanes 7 on an inner surface 8.
  • the blades 5 and the vanes 7 form a flow channel 9
  • FIG. 1 and FIG. 2 illustrated embodiment of the steam turbine 2 is realized in a twin-flow design. This means that in the inflow region 1, a live steam flows in and is deflected into a first flow channel 10 and into a second flow channel 11.
  • the region of the first flow channel 10 is also referred to as the first flow 12 and the region of the second flow channel 11 is also referred to as the second flow 13.
  • the steam turbine 2 comprises at least one shaft 20 extending along a shaft axis X and rotatable about the shaft axis X in a direction of rotation, the steam turbine 2 having a vane ring with guide vanes 22a, 22b.
  • first flood 12 and the second flood 13 is not completely shown.
  • the first flow 12 and the second flow 13 may be asymmetrical to each other.
  • an outer housing 14 is arranged.
  • the outer housing 14 surrounds the inner housing 6 and the rotor 4. Therefore, at the contact points between the rotor 4 and the outer housing 14 seals must be arranged, which will not be discussed here.
  • the steam flows in the direction of the arrow 16 radially inwardly through an annular inflow passage 17, which is formed by the guide vanes 18a and 18b of the two mirror images of the axial center M arranged floods 12, 13.
  • the blades and the half ring are formed as a part.
  • the steam entering in the radial direction is then distributed equally to both flutes 12, 13 under deflection in the axial direction, but a small partial flow is introduced into an annular space 19 which is formed between the shaft 20 and a shaft shield 21 concentric therewith a corresponding shaping of shaft 20 and shaft shield 21, starting from the axial center M starting to both sides slightly increases.
  • the shaft shield 21 is attached to the radially inner ends of the vanes 22a, 22b of the respective first vane ring of both floods 12, 13.
  • the vanes 22a, 22b are in turn inserted into the vane supports 18a, 18b.
  • In the wave shield 21 are now four in total or more evenly distributed over the circumference arranged fluidic cooling connections 23 attached as holes.
  • the fluidic cooling connections 23 are designed as nozzles 23a.
  • the nozzles 23a are designed such that they open tangentially in the direction of rotation of the shaft 20 in the annular space 19 formed between the shaft 20 and the shaft shield 21. Since the partial stream branched off from the inflowing steam enters the annular space 19 tangentially through the nozzles 23a, a swirling flow forms there.
  • the swirl flow is then divided into two outgoing from the axial center M swirl flows, which in the FIG. 1 are indicated by the arrows 24a and 24b and the shaft 20 along to the blades 25a and 25b of the respective first blade ring of the two floods 12, 13 flow.
  • the shaft shield 21 prevents on the one hand a direct flow against the surface of the shaft 20 by the radially in the direction of arrow 16 incoming hot steam.
  • the boundary layer temperature of the swirling flows 24a and 24b in the annulus 19 corresponds to the static temperature of the steam lowered by the increase of the kinetic energy, increased by the congestion temperature component of the relative velocity between swirling flow 24a, 24b and peripheral velocity of the waves.
  • the congestion temperature component is low, since the relative velocity mentioned by the selected embodiment of the nozzles 23a is also relatively low.
  • FIG. 1 illustrated embodiment shows left of the axial center M, the embodiment of the invention and right of the axial center M, the embodiment according to the current state of the art.
  • the annular space 19 is limited in its axial extent 26 by a between the shaft shield 21 and the shaft 20 arranged first seal 27 and a second seal, not shown.
  • the second seal is like from the FIG. 1 refer to the mirror image to the axial center M executed.
  • the invention Characterized by a device 28, which produces a fluidic connection between the annular space 19 and a low pressure level.
  • the shaft shield 21 is in this case carried out at the ends, that the swirl flow 24a, 24b is deflected by means of the first and second seal 27 to the device 28.
  • the device 28 is designed as a formed with a cavity 29 vane 22a, 22b of the first vane ring , About the cavity 29, the fluidic connection between the annular space 19 and the low pressure stage takes place.
  • the vapor may be removed through a conduit rather than through the vane.
  • the shaft shield 21 is made in two parts, wherein a first part 30, which can also be designed as a two-part diagonal stage, with the first vane 22a, 22b is connected (seen in the direction of arrow 16) and then a second part 31, referred to as a shield can be arranged, which is coupled to the first part 30.
  • the first seal 27 and the second seal 28 are designed as a labyrinth seal.
  • FIG. 2 Various alternatives are shown, with which the annular space 19 can be connected to a lower pressure level.
  • a first possibility is provided in that the lower pressure stage is formed as a downstream stage in the blading.
  • a fluidic connection is produced, which is marked with the letter A.
  • the fluid connection marked B represents a connection with a second low pressure stage 33 designed as a tap.
  • the tapping is an opening in the flow channel 9, from which steam is removed.
  • connection marked D represents another possibility for fluidically connecting the annular space 19 with the tapping.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlungsmöglichkeit für eine Welle (20) einer Dampfturbine (2), wobei die Drallkühlung derart ausgebildet wird, dass über ein Hohlraum (29) die Drallströmung zu einer niedrigen Druckstufe geführt wird und die Wellenabschirmung (21) über Dichtungen (15) gegenüber der Welle (20) abgedichtet ist.The invention relates to a cooling possibility for a shaft (20) of a steam turbine (2), wherein the swirl cooling is formed such that via a cavity (29) the swirl flow is guided to a low pressure stage and the shaft shield (21) via seals (15). is sealed against the shaft (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine axial beaufschlagte Dampfturbine, insbesondere in zweiflutiger Ausführung, mit einer im Bereich der Dampfeinströmung angeordneten ringförmigen Wellenabschirmung, welche die Welle mit Abstand umschließt und mit den radial inneren Enden der Leitschaufeln des ersten Leitschaufelkranzes verbunden ist, wobei in die Wellenabschirmung Düsen eingebracht sind, welche in Drehrichtung der Welle gesehen in den zwischen Welle und Wellenabschirmung gebildeten Ringraum einmünden.The invention relates to an axially acted steam turbine, in particular in twin-flow design, with an arranged in the region of the steam inlet annular wave shield, which surrounds the shaft at a distance and is connected to the radially inner ends of the vanes of the first vane ring, wherein in the wave shield nozzles are introduced , Which, viewed in the direction of rotation of the shaft, open into the annular space formed between the shaft and the shaft shield.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades einer Dampfturbine trägt die Verwendung von Dampf mit höheren Drücken und Temperaturen bei, insbesondere sogenannte überkritische Dampfzustände, mit einer Temperatur von beispielsweise über 550°C. Die Verwendung von Dampf mit einem solchen Dampfzustand stellt erhöhte Anforderungen an eine entsprechend beaufschlagte Dampfturbine, insbesondere an die an den Einströmbereich des Aktionsfluides grenzenden Komponenten der Dampfturbine, wie Gehäusewandung und Turbinenwelle. Somit werden Anstrengungen unternommen, um die Eintrittstemperatur des Dampfes in die Dampfturbine zu erhöhen. Andererseits wirkt sich die Erhöhung der Eintrittstemperatur des Dampfes negativ auf die Festigkeitseigenschaften der verwendeten Materialien aus. Um die verfügbaren Materialien, vor allem das für die Welle verwendete Material auch bei höheren Temperaturen einsetzen zu können, ist eine Kühlung erforderlich. Eine bekannte Kühlung ist die sogenannte Drallkühlung, die unter einer Diagonalstufe einer symmetrischen, das heißt zweiflutig ausgeführten Mitteldruckdampfturbine eingesetzt wird.To increase the efficiency of a steam turbine, the use of steam at higher pressures and temperatures, in particular so-called supercritical steam conditions, contributes with a temperature of for example above 550 ° C. The use of steam with such a steam condition places increased demands on a steam turbine which is acted upon correspondingly, in particular on the components of the steam turbine which adjoin the inflow region of the action fluid, such as the housing wall and the turbine shaft. Thus, efforts are being made to increase the inlet temperature of the steam into the steam turbine. On the other hand, increasing the inlet temperature of the steam negatively affects the strength properties of the materials used. In order to use the available materials, especially the material used for the shaft also at higher temperatures, cooling is required. A known cooling is the so-called swirl cooling, which is used under a diagonal stage of a symmetrical, that is double-flow medium-pressure steam turbine.

Die sogenannte Drallkühlung ist eine passive Kühlungsmethode, mit der die Welle unterhalb der Einströmung einer doppelflutigen Mitteldruckteilturbine gekühlt werden kann. Hierzu wird ein Teil des Frischdampfeintrittstromes in die Nut zwischen der Welle und einem Abschirmring geleitet. Der Abschirmring weist daher Bohrungen auf, die den Dampf tangential in Rotationsrichtung in einen Ringraum führen. Der Dampf wird vor und innerhalb der Bohrung beschleunigt, bis er am Eintritt in den Ringraum einen Druck erreicht, der in erster Näherung dem Druck hinter dem Leitrad entspricht. Die Beschleunigung des Dampfes ist mit einer Absenkung der statischen Temperatur verbunden. Ein Teil dieser Temperaturabsenkung geht durch Aufstauung, aber auch durch die geringere Umfangsgeschwindigkeit bei größeren Durchmessern der Grenzschichtströmung an der Wellenoberfläche wieder verloren. Die Wirksamkeit dieses Kühlverfahrens hängt zwingend vom Druck hinter dem diagonalen Leitrad ab. Da dieser Druck nicht ohne Verlust an Wirkungsgrad beliebig tief abgesenkt werden kann, ist die mit der Drallkühlung erreichbare Wirkung limitiert.The so-called swirl cooling is a passive cooling method, with which the wave below the inflow of a double-flow Medium pressure turbine section can be cooled. For this purpose, a part of the live steam inlet stream is passed into the groove between the shaft and a shielding ring. The shield ring therefore has bores which guide the vapor tangentially in the direction of rotation into an annular space. The steam is accelerated before and within the bore until it reaches a pressure at the entrance into the annulus, which corresponds in first approximation to the pressure behind the guide wheel. The acceleration of the steam is associated with a lowering of the static temperature. Part of this temperature reduction is lost by impoundment, but also by the lower peripheral speed at larger diameters of the boundary layer flow on the shaft surface again. The effectiveness of this cooling method depends on the pressure behind the diagonal diffuser. Since this pressure can not be lowered arbitrarily low without loss of efficiency, the achievable with the swirl cooling effect is limited.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an.At this point, the invention begins.

Aufgabe der Erfindung ist es die Kühlung der Welle weiter zu verbessern.The object of the invention is to further improve the cooling of the shaft.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine axial beaufschlagte Dampfturbine, insbesondere in zweiflutiger Ausführung, mit einer im Bereich der Dampfeinströmung angeordneten ringförmigen Wellenabschirmung, welche die Welle mit Abstand umschließt, und mit den radial inneren Enden der Leitschaufeln des ersten Leitschaufelkranzes verbunden ist, wobei in die Wellenabschirmung Düsen eingebracht sind, welche in Drehrichtung der Welle gesehen in den zwischen Welle und Wellenabschirmung gebildeten Ringraum einmünden, wobei der Ringraum in seiner axialen Erstreckung durch seine zwischen der Wellenabschirmung und der Welle angeordneten ersten und einer zweiten Dichtung begrenzt ist, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Ringraum und einer niedrigen Druckstufe herstellt.This object is achieved by an axially acted steam turbine, in particular in twin-flow design, with an arranged in the region of the steam inlet annular wave shield, which surrounds the shaft at a distance, and is connected to the radially inner ends of the vanes of the first vane ring, wherein in the wave shield Nozzle are introduced, which, viewed in the direction of rotation of the shaft, open into the annular space formed between shaft and shaft shield, the annular space being limited in its axial extent by its first and a second seal arranged between the shaft shield and the shaft, a device being provided, which produces a fluidic connection between the annulus and a low pressure level.

Die Erfindung verfolgt daher das Konzept, den Kühldampf nicht wie bisher dem Hauptmassenstrom wieder zuzuleiten, sondern über eine Vorrichtung an eine niedrigere Druckstufe anzubinden. Durch diese Maßnahme wird vorteilhaft kein extern zugeführter Kühldampf benötigt. Desweiteren kann diese Kühlmöglichkeit vorteilhafterweise selbstregulierend ausgeführt werden, wobei die Verluste gegenüber einer externen Kühlung geringer sind. Darüber hinaus ist die Kühlungsmöglichkeit kostengünstig ausführbar.The invention therefore pursues the concept of not returning the cooling steam as before to the main mass flow, but to connect via a device to a lower pressure level. By this measure advantageously no externally supplied cooling steam is needed. Furthermore, this cooling option can be advantageously carried out self-regulating, the losses are lower compared to an external cooling. In addition, the cooling option is inexpensive to carry out.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Kühldampf immer ansteht und somit die Kühlung nicht ausfallen kann.Another advantage of the invention is that the cooling steam is always present and thus the cooling can not fail.

Die Erfindung verfolgt den Ansatz, den in den Ringraum einströmenden Dampf mit einer niedrigen Druckstufe strömungstechnisch zu verbinden. Die niedrige Druckstufe weist einen Druck auf, der geringer ist als der Druck im Ringraum. Dadurch wird eine Strömung aufrecht erhalten, die zu einer verbesserten Kühlungswirkung auf der Wellenoberfläche im Einströmbereich der Mitteldruckteilturbine führt.The invention pursues the approach of fluidically connecting the steam flowing into the annular space with a low pressure stage. The low pressure level has a pressure that is less than the pressure in the annulus. As a result, a flow is maintained, which leads to an improved cooling effect on the shaft surface in the inflow region of the medium-pressure turbine part.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.

So ist in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Vorrichtung als mit einem Hohlraum ausgebildete Leitschaufel des ersten Leitschaufelkranzes ausgeführt, wobei über den Hohlraum die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Ringraum und der niedrigen Druckstufe realisiert ist.Thus, in a first advantageous embodiment, the device is designed as a vane formed with a cavity of the first vane ring, wherein via the cavity, the fluidic connection between the annulus and the low pressure stage is realized.

Durch diese Maßnahme sind keine separaten strömungstechnischen Verbindungen erforderlich, die durch weitere Einbauten realisiert werden könnten. Die ohnehin vorhandene Leitschaufel des ersten Leitschaufelkranzes wird hohl ausgeführt und über diesen Hohlraum die strömungstechnische Verbindung realisiert. Dies stellt eine kostengünstige und vergleichsweise einfache Maßnahme dar, den Dampf aus dem Ringraum strömungstechnisch mit einer niedrigen Druckstufe zu verbinden.By this measure, no separate fluidic connections are required, which could be realized by further installations. The already existing guide vane of the first vane ring is hollow and realized via this cavity, the fluidic connection. This is a cost-effective and relatively simple measure to connect the flow of steam from the annulus with a low pressure level.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die niedrige Druckstufe als eine stromabwärts angeordnete Stufe in der Beschaufelung ausgebildet.In a further advantageous development, the low pressure stage is designed as a downstream stage in the blading.

Die niedrige Druckstufe ist somit eine bestimmte Stelle im Strömungskanal, in der ein bestimmter Druck herrscht, der für die aufrechtzuerhaltende Kühlströmung notwendig ist. Die strömungstechnische Verbindung kann hierbei über die hohl ausgeführte Leitschaufel und im Innengehäuse ausgeführte Bohrungen oder Leitungen realisiert werden.The low pressure level is thus a certain point in the flow channel in which a certain pressure prevails, which is necessary for the maintained cooling flow. The fluidic connection can be realized in this case on the hollow running vane and executed in the inner housing holes or pipes.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die niedrige Druckstufe als eine Anzapfung ausgebildet.In an advantageous development, the low pressure stage is designed as a tap.

Hier wird somit eine ohnehin vorhandene Anzapfung ausgenutzt, um die strömungstechnische Verbindung zur niedrigen Druckstufe herzustellen. Diese vorteilhafte Lösung ist vergleichsweise einfach zu realisieren. Die strömungstechnische Verbindung, beispielsweise im Innengehäuse, muss lediglich mit der Anzapfstelle verbunden werden.Here, therefore, an already existing tap is utilized to produce the fluidic connection to the low pressure level. This advantageous solution is comparatively easy to implement. The fluidic connection, for example in the inner housing, only has to be connected to the tapping point.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die niedrige Druckstufe als Abdampfraum ausgebildet.In an advantageous development, the low pressure stage is designed as Abdampfraum.

Dies stellt eine weitere alternative Möglichkeit dar, eine geeignete niedrige Druckstufe zu finden. Hierbei bietet sich der Abdampfraum einer Mitteldruck-Teilturbine an. Die strömungstechnische Verbindung kann hierbei ebenfalls konstruktiv einfach realisiert werden.This is another alternative way to find a suitable low pressure level. Here, the Abdampfraum offers a medium-pressure turbine section. The fluidic connection can also be realized structurally simple.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste und zweite Dichtung als Labyrinthdichtung ausgeführt.In a further advantageous embodiment of the invention, the first and second seal is designed as a labyrinth seal.

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.The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, become clearer and more clearly understandable with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zu 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.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. This is not intended to represent the embodiments significantly, but the drawing, where appropriate for explanations, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable in the drawing reference is made to the relevant prior art.

Es zeigen:

Figur 1
eine schematische Querschnittsansicht eines Einströmbereichs,
Figur 2
eine Querschnittansicht einer axial beaufschlagten Dampfturbine.
Show it:
FIG. 1
a schematic cross-sectional view of an inflow,
FIG. 2
a cross-sectional view of an axially applied steam turbine.

Die Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Einströmbereich 1 einer axial beaufschlagten Dampfturbine. Die Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiflutigen Dampfturbine. Die axial beaufschlagte Dampfturbine 2 ist insbesondere in zweiflutiger Ausführung realisiert. Die axial beaufschlagte Dampfturbine umfasst im Wesentlichen einen um eine Rotationsachse 3 drehbar gelagerten Rotor 4. Der Rotor 4 weist eine Anzahl an Turbinenlaufschaufeln 5 auf, die auf der Oberfläche des Rotors 4 angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit wegen sind lediglich vier Bezugszeichen 5 in der Figur 2 zu sehen. Um den Rotor 4 ist ein Innengehäuse 6 angeordnet, das Turbinenleitschaufeln 7 an einer inneren Oberfläche 8 trägt. Die Laufschaufeln 5 und die Leitschaufeln 7 bilden einen Strömungskanal 9. Die in Figur 1 und Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Dampfturbine 2 ist in einer zweiflutigen Ausführung realisiert. Das bedeutet, dass in dem Einströmbereich 1 ein Frischdampf einströmt und in einen ersten Strömungskanal 10 und in einen zweiten Strömungskanal 11 umgelenkt wird.The FIG. 1 shows in cross-section an inflow region 1 of an axially loaded steam turbine. The FIG. 2 shows a cross-sectional view of a double-flow steam turbine. The axially acted steam turbine 2 is realized in particular in twin-flow design. The axially pressurized steam turbine substantially comprises a rotor 4 rotatably mounted about a rotation axis 3. The rotor 4 has a number of turbine blades 5 arranged on the surface of the rotor 4. For clarity, only four reference numerals 5 in the FIG. 2 to see. Arranged around the rotor 4 is an inner casing 6 carrying turbine vanes 7 on an inner surface 8. The blades 5 and the vanes 7 form a flow channel 9 FIG. 1 and FIG. 2 illustrated embodiment of the steam turbine 2 is realized in a twin-flow design. This means that in the inflow region 1, a live steam flows in and is deflected into a first flow channel 10 and into a second flow channel 11.

Der Bereich des ersten Strömungskanals 10 wird auch als erste Flut 12 und der Bereich des zweiten Strömungskanals 11 wird auch als zweite Flut 13 bezeichnet. Die Dampfturbine 2 umfasst mindestens eine sich entlang einer Wellenachse X erstreckenden und in einer Drehrichtung um die Wellenachse X drehbaren Welle 20, wobei die Dampfturbine 2 einen Leitschaufelkranz mit Leitschaufeln 22a, 22b aufweist.The region of the first flow channel 10 is also referred to as the first flow 12 and the region of the second flow channel 11 is also referred to as the second flow 13. The steam turbine 2 comprises at least one shaft 20 extending along a shaft axis X and rotatable about the shaft axis X in a direction of rotation, the steam turbine 2 having a vane ring with guide vanes 22a, 22b.

In der Figur 1 und der Figur 2 ist die erste Flut 12 und die zweite Flut 13 nicht vollständig dargestellt. Die erste Flut 12 und die zweite Flut 13 können unsymmetrisch zueinander ausgebildet sein.In the FIG. 1 and the FIG. 2 is the first flood 12 and the second flood 13 is not completely shown. The first flow 12 and the second flow 13 may be asymmetrical to each other.

Um das Innengehäuse 6 ist ein Außengehäuse 14 angeordnet.To the inner housing 6, an outer housing 14 is arranged.

Das Außengehäuse 14 umschließt das Innengehäuse 6 und den Rotor 4. Daher muss an den Kontaktstellen zwischen dem Rotor 4 und dem Außengehäuse 14 Dichtungen angeordnet werden, auf die hier nicht näher eingegangen wird.The outer housing 14 surrounds the inner housing 6 and the rotor 4. Therefore, at the contact points between the rotor 4 and the outer housing 14 seals must be arranged, which will not be discussed here.

Im Betrieb strömt der Dampf in Richtung des Pfeiles 16 radial nach innen durch einen ringförmigen Einströmkanal 17, welcher durch die Leitschaufelträger 18a bzw. 18b der beiden spiegelbildlich zur axialen Mitte M angeordneten Fluten 12, 13 gebildet ist. Die Schaufeln und der halbe Ring sind als ein Teil ausgebildet. Der in radialer Richtung einströmende Dampf wird dann unter Umlenkung in die axiale Richtung auf beide Fluten 12, 13 gleichmäßig aufgeteilt, wobei jedoch ein geringer Teilstrom in einen Ringraum 19 eingeleitet wird, welcher zwischen der Welle 20 und einer dazu konzentrischen Wellenabschirmung 21 gebildet ist und durch eine entsprechende Formgebung von Welle 20 und Wellenabschirmung 21 von der axialen Mitte M ausgehend nach beiden Seiten hin etwas ansteigt. Die Wellenabschirmung 21 ist an den radial inneren Enden der Leitschaufeln 22a, 22b des jeweils ersten Leitschaufelkranzes beider Fluten 12, 13 befestigt. Die Leitschaufeln 22a, 22b sind ihrerseits in die Leitschaufelträger 18a, 18b eingesetzt. In die Wellenabschirmung 21 sind nun insgesamt vier oder mehr über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete strömungstechnische Kühlungsverbindungen 23 als Bohrungen angebracht. Die strömungstechnischen Kühlungsverbindungen 23 sind als Düsen 23a ausgebildet. Die Düsen 23a sind so ausgebildet, dass sie in der Drehrichtung der Welle 20 tangential in den zwischen Welle 20 und Wellenabschirmung 21 gebildeten Ringraum 19 einmünden. Da der von dem einströmenden Dampf abgezweigte Teilstrom durch die Düsen 23a tangential in den Ringraum 19 eintritt, bildet sich dort eine Drallströmung aus. Die Drallströmung teilt sich dann in zwei von der axialen Mitte M ausgehende Drallströmungen auf, welche in der Figur 1 durch die Pfeile 24a und 24b angedeutet sind und die Welle 20 entlang bis zu den Laufschaufeln 25a bzw. 25b des jeweils ersten Laufschaufelkranzes der beiden Fluten 12, 13 strömen.In operation, the steam flows in the direction of the arrow 16 radially inwardly through an annular inflow passage 17, which is formed by the guide vanes 18a and 18b of the two mirror images of the axial center M arranged floods 12, 13. The blades and the half ring are formed as a part. The steam entering in the radial direction is then distributed equally to both flutes 12, 13 under deflection in the axial direction, but a small partial flow is introduced into an annular space 19 which is formed between the shaft 20 and a shaft shield 21 concentric therewith a corresponding shaping of shaft 20 and shaft shield 21, starting from the axial center M starting to both sides slightly increases. The shaft shield 21 is attached to the radially inner ends of the vanes 22a, 22b of the respective first vane ring of both floods 12, 13. The vanes 22a, 22b are in turn inserted into the vane supports 18a, 18b. In the wave shield 21 are now four in total or more evenly distributed over the circumference arranged fluidic cooling connections 23 attached as holes. The fluidic cooling connections 23 are designed as nozzles 23a. The nozzles 23a are designed such that they open tangentially in the direction of rotation of the shaft 20 in the annular space 19 formed between the shaft 20 and the shaft shield 21. Since the partial stream branched off from the inflowing steam enters the annular space 19 tangentially through the nozzles 23a, a swirling flow forms there. The swirl flow is then divided into two outgoing from the axial center M swirl flows, which in the FIG. 1 are indicated by the arrows 24a and 24b and the shaft 20 along to the blades 25a and 25b of the respective first blade ring of the two floods 12, 13 flow.

Die Wellenabschirmung 21 verhindert einerseits ein unmittelbares Anströmen der Oberfläche der Welle 20 durch den in Richtung des Pfeiles 16 radial einströmenden heißen Dampf. Andererseits entspricht die Grenzschichttemperatur der Drallströmungen 24a und 24b in dem Ringraum 19 der durch die Erhöhung der kinetischen Energie abgesenkten statischen Temperatur des Dampfes, vermehrt um den Stautemperaturanteil der Relativgeschwindigkeit zwischen Drallströmung 24a, 24b und Wellenumfangsgeschwindigkeit. Der Stautemperaturanteil ist dabei gering, da die genannt Relativgeschwindigkeit durch die gewählte Ausführung der Düsen 23a ebenfalls vergleichsweise gering ist.The shaft shield 21 prevents on the one hand a direct flow against the surface of the shaft 20 by the radially in the direction of arrow 16 incoming hot steam. On the other hand, the boundary layer temperature of the swirling flows 24a and 24b in the annulus 19 corresponds to the static temperature of the steam lowered by the increase of the kinetic energy, increased by the congestion temperature component of the relative velocity between swirling flow 24a, 24b and peripheral velocity of the waves. The congestion temperature component is low, since the relative velocity mentioned by the selected embodiment of the nozzles 23a is also relatively low.

Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform zeigt links von der axialen Mitte M die erfindungsgemäße Ausführung und rechts von der axialen Mitte M die Ausführung gemäß dem derzeitigen Stand der Technik. Der Ringraum 19 ist in seiner axialen Erstreckung 26 durch eine zwischen der Wellenabschirmung 21 und der Welle 20 angeordneten ersten Dichtung 27 und einer nicht dargestellten zweiten Dichtung begrenzt. Die zweite Dichtung ist allerdings wie aus der Figur 1 zu entnehmen spiegelbildlich zur axialen Mitte M ausgeführt. Die Erfindung zeichnet sich durch eine Vorrichtung 28 aus, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Ringraum 19 und einer niedrigen Druckstufe herstellt. Die Wellenabschirmung 21 wird hierbei an den Enden so ausgeführt, dass die Drallströmung 24a, 24b mittels der ersten und zweiten Dichtung 27 umgelenkt wird zu der Vorrichtung 28. Die Vorrichtung 28 ist als eine mit einem Hohlraum 29 ausgebildete Leitschaufel 22a, 22b des ersten Leitschaufelkranzes ausgeführt. Über den Hohlraum 29 erfolgt die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Ringraum 19 und der niedrigen Druckstufe.In the FIG. 1 illustrated embodiment shows left of the axial center M, the embodiment of the invention and right of the axial center M, the embodiment according to the current state of the art. The annular space 19 is limited in its axial extent 26 by a between the shaft shield 21 and the shaft 20 arranged first seal 27 and a second seal, not shown. The second seal, however, is like from the FIG. 1 refer to the mirror image to the axial center M executed. The invention Characterized by a device 28, which produces a fluidic connection between the annular space 19 and a low pressure level. The shaft shield 21 is in this case carried out at the ends, that the swirl flow 24a, 24b is deflected by means of the first and second seal 27 to the device 28. The device 28 is designed as a formed with a cavity 29 vane 22a, 22b of the first vane ring , About the cavity 29, the fluidic connection between the annular space 19 and the low pressure stage takes place.

In einer alternativen Ausführungsform kann der Dampf statt durch die Leitschaufel durch eine Leitung abgeführt werden.In an alternative embodiment, the vapor may be removed through a conduit rather than through the vane.

Die Wellenabschirmung 21 ist zweiteilig ausgeführt, wobei ein erster Teil 30,der auch als zweigeteilte Diagonalstufe ausgeführt sein kann, mit der ersten Leitschaufel 22a, 22b verbunden ist (in Richtung des Pfeiles 16 gesehen) und danach ein zweiter Teil 31, der als Abschirmung bezeichnet werden kann, angeordnet ist, der an den ersten Teil 30 gekoppelt ist.The shaft shield 21 is made in two parts, wherein a first part 30, which can also be designed as a two-part diagonal stage, with the first vane 22a, 22b is connected (seen in the direction of arrow 16) and then a second part 31, referred to as a shield can be arranged, which is coupled to the first part 30.

Die erste Dichtung 27 und die zweite Dichtung 28 sind als Labyrinthdichtung ausgeführt.The first seal 27 and the second seal 28 are designed as a labyrinth seal.

Andere Dichtungstechniken können ebenfalls eingesetzt werden.Other sealing techniques can also be used.

In Figur 2 sind verschiedene Alternativen dargestellt, mit denen der Ringraum 19 mit einer niedrigeren Druckstufe verbunden werden kann. Eine erste Möglichkeit ist dadurch gegeben, dass die niedrigere Druckstufe als eine stromabwärts angeordnete Stufe in der Beschaufelung ausgebildet ist. Zu dieser ersten niedrigen Druckstufe 32 wird eine strömungstechnische Verbindung hergestellt, die mit dem Buchstaben A gekennzeichnet ist. Die mit B gekennzeichnete strömungstechnische Verbindung stellt eine Verbindung mit einer als Anzapfung ausgeführten zweiten niedrigen Druckstufe 33 dar. Bei der Anzapfung handelt es sich um eine Öffnung im Strömungskanal 9, aus der Dampf abgeführt wird.In FIG. 2 Various alternatives are shown, with which the annular space 19 can be connected to a lower pressure level. A first possibility is provided in that the lower pressure stage is formed as a downstream stage in the blading. At this first low pressure stage 32, a fluidic connection is produced, which is marked with the letter A. The fluid connection marked B represents a connection with a second low pressure stage 33 designed as a tap. The tapping is an opening in the flow channel 9, from which steam is removed.

Eine weitere Alternative, die als dritte niedrige Druckstufe bezeichnet werden kann, ist der Abdampfraum 34. Diese Verbindung wird mit C gekennzeichnet.Another alternative, which can be referred to as the third low pressure stage, is the Abdampfraum 34. This compound is marked with C.

Die mit D gekennzeichnete Verbindung stellt eine weitere Möglichkeit dar, den Ringraum 19 mit der Anzapfung strömungstechnisch zu verbinden.The connection marked D represents another possibility for fluidically connecting the annular space 19 with the tapping.

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.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (8)

Axial beaufschlagte Dampfturbine (2),
insbesondere in zweiflutiger Ausführung,
umfassend mindestens eine sich entlang einer Wellenachse (X) erstreckenden und in einer Drehrichtung um die Wellenachse (X) drehbaren Welle (20),
umfassend einen Leitschaufelkranz mit Leitschaufeln (22a, 22b),
umfassend eine im Bereich der Dampfeinströmung (1) angeordnete ringförmige Wellenabschirmung (21), welche die Welle (20) unter Bildung eines Ringraums (19) zwischen Welle (20) und Wellenabschirmung (21) in einem axialen Bereich der Dampfeinströmung (1) entlang einer Umfangsrichtung (CD) umschließt, und mit den radial inneren Enden der Leitschaufeln (22a, 22b) des ersten Leitschaufelkranzes verbunden ist,
wobei in die Wellenabschirmung (21) strömungstechnische Kühlungsverbindungen (23)eingebracht sind, welche in Drehrichtung der Welle (20) gesehen tangential in den zwischen Welle (20) und Wellenabschirmung (21) gebildeten Ringraum (19) einmünden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringraum (19) in seiner axialen Erstreckung durch eine zwischen der Wellenabschirmung (21) und der Welle (20) angeordneten ersten und einer zweiten Dichtung (27) begrenzt ist,
wobei eine Vorrichtung (29) vorgesehen ist, die eine strömungstechnische Verbindung (A, B, C) zwischen dem Ringraum (9) und einer niedrigen Druckstufe (33) herstellt.Axially impinged steam turbine (2),
especially in twin-flow design,
comprising at least one shaft (20) extending along a shaft axis (X) and rotatable in a direction of rotation about the shaft axis (X),
comprising a vane ring with vanes (22a, 22b),
comprising an annular wave shield (21) arranged in the region of the steam inflow (1) which surrounds the shaft (20) to form an annular space (19) between the shaft (20) and shaft shield (21) in an axial region of the steam inflow (1) Circumferential direction (CD) and is connected to the radially inner ends of the vanes (22a, 22b) of the first vane ring,
wherein in the shaft shield (21) fluidic cooling connections (23) are introduced, which in the direction of rotation of the shaft (20) viewed tangentially in between the shaft (20) and shaft shield (21) formed annulus (19) open,
characterized in that
the annular space (19) is limited in its axial extent by a first and a second seal (27) arranged between the shaft shield (21) and the shaft (20),
wherein a device (29) is provided, which produces a fluidic connection (A, B, C) between the annular space (9) and a low pressure stage (33). Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach Anspruch 1, wobei die niedrige Druckstufe (23) im Betrieb einen Druck aufweist, durch die eine Strömung von dem Ringraum (19) zur niedrigen Druckstufe erzeugt wird.Axially impinged steam turbine (2) according to claim 1, wherein the low pressure stage (23) in operation has a pressure through which a flow from the annulus (19) is generated to the low pressure stage. Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die strömungstechnischen Kühlungsverbindungen (23) als Düsen (23a) ausgebildet sind.Axially impinged steam turbine (2) according to claim 1 or 2,
wherein the fluidic cooling connections (23) are designed as nozzles (23a). Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Vorrichtung (29) als mit einem Hohlraum (29) ausgebildete Leitschaufel (22a, 22b) des ersten Leitschaufelkranzes ausgeführt ist und über den Hohlraum (29) die strömungstechnische Verbindung (A, B, C) zwischen dem Ringraum (19) und der niedrigeren Druckstufe (33) realisiert ist.Axially impinged steam turbine (2) according to claim 1, 2 or 3,
the device (29) being designed as a vane (22a, 22b) of the first vane ring and formed with a cavity (29) and via the cavity (29) the fluidic connection (A, B, C) between the annular space (19) and the lower pressure stage (33) is realized. Axial beaufschlagte Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die niedrigere Druckstufe als eine stromabwärts angeordnete Stufe in der Beschaufelung ausgebildet ist.Axially impinged steam turbine according to one of the preceding claims,
wherein the lower pressure stage is formed as a downstream stage in the blading. Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die niedrigere Druckstufe (33) als eine Anzapfung ausgebildet ist.Axially impinged steam turbine (2) according to one of claims 1 to 4,
wherein the lower pressure stage (33) is designed as a tap. Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 4,
wobei die niedrigere Druckstufe (33) als Abdampfraum ausgebildet ist.Axially impinged steam turbine (2) according to one of Claims 1 to 4,
wherein the lower pressure stage (33) is designed as Abdampfraum. Axial beaufschlagte Dampfturbine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste und zweite Dichtung (27) als Labyrinthdichtung ausgebildet sind.Axially impinged steam turbine (2) according to one of the preceding claims,
wherein the first and second seals (27) are formed as a labyrinth seal.
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