EP3191691B1 - Einströmungskontur für einwellenanordnung - Google Patents

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EP3191691B1
EP3191691B1 EP15794887.8A EP15794887A EP3191691B1 EP 3191691 B1 EP3191691 B1 EP 3191691B1 EP 15794887 A EP15794887 A EP 15794887A EP 3191691 B1 EP3191691 B1 EP 3191691B1
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EP
European Patent Office
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inflow
section
cross
duct
flow
Prior art date
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Active
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EP15794887.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3191691A1 (de
Inventor
Simon Hecker
Martin Kuhn
Christoph Kästner
Alexander Todorov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3191691A1 publication Critical patent/EP3191691A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3191691B1 publication Critical patent/EP3191691B1/de
Active 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
    • F01D9/02—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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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 and comprising 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 a mechanical energy of the rotor.
  • 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 inflow regions which are arranged close to each other. 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 invention has set itself the task of specifying an inflow, which leads to improved flow conditions.
  • a dam turbine according to claim 1 and a method for optimizing the flow conditions in the inflow region of a steam turbine according to claim 5 are disclosed.
  • 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 inlet connection and opens into an inflow channel, wherein the Inflow ring channel 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 during operation a flow medium flows in a flow direction, wherein the cross section in the flow direction itself enlarged to a maximum cross-section and then reduced to the annular channel cross-section.
  • the ratio between maximum cross section A2 and inflow cross section A1 is as follows: 1.1 ⁇ A 2 / A 1 ⁇ 1.7.
  • the invention thus pursues the approach of changing the flow velocities in the inflow region, which is achieved by a change in geometry of the inflow region. In essence, while the connection of the cross section between the inflow and the annular channel is modified, the cross-section beyond the annular channel cross-section also increases and after the slowing down of the flow a renewed acceleration, but is achieved in a different direction.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an inflow region 1 of a steam turbine.
  • the steam turbine is in the FIG. 1 not shown in detail.
  • the steam turbine comprises 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 formed.
  • the rotor comprises 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.
  • the FIG. 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.
  • This inflow is essentially rotationally symmetrical with respect to the rotation axis 2 and has an outer boundary 4.
  • This outer boundary 4 is rotationally symmetrical, at least from 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 nozzle limiter 11 is directed tangentially to the axis of rotation 2 to the outer boundary 4.
  • the lower nozzle boundary 11 may well be arranged so that in the vicinity of the initial contour 10, this is arranged 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 neck 9 further includes an upper neck boundary 13.
  • the upper neck boundary 13 begins from the initial contour 10 and describes a semicircular arc up to the 3 o'clock position 7. At the 3 o'clock position 7, the upper neck boundary 13 closes tangentially outer boundary 4 on.
  • the inflow pipe 9 thus opens into the inflow ring channel 3.
  • the inflow ring channel 3 essentially has an annular channel cross-section A3 (not shown in detail) and is fluidically connected to the flow channel (not shown). For the sake of clarity is in the FIG. 1 the annular channel cross section A3 in the 9 o'clock position 14, in the 12 o'clock position 15 and in the 3 o'clock position 7 are drawn.
  • the inflow 9 has at the initial contour 10 an inflow cross section A1.
  • the inflow section A1 can 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 3.
  • the flow of the steam in the Inflow channel is complex and will later in the FIG. 6 and FIG. 7 described in more detail.
  • contour is shown for clarity, the flow through a flow line 17.
  • the flow line 17 should essentially represent the movement of the flow medium in the inflow channel.
  • 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 A1 has a certain value and increases to a maximum cross section A2.
  • the maximum cross section is in the FIG. 1 drawn by a line, wherein the line also represents a section III-III, the in FIGS. 3, 4 and 5 will be described in more detail.
  • the cross section in the flow direction 16 is thus reduced to an inflow cross section A1 and then to the annular channel cross section A3.
  • This causes the flow to slow down and accelerate again, but in a different direction.
  • the flow velocity is slowed down in the course of the cross-sectional inlet for entry into the annular channel and then accelerated again, wherein a portion of the velocity in the tangential direction is converted into a velocity component in the radial direction.
  • This radial flow velocity component obstructs the path of the circumferential tangential flow and thus axially forces the vapor into the flow channel. This minimizes inflow losses.
  • FIG. 2 shows a sectional view taken along the line II-II FIG. 1 ,
  • the line 19 shows the inflow section A1 and the lines 20, 21 and 22 three different embodiments, which are described as follows.
  • FIG. 3 shows a section along the line AA FIG. 1
  • the FIG. 6 shows a schematic representation of the flow conditions in the inflow region 1 in a lossy flow.
  • the cutout 23 shows a perspective view of the inflow neck of the inflow region 1.
  • the FIG. 6 shows an embodiment in which the cross section is not increased in the flow direction. In FIG. 6 In addition, it is shown that the flow in the inflow region has a strong peripheral component in a critical region 24.
  • the FIG. 7 On the other hand, an embodiment according to the invention of the inflow neck 9 is shown.
  • the further section 26 shows a perspective view of the inflow neck 9 of the inflow region 1. It can be seen that the cross section A1 in the flow direction to a maximum cross section A2 is increased at an initial contour 10 and then is reduced to a constant annular channel cross-section A3.
  • the FIG. 1 embodiment shown shows a single valve arrangement. For reasons of clarity, the contour of a possible 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)

Description

  • 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 Anbindung eines Einströmstutzens an einen Einströmringkanal.
  • Dokumente EP1312759A2 , FR2295223A1 , CH707747A2 und EP1170464A2 zeigen Einströmbereiche von Dampfturbinen wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Dampfturbinen umfassen im Wesentlichen ein um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der Laufschaufeln umfasst sowie ein mit Leitschaufeln ausgebildetes Gehäuse, wobei zwischen 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 Rotors umgewandelt. Es sind verschiedene Teilturbinen bekannt, die beispielsweise in Hochdruck-, Mitteldruck- und/oder Niederdruck-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 erfordern zwei Einströmbereiche, die dicht nebeneinander angeordnet sind. Dabei ist es aus rotordynamischen Aspekten erforderlich, dass die Hochdruck- und Mitteldruckeinströmung dicht aneinander liegen, da der axiale Raum begrenzt ist. Des Weiteren ist es kostengünstiger, wenn der Hochdruck- und der Mitteldruckeinströmbereich dicht nebeneinander angeordnet sind.
  • Des Weiteren ist es bekannt, den Dampf über Ventile dem Strömungskanal 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 anders 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 Ringkanals bei einer Zweiventilanordnung. Dies erfolgt im Wesentlichen deswegen, damit die Strömungsgeschwindigkeiten auf einem niedrigen Niveau gehalten werden.
  • Möglich wäre es den Ringkanal in radialer Richtung zu vergrößern, was allerdings innendruckgetriebene Spannungen im Innengehäuse erhöht. Andererseits würde eine Erhöhung der Wandstärke 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 Einströmbereich anzugeben, der zu verbesserten Strömungsverhältnissen führt.
  • Erfindungsgemäß wird eine Dampturbine nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Optimierung der Strömungsverhältnisse im Einströmbereich einer Dampfturbine nach Anspruch 5 offenbart. 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 Strömungsrichtung sich auf einen Maximal-Querschnitt vergrößert und anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt verkleinert. Das Verhältnis zwischen Maximal-Querschnitt A2 und Einström-Querschnitt A1 ist folgendermaßen: 1,1 < A 2 / A 1 < 1,7.
    Figure imgb0001
     Mit der Erfindung wird somit der Ansatz verfolgt, die Strömungsgeschwindigkeiten im Einströmbereich zu ändern, was durch eine Geometrieänderung des Einströmbereichs erfolgt. Im Wesentlichen wird dabei die Anbindung des Querschnitts zwischen dem Einströmstutzen und dem Ringkanal modifiziert, wobei 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.
  • Durch Optimierungsversuche und Strömungsmodelle konnte ermittelt werden, dass die vorgenannte Beziehung zu einer optimalen Strömung führt.
    Des Weiteren sind in einer vorteilhaften Weiterbildung folgende Zusammenhänge dargestellt: 0,7 < A 3 / A 1 < 1,0,
    Figure imgb0002
     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 Ausführungsbeispiele 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 Einströmbereichs
    Figur 2
    einen Schnitt II-II aus Figur 1
    Figur 3
    einen Schnitt III-III aus Figur 1
    Figur 4
    einen Schnitt III-III aus Figur 1 in einer alternativen 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 Dampfturbine einen drehbar gelagerten Rotor, der um eine Rotationsachse 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) ausgebildet. Der Rotor umfasst auf seiner Oberfläche mehrere Laufschaufeln. 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 Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 2 ausgebildet und weist eine äußere Begrenzung 4 auf. Diese äußere Begrenzung 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 äußeren 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-Position 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 Strömungskanal (nicht dargestellt) verbunden. Aus Gründen der Anschaulichkeit 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 A1 auf. Der Einström-Querschnitt A1 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 Strömungslinie 17 soll im Wesentlichen die Bewegung des Strömungsmediums 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 A1 einen bestimmten Wert auf und vergrößert sich auf einen Maximal-Querschnitt A2. Der Maximal-Querschnitt ist in der Figur 1 durch eine Linie gezeichnet, wobei die Linie auch einen Schnitt III-III darstellt, der in Figur 3, 4 und 5 näher beschrieben wird. Erfindungsgemäß wird somit der Querschnitt in Strömungsrichtung 16 auf einen Einström-Querschnitt A1 und anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert. Dies führt dazu, dass die Strömung verlangsamt wird und erneut beschleunigt wird, allerdings in eine andere Richtung. Mit anderen Worten: die Strömungsgeschwindigkeit wird im Verlauf 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 versperrt 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 A1 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 Verhältnis A2/A1 = 1,25 ist. Die Linie 22 beschreibt eine Kontur, 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 Strömungsverhältnisse im Einströmbereich 1 bei einer verlustbehafteten Strömung. Im Ausschnitt 23 wird eine perspektivische Darstellung des Einströmstutzens des Einströmbereichs 1 gezeigt. Die Figur 6 zeigt hierbei eine Ausführungsform, bei der der Querschnitt nicht vergrößert wird in der Strömungsrichtung. 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 26 zeigt eine perspektivische Darstellung des Einströmstutzens 9 des Einströmbereichs 1. Es ist zu sehen, dass an einer Anfangskontur 10 der dortige Querschnitt A1 in Strömungsrichtung zu einem Maximal-Querschnitt A2 vergrößert wird und anschließend zu einem konstanten Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert wird. Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine Einventilanordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Kontur einer möglichen 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 eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, der durch die angehängten Patentansprüche definiert ist.

Claims (5)

  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 einzigen 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 A1 aufweist, durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt,
    wobei der Einström-Querschnitt in Strömungsrichtung sich auf einen Maximal-Querschnitt A2 vergrößert, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einström-Querschnitt anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert, wobei gilt: 1,1 < A 2 / A 1 < 1,7.
    Figure imgb0003
  2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
    wobei der Einströmringkanal (3) im Wesentlichen rotationssymmetrisch 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 Einströmungsringkanal (3) ausgebildet ist.
  4. Dampfturbine nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei gilt: 0,7 < A 3 / A 1 > 1,0.
    Figure imgb0004
  5. 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 einzigen 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 A1 aufweist, durch den im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Strömungsrichtung strömt,
    wobei der Einström-Querschnitt A1 in Strömungsrichtung auf einen Maximal-Querschnitt A2 vergrößert, dadurch gekennzeichnet, dass der Einström-Querschnitt (11) anschließend auf den Ringkanal-Querschnitt A3 verkleinert wird, wobei gilt: 1,1 < A2/A1 < 1,7.
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