EP3191691A1 - Einströmungskontur für einwellenanordnung - Google Patents

Einströmungskontur für einwellenanordnung

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EP3191691A1
EP3191691A1 EP15794887.8A EP15794887A EP3191691A1 EP 3191691 A1 EP3191691 A1 EP 3191691A1 EP 15794887 A EP15794887 A EP 15794887A EP 3191691 A1 EP3191691 A1 EP 3191691A1
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EP
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inflow
section
cross
flow
channel
Prior art date
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EP15794887.8A
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English (en)
French (fr)
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Simon Hecker
Martin Kuhn
Christoph Kästner
Alexander Todorov
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3191691A1 publication Critical patent/EP3191691A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3191691B1 publication Critical patent/EP3191691B1/de
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • 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
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/18—Final actuators arranged in stator parts varying effective number of nozzles or guide conduits, e.g. sequentially operable valves for steam turbines
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/17—Purpose of the control system to control boundary layer

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine comprising a rotor rotatably mounted about a rotation axis, a housing arranged around the rotor and a flow channel formed between the rotor and the housing, further comprising an inflow region, which has an inlet connection and opens into an inflow channel, wherein the inflow channel in Substantially has an annular channel cross-section and is fluidly connected to the flow channel, wherein the inflow channel is formed about the axis of rotation, wherein the inflow has an inflow cross section through which a flow medium flows in operation in a flow direction.
  • the invention relates to a method for connecting a Einströmstutzens to a Einströmringkanal.
  • Steam turbines essentially comprise a rotor rotatably mounted about an axis of rotation, which comprises rotor blades and a housing formed with vanes, wherein between the rotor and the housing a flow channel is formed, which comprises the guide vanes and rotor blades.
  • a thermal energy of the steam is converted into mechanical energy of the Ro ⁇ tors.
  • sub-turbines are known, which are classified for example in high-pressure, medium-pressure and / or low-pressure turbine sections. The division of the sub-turbines into a high-pressure, medium-pressure and low-pressure part is not uniformly defined in the art. In any case, the classification depends on the pressure and the temperature of the incoming and outgoing steam.
  • embodiments are known in which a high-pressure part and a medium-pressure part are arranged in a common outer housing. Such embodiments require two inlet areas, which are close together angeord ⁇ net. It is from rotor dynamic aspects required that the high pressure and medium pressure inflow are close to each other, since the axial space is limited. Furthermore, it is less expensive if the high-pressure and medium-pressure inflow regions are arranged close to each other.
  • the annular channel is formed substantially rotationally symmetrical about the axis of rotation.
  • the velocities of the steam in the annular channel should be as even and as small as possible.
  • the flow conditions in the annular channel are at other than in one-valve arrangements.
  • Einventilan the steam flows through only one inflow into the annular channel.
  • the cross section of the annular channel is usually larger than the cross section of the ring ⁇ channel in a two-valve arrangement. This are first and foremost ⁇ union production so that the flow rates are maintained at egg nem low level.
  • the invention has set itself the task of specifying a single-flow region, which leads to improved flow conditions.
  • a steam turbine comprising a rotor rotatably mounted about a rotation axis, a housing arranged around the rotor and a flow channel formed between the rotor and the housing, further comprising an inflow region which has an inflow and opens into an inflow channel, wherein the Einströmringkanal substantially has an annular channel cross-section and is fluidly connected to the flow channel, wherein the inflow channel is formed about the axis of rotation, wherein the inflow has an inflow cross-section through which flows during operation, a flow medium in a flow direction, wherein the cross section in flow ⁇ direction enlarged to a maximum cross section and then reduced to the annular channel cross-section.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a ⁇ ström sess.
  • FIG. 4 shows a section A-A from FIG. 1 in an alternative embodiment
  • Figure 5 is a section A-A of Figure 1 in an alternative embodiment
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an inflow region 1 of a steam turbine.
  • the steam turbine is not shown in detail in FIG.
  • the steam turbine ⁇ includes a rotatably mounted rotor which is rotatably mounted about a rotation axis 2.
  • a housing for example an inner housing, is arranged around the rotor.
  • a further housing for example an outer housing, can be arranged around the inner housing.
  • a flow channel (not shown) is out ⁇ forms.
  • the rotor has several blades on its surface.
  • the inner housing has a plurality of guide vanes on its inner surface. The flow channel is thus formed by the guide and moving blades, wherein in operation, a thermal energy of the steam is converted into a rotational energy of the rotor.
  • 1 now shows the inflow region of a steam turbine, wherein the flow channel is directed in the direction of rotation axis.
  • the inflow region 1 comprises an inflow ring channel 3.
  • the inflow region 1 is substantially rotationally symmetrical with respect to the rotation axis 2 and has an outer boundary 4.
  • This outer Begren ⁇ Zung 4 is rotationally symmetrical at least at the 6 o'clock position 5 to the 3 o'clock position. 7 This means that a housing radius 8 is constant from the 6 o'clock position 6 to the 3 o'clock position 7.
  • the inflow region furthermore has an inlet connection 9.
  • the inflow 9 is essentially a tubular connection which connects a steam line, not shown, with the inflow channel 3.
  • the inflow 9 has an individual geometric shape. This form will now be described in more detail.
  • the initial contour 10 forms the connection to a tubular steam line (not shown).
  • the cross section of the initial contour 10 can thus be circular. But there are also other geometric tubular contours possible.
  • This initial contour 10 comprises a lower nozzle limb 11, which is formed such that it adjoins the 6 o'clock position 5. This means that the lower Stutzenbegrenzung 11 is directed tangentially to the axis of rotation 2 to äu ⁇ ßeren boundary 4.
  • the lower Stutzenbegrenzung 11 is directed tangentially to the axis of rotation 2 to äu ⁇ ßeren boundary 4.
  • the lower Stutzenbegrenzung 11 is directed tangentially to the axis of rotation 2 to äu ⁇ ß
  • Stub 11 may well be arranged so that in the vicinity of the initial contour 10, this is located under the outer boundary 4 at the 6 o'clock position 5.
  • the lower nozzle limiter 11 on the initial contour 10 is thus lower by a vertical distance 12 than the outer boundary 4 in the 6 o'clock position 5.
  • the inflow 9 further comprises an upper
  • Nozzle restriction 13 The upper nozzle limiter 13 starts from the initial contour 10 and describes a semicircular arc upwards to the 3 o'clock position 7. At the 3 o'clock position 7, the upper nozzle limiter 13 adjoins tangentially to the outer boundary 4.
  • the Einströmstutzen 9 thus opens into the Einströmringkanal 3.
  • the Einströmringkanal 3 includes an annular channel cross-section A3 (not shown in detail) substantially and is in fluid communication with the flow channel ⁇ (not shown). For the sake of Anschau ⁇ friendliness is in the figure 1, the annular channel cross-section A3 in the 9 o'clock position 14, located at the 12 o'clock position 15 and in the 3 o'clock position. 7
  • the inflow 9 has at the initial contour 10 an inflow cross-section AI.
  • the inflow cross section AI may have a circular or oval shape.
  • a flow medium in particular steam flows through the steam turbine in a flow direction 16 in the
  • Inflow ring channel is complex and will be described later in Figure 6 and Figure 7 in more detail.
  • the Strö ⁇ mung line 17 should essentially the movement of the flow-medium represent in Einströmringkanal.
  • the flow thus begins at the initial contour 10 and is deflected approximately in the 5 o'clock position 18 in the initial direction.
  • the inflow cross-section AI has a value and increases to a maximum cross section A2.
  • the maximum cross section is drawn in the figure 1 by a line, the line also has a
  • Section AA represents, which is described in more detail in Figure 3, 4 and 5.
  • the cross section in the flow direction 16 is thus reduced to an inflow cross section AI and then to the annular channel cross section A3.
  • the flow velocity is slowed down in the annular channel in the Ver ⁇ course of the cross-sectional inlet for entry and then accelerated again, a proportion of the speed in the tangential direction is converted into a velocity component in the radial direction.
  • This radial flow velocity component ver ⁇ locks the circumferential tangential flow path, and thus presses the steam axially into the flow channel. This minimizes inflow losses.
  • FIG. 2 shows a sectional view along the line II-II from FIG. 1.
  • the line 19 shows the inflow cross-section AI and the lines 20, 21 and 22 three different embodiments which can be described as follows.
  • FIG. 3 shows a section along the line AA from FIG. 1.
  • FIGS. 4 and 5 show further cross sections along the interface AA from FIG. 1 for different ratios.
  • 6 shows a schematic representation of the Strö ⁇ flow conditions in the inlet 1 at a flow mannbe ⁇ adhered.
  • section 23 is a perspective view of the inflow of Einström Schemes 1 ge ⁇ shows.
  • Figure 6 this shows an embodiment in which the cross section is not increased in the flow direction ⁇ .
  • FIG. 6 shows that the flow in the inflow region has a strong peripheral component in a critical region 24.
  • FIG. 7 shows an embodiment according to the invention of the inflow neck 9.
  • the further section 24 shows a perspective view of the inflow neck 9 of the inflow region 1. It can be seen that at an initial contour 10 the lateral cross section AI in the direction of flow is maximized - Cross section A2 is increased and then reduced to a kon ⁇ constant annular channel cross-section A3.
  • the embodiment shown in Fi gur ⁇ 1 shows a Einventilan extract. For reasons of clarity, the contour of a possible borrowed second valve guide 25 has been shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem Einströmringkanal (3), der strömungstechnisch mit einem Einströmstutzen (9) verbunden ist, wobei der Einströmstutzen (9) derart ausgebildet ist, dass eine ankommende Strömung zunächst verlangsamt wird und anschließend beschleunigt und gleichzeitigt umgelenkt wird.

Description

Beschreibung
Einströmungskontur für Einwellenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse und ein zwischen dem Rotor und dem Gehäuse gebildeten Strömungskanal, weiter umfassend einen Einströmbereich, der einen Einströmstutzen aufweist und in einen Einströmringkanal mündet, wobei der Einströmringkanal im Wesentlichen einen Ringkanal-Querschnitt aufweist und strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist, wobei der Einströmringkanal um die Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Einströmstutzen einen Einström-Querschnitt aufweist, durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anbin- dung eines Einströmstutzens an einen Einströmringkanal.
Dampfturbinen umfassen im Wesentlichen ein um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der Laufschaufeln umfasst sowie ein mit Leitschaufeln ausgebildetes Gehäuse, wobei zwi- sehen dem Rotor und dem Gehäuse ein Strömungskanal gebildet ist, der die Leit- und Laufschaufeln umfasst. Eine thermische Energie des Dampfes wird in eine mechanische Energie des Ro¬ tors umgewandelt. Es sind verschiedene Teilturbinen bekannt, die beispielsweise in Hochdruck-, Mitteldruck- und/oder Nie- derdruck-Teilturbinen eingeteilt werden. Die Einteilung der Teilturbinen in einen Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteil ist in der Fachwelt nicht einheitlich definiert. Die Einteilung hängt jedenfalls zwingend vom Druck und der Temperatur des einströmenden und ausströmenden Dampfes ab.
Des Weiteren sind Ausführungsformen bekannt, bei denen ein Hochdruckteil und ein Mitteldruckteil in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnet sind. Solche Ausführungsformen erfor- dern zwei Einströmbereiche, die dicht nebeneinander angeord¬ net sind. Dabei ist es aus rotordynamischen Aspekten erforderlich, dass die Hochdruck- und Mitteldruckeinströmung dicht aneinander liegen, da der axiale Raum begrenzt ist. Des Wei- teren ist es kostengünstiger, wenn der Hochdruck- und der Mitteldruckeinströmbereich dicht nebeneinander angeordnet sind .
Des Weiteren ist es bekannt, den Dampf über Ventile dem Strö- mungskanal zuzuführen. Dabei strömt ein Dampf durch ein
Schnellschluss- und ein Regelventil und anschließend in einen Einströmbereich und von dort in einen Ringkanal. Der Ringkanal ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse ausgebildet. Die Geschwindigkeiten des Dampfes im Ringkanal sollten möglichst gleichmäßig und gering sein. Bei Zweiventilanordnungen, das bedeutet ein Dampf strömt über zwei Ventile und somit über zwei Einströmbereiche in den Einströmkanal sind die Strömungsverhältnisse im Ringkanal an¬ ders als in Einventilanordnungen. Bei Einventilanordnungen strömt der Dampf über lediglich einen Einströmbereich in den Ringkanal. Bei Einventilanordnungen ist der Querschnitt des Ringkanals in der Regel größer als der Querschnitt des Ring¬ kanals bei einer Zweiventilanordnung. Dies erfolgt im Wesent¬ lichen deswegen, damit die Strömungsgeschwindigkeiten auf ei- nem niedrigen Niveau gehalten werden.
Möglich wäre es den Ringkanal in radialer Richtung zu vergrößern, was allerdings innendruckgetriebene Spannungen im In¬ nengehäuse erhöht. Andererseits würde eine Erhöhung der Wand- stärke zu einer Spannungsreduktion führen, was wiederum auf eine Erhöhung der Temperatur-getriebenen Spannungen führen würde. Diese beiden Auslegungskonzepte gilt es zu optimieren.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Ein- Strömbereich anzugeben, der zu verbesserten Strömungsverhältnissen führt. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dampfturbine umfassend einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse und ein zwischen dem Rotor und dem Gehäuse gebildeten Strömungskanal, weiter umfassend einen Einströmbereich, der einen Einströmstutzen aufweist und in einen Einströmringkanal mündet, wobei der Einströmringkanal im Wesentlichen einen Ringkanal-Querschnitt aufweist und strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist, wobei der Einströmringkanal um die Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Einströmstutzen einen Einström-Querschnitt aufweist durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt, wobei der Querschnitt in Strömungs¬ richtung sich auf einen Maximal-Querschnitt vergrößert und anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt verkleinert.
Mit der Erfindung wird somit der Ansatz verfolgt, die Strö¬ mungsgeschwindigkeiten im Einströmbereich zu ändern, was durch eine Geometrieänderung des Einströmbereichs erfolgt. Im Wesentlichen wird dabei die Anbindung des Querschnitts zwi- sehen dem Einströmstutzen und dem Ringkanal modifiziert, wo¬ bei der Querschnitt über den Ringkanal-Querschnitt hinaus vergrößert und nach der Verlangsamung der Strömung eine erneute Beschleunigung, allerdings in einer anderen Richtung erreicht wird.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben. So ist in einer vorteilhaften Weiterbildung das Verhältnis zwischen Maximal-Querschnitt A2 und Einström-Quer¬ schnitt AI folgendermaßen:
1,1 < A2/A1 < 1,7.
Durch Optimierungsversuche und Strömungsmodelle konnte ermit¬ telt werden, dass die vorgenannte Beziehung zu einer optima- len Strömung führt.
Des Weiteren sind in einer vorteilhaften Weiterbildung folgende Zusammenhänge dargestellt: 0, 7 < A3/A1 < 1,0, wobei A3 den Ringkanal-Querschnitt darstellt.
Auch hier wurde durch Modelle und Rechnungen eine optimale Einströmung mit den vorgenannten Werten ermittelt.
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 Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbei¬ spiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wohl zu Erläuterungen dienlich, in schematischer und/oder leicht verzehrter 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 eines Ein¬ strömbereichs
Figur 2 einen Schnitt B-B aus Figur 1
Figur 3 einen Schnitt A-A aus Figur 1
Figur 4 einen Schnitt A-A aus Figur 1 in einer alternati- ven Ausführungsform
Figur 5 einen Schnitt A-A aus Figur 1 in einer alternativen Ausführungsform
Figur 6 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse gemäß dem Stand der Technik Figur 7 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse gemäß der Erfindung. Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Einströmbereichs 1 einer Dampfturbine. Die Dampfturbine ist in der Figur 1 nicht näher dargestellt. Im Wesentlichen umfasst die Dampf¬ turbine einen drehbar gelagerten Rotor, der um eine Rotation- sachse 2 drehbar gelagert ist. Um den Rotor ist ein Gehäuse, zum Beispiel ein Innengehäuse angeordnet.
Um das Innengehäuse kann ein weiteres Gehäuse, zum Beispiel ein Außengehäuse angeordnet werden. Zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ist ein Strömungskanal (nicht dargestellt) ausge¬ bildet. Der Rotor umfasst auf seiner Oberfläche mehrere Lauf- schaufeln. Das Innengehäuse weist auf seiner Innenoberfläche mehrere Leitschaufeln auf. Der Strömungskanal wird somit durch die Leit- und Laufschaufeln gebildet, wobei im Betrieb eine thermische Energie des Dampfes in eine Rotationsenergie des Rotors umgewandelt wird. Die Figur 1 zeigt nunmehr den Einströmbereich einer Dampfturbine, wobei der Strömungskanal in Rotationsachsenrichtung gerichtet ist. Der Einströmbereich 1 umfasst einen Einströmringkanal 3. Dieser ist im Wesentli- chen rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 2 ausgebildet und weist eine äußere Begrenzung 4 auf. Diese äußere Begren¬ zung 4 ist zumindest ab der 6-Uhr-Position 5 bis zur 3-Uhr- Position 7 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das bedeutet, dass ein Gehäuseradius 8 von der 6-Uhr-Position 6 bis zur 3- Uhr-Position 7 konstant ist.
Der Einströmbereich weist des Weiteren einen Einströmstutzen 9 auf. Der Einströmstutzen 9 ist im Wesentlichen eine röhrenförmige Verbindung, die eine nicht dargestellte Dampfleitung mit dem Einströmringkanal 3 verbindet. Der Einströmstutzen 9 hat eine individuelle geometrische Form. Diese Form wird nun näher beschrieben. Die Anfangskontur 10 bildet den Anschluss zu einer röhrenförmigen Dampfleitung (nicht dargestellt) . Der Querschnitt der Anfangskontur 10 kann somit kreisförmig sein. Es sind aber auch andere geometrische röhrenförmige Konturen möglich. Diese Anfangskontur 10 umfasst eine untere Stutzenbegrenzung 11, die derart ausgebildet ist, dass diese in der 6-Uhr-Position 5 anschließt. Das heisst, dass die untere Stutzenbegrenzung 11 tangential zur Rotationsachse 2 zur äu¬ ßeren Begrenzung 4 gerichtet ist. Dabei kann die untere
Stutzenbegrenzung 11 durchaus so angeordnet sein, dass in der Nähe der Anfangskontur 10 diese unter der äußeren Begrenzung 4 an der 6-Uhr-Position 5 angeordnet ist. Die untere Stutzenbegrenzung 11 an der Anfangskontur 10 ist somit um einen Höhenabstand 12 niedriger als die äußere Begrenzung 4 in der 6-Uhr-Position 5.
Der Einströmstutzen 9 umfasst des Weiteren eine obere
Stutzenbegrenzung 13. Die obere Stutzenbegrenzung 13 beginnt von der Anfangskontur 10 und beschreibt einen halbkreisförmigen Bogen nach oben zur 3-Uhr-Position 7. An der 3-Uhr-Posi- tion 7 schließt die obere Stutzenbegrenzung 13 tangential zur äußeren Begrenzung 4 an. Der Einströmstutzen 9 mündet somit in den Einströmringkanal 3. Der Einströmringkanal 3 weist im Wesentlichen einen Ringkanal-Querschnitt A3 auf (nicht näher dargestellt) und ist strömungstechnisch mit dem Strömungs¬ kanal (nicht dargestellt) verbunden. Aus Gründen der Anschau¬ lichkeit ist in der Figur 1 der Ringkanal-Querschnitt A3 in der 9-Uhr-Position 14, in der 12-Uhr-Position 15 und in der 3-Uhr-Position 7 eingezeichnet.
Der Einströmstutzen 9 weist bei der Anfangskontur 10 einen Einström-Querschnitt AI auf. Der Einström-Querschnitt AI kann kreisförmig oder auch eine ovale Form aufweisen. Im Betrieb strömt ein Strömungsmedium, insbesondere Dampf durch die Dampfturbine in einer Strömungsrichtung 16 in den
Einströmringkanal 3. Die Strömung des Dampfes in den
Einströmringkanal ist komplex und wird später in der Figur 6 und Figur 7 näher beschrieben. Für das Verständnis der in Figur 1 gezeigten Kontur wird der Übersichtlichkeit wegen die Strömung durch eine Strömungslinie 17 dargestellt. Die Strö¬ mungslinie 17 soll im Wesentlichen die Bewegung des Strö- mungsmediums im Einströmringkanal darstellen. Die Strömung beginnt somit an der Anfangskontur 10 und wird ca. in der 5- Uhr-Position 18 in Anfangsrichtung umgelenkt. Entlang der Strömungslinie 17 weist der Einström-Querschnitt AI einen be- stimmten Wert auf und vergrößert sich auf einen Maximai- Querschnitt A2. Der Maximal-Querschnitt ist in der Figur 1 durch eine Linie gezeichnet, wobei die Linie auch einen
Schnitt A-A darstellt, der in Figur 3, 4 und 5 näher be- schrieben wird. Erfindungsgemäß wird somit der Querschnitt in Strömungsrichtung 16 auf einen Einström-Querschnitt AI und anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert. Dies führt dazu, dass die Strömung verlangsamt wird und er¬ neut beschleunigt wird, allerdings in eine andere Richtung. Mit anderen Worten: die Strömungsgeschwindigkeit wird im Ver¬ lauf des Querschnittseinlasses zum Eintritt in den Ringkanal verlangsamt und anschließend wieder beschleunigt, wobei ein Anteil der Geschwindigkeit in tangentialer Richtung in eine Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung umgewandelt wird. Diese radiale Strömungsgeschwindigkeitskomponente ver¬ sperrt der umlaufenden tangentialen Strömung den Weg und presst somit dem Dampf axial in den Strömungskanal. Dadurch werden Einströmverluste minimiert. Hierbei gilt:
1,1 < A2/A1 < 1,7 und 0,7 < A3/A1 < 1,0
Die Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II aus Figur 1. Dabei zeigt die Linie 19 den Einström- Querschnitt AI und die Linien 20, 21 und 22 drei verschiedene Ausführungsformen, die wie folgt beschreibbar sind. Die Linie 20 beschreibt eine Kontur bei der das Verhältnis A2/A1 = 1 ist. Die Linie 21 beschreibt eine Kontur, bei der das Ver- hältnis A2/A1 = 1,25 ist. Die Linie 22 beschreibt eine Kon¬ tur, bei der das Verhältnis A2/A1 = 1,55 ist.
Die Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1. Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Querschnitte auf, entlang der Schnittstelle A-A aus Figur 1 für verschiedene Verhältnisse. So zeigt Figur 3 das Verhältnis A2/A1 = 1,55. Die Figur 4 zeigt das Verhältnis A2/A1 = 1,25 und die Figur 5 zeigt das Verhältnis A2/A1 = 1. Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung der Strö¬ mungsverhältnisse im Einströmbereich 1 bei einer verlustbe¬ hafteten Strömung. Im Ausschnitt 23 wird eine perspektivische Darstellung des Einströmstutzens des Einströmbereichs 1 ge¬ zeigt. Die Figur 6 zeigt hierbei eine Ausführungsform, bei der der Querschnitt nicht vergrößert wird in der Strömungs¬ richtung. In Figur 6 ist darüber hinaus gezeigt, dass die Strömung im Einströmbereich eine starke Umfangskomponente in einem kritischen Bereich 24 aufweist. Die Figur 7 zeigt hingegen eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Einströmstutzens 9. Der weitere Abschnitt 24 zeigt eine perspektivi¬ sche Darstellung des Einströmstutzens 9 des Einströmbereichs 1. Es ist zu sehen, dass an einer Anfangskontur 10 der dor- tige Querschnitt AI in Strömungsrichtung zu einem Maximai- Querschnitt A2 vergrößert wird und anschließend zu einem kon¬ stanten Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert wird. Die in Fi¬ gur 1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine Einventilanordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Kontur einer mög- liehen zweiten Ventilführung 25 gezeigt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine umfassend
einen um eine Rotationsachse (2) drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse und ein zwischen dem Rotor und dem Gehäuse gebildeten Strömungskanal,
weiter umfassend einen Einströmbereich (1), der einen Einströmstutzen (9) aufweist und in einen Einströmringkanal (3) mündet,
wobei der Einströmringkanal (3) im Wesentlichen einen Ringkanal-Querschnitt (A3) aufweist und strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist,
wobei der Einströmringkanal (3) um die Rotationsachse (2) ausgebildet ist,
wobei der Einströmstutzen (9) einen Einström-Querschnitt (AI) aufweist, durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt,
wobei der Einström-Querschnitt (11) in Strömungsrichtung sich auf einen Maximal-Querschnitt (A2) vergrößert und an¬ schließend auf den Ringkanal-Querschnitt (A3) verkleinert.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
wobei der Einströmringkanal (3) im Wesentlichen rotations- symmetrisch um die Rotationsachse (2) ausgebildet ist.
3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Strömungsrichtung (16) im Bereich des Einströmstutzens (9) im Wesentlichen tangential zum Einströmungs- ringkanal (3) ausgebildet ist.
4. Dampfturbine nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei gilt:
1, 1 < A2/A1 < 1,7.
5. Dampfturbine nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei gilt:
0,7 < A3/A1 > 1,0.
6. Verfahren zur Optimierung der Strömungsverhältnisse im Einströmbereich (1) einer Dampfturbine,
wobei die Dampfturbine eines um eine Rotationsachse (2) drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse gebildeten Strömungskanal,
weiter umfassend einen Einströmbereich (1), der einen
Einströmstutzen (9) aufweist und in einen Einströmringkanal (3) mündet,
wobei der Einströmringkanal (3) im Wesentlichen einen Ringkanal-Querschnitt (A3) aufweist und strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist,
wobei der Einströmstutzen (9) einen Einström-Querschnitt (AI) aufweist, durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt,
wobei der Einström-Querschnitt (AI) in Strömungsrichtung auf einen Maximal-Querschnitt (A2) vergrößert und anschlie¬ ßend auf den Ringkanal-Querschnitt (A3) verkürzt wird.
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