EP3130767A1 - Kombinierte hoch- und mitteldruck-dampfturbine - Google Patents

Kombinierte hoch- und mitteldruck-dampfturbine Download PDF

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EP3130767A1
EP3130767A1 EP15181030.6A EP15181030A EP3130767A1 EP 3130767 A1 EP3130767 A1 EP 3130767A1 EP 15181030 A EP15181030 A EP 15181030A EP 3130767 A1 EP3130767 A1 EP 3130767A1
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EP
European Patent Office
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pressure
medium
steam
steam turbine
blading
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15181030.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Myschi
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
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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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • 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
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising a rotatably mounted rotor, wherein the rotor has a high pressure blading area comprising a plurality of rows of blades designed for high pressure steam and wherein the rotor further comprises a medium pressure blading area comprising a plurality of rows of blades configured for medium pressure steam further comprising a high pressure inner housing disposed about the high pressure blading area, further comprising a medium pressure inner housing disposed about the medium pressure blading area, further comprising an outer housing disposed about the high pressure inner housing and the intermediate pressure inner housing is.
  • the invention relates to a method for operating a steam turbine with speeds of over 50 Hz.
  • Steam turbines are used to generate electrical energy.
  • steam is generated in a power plant with high temperatures and high pressure and fed to a steam turbine.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor of the steam turbine and generates electrical energy via a coupling with an electrical generator.
  • the frequencies of the rotor in this case correspond as constant as possible to the respective mains frequency of 50 Hz or 60 Hz.
  • the efficiency of the turbine is improved by the high frequencies and the reduced size.
  • the speed of a medium-pressure turbine section is limited due to the larger volume flows in that the blade heights can not exceed a maximum limit due to the centrifugal forces.
  • the speed of the high-pressure turbine section is limited by the einäusige design but also.
  • a steam turbine comprising a rotatably mounted rotor, wherein the rotor has a high-pressure blading area comprising a plurality of row blades designed for high-pressure steam, and wherein the rotor further comprises a medium-pressure blading area comprising a plurality of rows of blades designed for medium-pressure steam , further comprising a high pressure inner housing disposed about the high pressure blading area. Further comprising a medium-pressure inner housing, which is arranged around the medium-pressure blading region. Further comprising an outer housing which is arranged around the high-pressure inner housing and medium-pressure inner housing, wherein the medium-pressure blading area is designed to be double-flowed.
  • the invention is further achieved by a method for operating a steam turbine with a speed of more than 50 Hz, wherein the steam turbine is formed with a high-pressure and medium-pressure region in a common housing, wherein the medium-pressure region is carried out in two columns.
  • the steam turbine is developed in such a way that it has a high-pressure exhaust steam region, which is designed in such a way that steam flows out of the steam turbine during operation through the high-pressure blading region.
  • the high-pressure blading area is designed for a high-pressure steam whose input has the following values: temperature T of 540 ° C. to 610 ° C. and pressure P of 100 bar to 280 bar.
  • the medium-pressure blading region is designed for a medium-pressure steam having the following values on the input side: temperature T of 540 ° C. to 630 ° C. and pressure P of 30 bar to 60 bar.
  • the figure shows a schematic representation of the steam turbine according to the invention.
  • the figure shows a schematic representation of a steam turbine 1.
  • the steam turbine 1 comprises a rotor 3 rotatably mounted about a rotation axis 2.
  • the rotor 3 comprises a high pressure blading area 5 and a medium pressure blading area 6.
  • the high pressure blading area 5 comprises a high pressure inflow area
  • the high-pressure pressure flow channel 9 comprises high-pressure rotor blades 10 arranged on the rotor 3 and high-pressure stator blades 11 arranged in the high-pressure inner housing 12 (for reasons of clarity, only one was used in each case) High pressure bucket with the reference numeral 10 or 11 provided).
  • a high pressure steam typically having a temperature between 540 ° C and 610 ° C and a pressure between 100bar and 280bar flows.
  • the thermal energy of the high-pressure steam is converted into mechanical energy of the rotor 3.
  • the steam flows from the high-pressure blading region 5 into the high-pressure outflow region 12.
  • the high-pressure steam subsequently flows out of the high-pressure outflow region 12 to a reheater unit (not shown), where it is again heated to a high temperature.
  • the steam flows into a medium-pressure inflow region 13 of the medium-pressure blading region 6.
  • the steam which typically has temperatures between 540 ° C. and 630 ° C. and a pressure between 30 bar and 60 bar, flows into a medium-pressure flow channel 14.
  • the flow channel 14 comprises a first flow 15 and one arranged in the opposite direction second tide 16 on. Both the first flow 15 and the second flow 16 have medium pressure guide vanes and blades 17. For clarity, only one blade is provided with the reference numeral 17 in each case.
  • the blades 17 are disposed on the rotor 3 at the surface.
  • the vanes 19 are arranged on an inner housing 18.
  • the steam flows into the inflow region 13 and thence through both the first flow 15 and the second flow 16.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor 3.
  • the steam subsequently flows out of the medium-pressure outflow regions 20 into an intermediate space 21 between the outer housing 4 and the inner housings 18 and 11 and from there out of the steam turbine 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine (1) mit einem in einem gemeinsamen Außengehäuse (4) angeordneten Hoch- und Mitteldruckbereich (5, 6), die wiederum in einem Hochdruck-Innengehäuse (11) und einem Mitteldruck-Innengehäuse (18) angeordnet sind, wobei der Mitteldruckbereich zweiflutig ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Dampfturbine mit einer Drehzahl von über 50 Hz.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen Hochdruck-Beschaufelungsbereich umfassend mehrere Reihen Laufschaufeln, die für einen Hochdruckdampf ausgelegt sind aufweist und wobei der Rotor ferner einen Mitteldruck-Beschaufelungsbereich umfassend mehrere Reihen Laufschaufeln, die für einen Mitteldruckdampf ausgelegt sind aufweist, ferner umfassend ein Hochdruck-Innengehäuse, das um den Hochdruck-Beschaufelungsbereich angeordnet ist, ferner umfassend ein Mitteldruck-Innengehäuse, das um den Mitteldruck-Beschaufelungsbereich angeordnet ist, ferner umfassend ein Außengehäuse, das um das Hochdruck-Innengehäuse und Mitteldruck-Innengehäuse angeordnet ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit Drehzahlen von über 50 Hz.
  • Dampfturbinen werden zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei wird in einer Kraftwerksanlage Dampf mit hohen Temperaturen und hohem Druck erzeugt und einer Dampfturbine zugeführt. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors der Dampfturbine umgewandelt und über eine Kopplung mit einem elektrischen Generator elektrische Energie erzeugt. Die Frequenzen des Rotors entsprechen hierbei möglichst konstant der jeweiligen Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz. Es ist durchaus vorteilhaft, die Hoch- und/oder die Mitteldruckteilturbine mit einer höheren Frequenz drehen zu lassen und dann die Drehzahl über geeignete Getriebe an die benötigte Drehzahl anzupassen. Eine höhere Frequenz für die Hoch- bzw. Mitteldruckteilturbine führt zu einer kompakteren Bauform, was zu geringeren Kosten führt. Des Weiteren verbessert sich durch die hohen Frequenzen und die verkleinerte Baugröße der Wirkungsgrad der Turbine. Diese Vorteile können die zusätzlichen Verluste und Kosten, die durch den Einsatz eines erforderlichen Getriebes entstehen, in der Regel mindestens ausgleichen.
  • Allerdings ist die Drehzahl einer Mitteldruck-Teilturbine aufgrund der größeren Volumenströme dadurch begrenzt, dass die Schaufelhöhen eine maximale Grenze aufgrund der Fliehkräfte nicht überschreiten können. Damit ist durch die eingehäusige Bauweise aber auch die Drehzahl der Hochdruck-Teilturbine begrenzt.
  • Wenn die Drehzahl der Hochdruck-Teilturbine nicht durch die Mitteldruck-Teilturbine begrenzt werden soll, so müsste die Dampfturbine getrennt mit einer jeweils eigenen Drehzahl gebaut werden und jede durch ein eigenes Getriebe an den Gesamtstrang gebunden werden, was zu erhöhten Kosten durch die zweigehäusige Bauweise und zusätzlichen Verlusten durch das zweite notwendige Getriebe führt.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Dampfturbine anzugeben, die für hohe Drehzahlen geeignet ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dampfturbine umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen Hochdruck-Beschaufelungsbereich umfassend mehrere Reihenlaufschaufeln, die für einen Hochdruckdampf ausgelegt sind aufweist und wobei der Rotor ferner einen Mitteldruck-Beschaufelungsbereich umfassend mehrere Reihen Laufschaufeln, die für einen Mitteldruckdampf ausgelegt sind aufweist, ferner umfassend ein Hochdruck-Innengehäuse, das um den Hochdruck-Beschaufelungsbereich angeordnet ist. Ferner umfassend ein Mitteldruck-Innengehäuse, das um den Mitteldruck-Beschaufelungsbereich angeordnet ist. Ferner umfassend ein Außengehäuse, das um das Hochdruck-Innengehäuse und Mitteldruck-Innengehäuse angeordnet ist, wobei der Mitteldruck-Beschaufelungsbereich zweiflutig ausgeführt ist.
  • Die Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit einer Drehzahl von über 50 Hz, wobei die Dampfturbine mit einem Hochdruck- und Mitteldruckbereich in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet wird, wobei der Mitteldruckbereich zweiflutig ausgeführt wird.
  • Mit der Erfindung wird somit der Vorteil erreicht, die Drehzahl weiter zu erhöhen. Dadurch wird die Möglichkeit einer höheren Drehzahl in Kombination mit einer Hochdruck-Teilturbine erreicht.
  • In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
  • So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Dampfturbine derart weitergebildet, dass diese einen Hochdruck-Abdampfbereich aufweist, der derart ausgebildet ist, dass im Betrieb durch den Hochdruck-Beschaufelungsbereich Dampf aus der Dampfturbine strömt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Hochdruck-Beschaufelungsbereich für einen Hochdruckdampf ausgelegt, der eingangsseitig folgende Werte aufweist: Temperatur T von 540°C bis 610°C und Druck P von 100bar bis 280bar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Mitteldruck-Beschaufelungsbereich für einen Mitteldruckdampf ausgelegt, der eingangsseitig folgende Werte aufweist: Temperatur T von 540°C bis 630°C und Druck P von 30bar bis 60bar.
  • 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 in Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung nur zur Erläuterung 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.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dampfturbine.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Dampfturbine 1. Die Dampfturbine 1 umfasst einen um eine Rotationsachse 2 drehbar gelagerten Rotor 3. Der Rotor 3 umfasst einen Hochdruck-Beschaufelungsbereich 5 und einen Mitteldruck-Beschaufelungsbereich 6. Der Hochdruck-Beschaufelungsbereich 5 umfasst einen Hochdruck-Einströmbereich 7 und einen daran in einer Strömungsrichtung 8 angeordneten Hochdruck-Strömungskanal 9. Der Hochdruckdruck-Strömungskanal 9 umfasst auf dem Rotor 3 angeordnete Hochdruck-Laufschaufeln 10 und im Hochdruck-Innengehäuse 12 angeordnete Hochdruck-Leitschaufeln 11 (aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde jeweils lediglich nur eine Hochdruckschaufel mit dem Bezugszeichen 10 bzw. 11 versehen).
  • Im Betrieb strömt ein Hochdruck-Dampf, der typischerweise eine Temperatur zwischen 540°C und 610°C und einen Druck zwischen 100bar und 280bar aufweist. Die thermische Energie des Hochdruckdampfes wird in mechanische Energie des Rotors 3 umgewandelt. Nach Durchströmen des Hochdruck-Strömungskanals 9 strömt der Dampf aus dem Hochdruck-Beschaufelungsbereich 5 in den Hochdruck-Ausströmbereich 12. Der Hochdruckdampf strömt anschließend aus dem Hochdruck-Ausströmbereich 12 heraus zu einer nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzereinheit und wird dort wieder auf eine hohe Temperatur erhitzt.
  • Anschließend strömt der Dampf in einen Mitteldruck-Einströmbereich 13 des Mitteldruck-Beschaufelungsbereichs 6. Vom Mitteldruck-Einströmbereich 13 strömt der Dampf, der typischerweise Temperaturen zwischen 540°C und 630°C und einen Druck zwischen 30bar und 60bar aufweist, in einen Mitteldruck-Strömungskanal 14. Der Strömungskanal 14 umfasst eine erste Flut 15 und eine in entgegengesetzter Richtung angeordnete zweite Flut 16 auf. Sowohl die erste Flut 15 als auch die zweite Flut 16 weist Mitteldruck-Leit- und Laufschaufeln 17 auf. Der Übersichtlichkeit wegen ist lediglich jeweils eine Laufschaufel mit dem Bezugszeichen 17 versehen. Die Laufschaufeln 17 sind am Rotor 3 an der Oberfläche angeordnet. Die Leitschaufeln 19 sind an einem Innengehäuse 18 angeordnet.
  • Der Dampf strömt in den Einströmbereich 13 und von da anschließend sowohl durch die erste Flut 15 als auch durch die zweite Flut 16. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors 3 umgewandelt. Der Dampf strömt anschließend aus den Mitteldruck-Ausströmbereichen 20 in einen Zwischenraum 21 zwischen dem Außengehäuse 4 und den Innengehäusen 18 und 11 und von dort aus der Dampfturbine 1 raus.
  • 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 (5)

  1. Dampfturbine (1),
    umfassend einen drehbar gelagerten Rotor (3),
    wobei der Rotor (3) einen Hochdruck-Beschaufelungsbereich (5) umfassend mehrere Reihen Laufschaufeln (10), die für einen Hochdruckdampf ausgelegt sind aufweist und wobei der Rotor (3) ferner einen Mitteldruck-Beschaufelungsbereich (6) umfassend mehrere Reihen Laufschaufeln, die für einen Mitteldruckdampf ausgelegt sind aufweist,
    ferner umfassend ein Hochdruck-Innengehäuse (11), das um den Hochdruck-Beschaufelungsbereich (5) angeordnet ist, ferner umfassend ein Mitteldruck-Innengehäuse (18), das um den Mitteldruck-Beschaufelungsbereich (6) angeordnet ist, ferner umfassend ein Außengehäuse (4), das um das Hochdruck-Innengehäuse (11) und Mitteldruck-Innengehäuse (18) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Mitteldruck-Beschaufelungsbereich (6) zweiflutig ausgeführt ist.
  2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
    umfassend einen Hochdruck-Abdampfbereich, der derart ausgebildet ist, dass ein im Betrieb durch den Hochdruck-Beschaufelungsbereich (5) strömender Dampf aus der Dampfturbine (1) strömt.
  3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Hochruck-Beschaufelungsbereich (5) für einen Hochdruckdampf ausgelegt ist, der eingangsseitig folgende Werte aufweist: Temperatur T von 540°C bis 610°C und Druck P von 100bar bis 280bar.
  4. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Mitteldruck-Beschaufelungsbereich (6) für einen Mitteldruck-Dampf ausgelegt ist, der eingangsseitig folgende Werte aufweist: Temperatur T von 540°C bis 630°C und Druck P von 30bar bis 60bar.
  5. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (1) mit einer Drehzahl von über 50 Hz,
    wobei die Dampfturbine (1) mit einem Hochdruck- und Mitteldruckbereich in einem gemeinsamen Gehäuse (4) ausgebildet wird, wobei der Mitteldruckbereich zweiflutig ausgeführt wird.
EP15181030.6A 2015-08-14 2015-08-14 Kombinierte hoch- und mitteldruck-dampfturbine Withdrawn EP3130767A1 (de)

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EP15181030.6A EP3130767A1 (de) 2015-08-14 2015-08-14 Kombinierte hoch- und mitteldruck-dampfturbine
PCT/EP2016/067257 WO2017029055A1 (de) 2015-08-14 2016-07-20 Kombinierte hoch- und mitteldruck-dampfturbine

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WO (1) WO2017029055A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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