EP3307988A1 - Rotorkühlung für eine dampfturbine - Google Patents

Rotorkühlung für eine dampfturbine

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Publication number
EP3307988A1
EP3307988A1 EP16734336.7A EP16734336A EP3307988A1 EP 3307988 A1 EP3307988 A1 EP 3307988A1 EP 16734336 A EP16734336 A EP 16734336A EP 3307988 A1 EP3307988 A1 EP 3307988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
steam
medium
cooling
turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16734336.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Pieper
Uwe Zander
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
Publication of EP3307988A1 publication Critical patent/EP3307988A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • 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
    • 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

  • Rotor cooling for a steam turbine comprising a high ⁇ pressure turbine section comprising a plurality of rotor blades to ⁇ comprehensive rotatably mounted high pressure rotor having a thrust balance piston and which is arranged around the high pressure rotor high-pressure inner casing, wherein between the thrust balance piston and the high-pressure inner housing adedampfhoffm ge ⁇ forms and a medium-pressure turbine section, wherein the ⁇ tel horr horr part turbine comprises a medium-pressure rotor, wherein the medium-pressure rotor has an inflow, wherein a cooling line protrudes into the inflow, the technical fluid connected to the high pressure turbine part.
  • a steam turbine is understood to mean any turbine or sub-turbine through which a working medium in the form of steam flows.
  • gas turbines are traversed by gas and / or air as the working medium, which, however, is subject to completely different temperature and pressure conditions than the steam in a steam turbine.
  • a steam turbine usually comprises a rotor-mounted rotatably mounted rotor which is arranged within a housing or housing jacket.
  • the rotor When flowing through the interior of the Strömungska ⁇ nals formed by the housing shell with heated and pressurized steam, the rotor is rotated by the blades through the steam in rotation.
  • the blades of the rotor are also referred to as moving blades.
  • the inner casing usually stationary vanes are suspended beyond which engage along an axial extension of the body in the interstices of the Ro ⁇ torschaufeln.
  • a vane is usually on held a first position along an inner side of the Dampfturbi ⁇ nen housing. In this case, it is usually part of a stator blade row, which comprises a number of guide vanes which are arranged along an inner circumference on the inside of the steam turbine housing.
  • a row of vanes at said first location along the axial extent is also referred to as a vane grille or prong.
  • a number of rows of guide blades are connected in series. Accordingly, at a second location along the axial extent behind the first location, a further second blade is held along the inside of the steam turbine housing.
  • a pair of egg ⁇ ner Leitschaufelsch and a blade row is also referred to as a blade stage.
  • the housing jacket of such a steam turbine may be formed from egg ⁇ ner number of housing segments.
  • the housing jacket of the steam turbine is to be understood as meaning, in particular, the stationary housing component of a steam turbine or a partial turbine, which has an interior in the form of a flow channel along a longitudinal direction of the steam turbine, which is provided for flowing through with the working medium in the form of steam.
  • this can be an inner casing and / or a guide vane carrier.
  • it may also be provided a turbine housing, which has no inner housing or no guide vane.
  • Steam turbines are used in steam power plants, such as in fossil-fired steam power plants.
  • fossil-fired steam power plants the demands on the efficiencies to be achieved increase.
  • inlet temperatures of up to 630 ° are desirable.
  • inlet temperatures of up to 630 ° are desirable.
  • Such high temperatures lead to a high thermal stress of the materials for the rotor and for the housing.
  • the operating limits of a rotor are reached by the areas subject to high thermal stress, such as the inflow area. With an increase in temperature of the resistance characteristic value of the materials of the rotors decreases überproportio ⁇ nal.
  • maximum permissible shaft diameters based on the load inside the shaft or maximum permissible centrifugal forces in the near-edge region of rotors which can lead to restrictions in particular for 60 Hz applications.
  • the problem is, however, that every cooling has a negative effect on the
  • Partial turbine efficiency has.
  • the use of cooling steam the pressure level is only slightly above that of the medium-pressure inflow, thus, while minimizing the required amount of cooling steam a known and effective technically expedient way. Since such a steam bypasst by only the reheat and the medium-pressure valves, but not active turbine stages , the influence of efficiency remains comparatively low. Particularly with comparatively ⁇ as large double-flow executed intermediate-pressure turbines is often the rotor axis, with respect to the integrity gan ⁇ -saving position, since there the combination of high Fliehkräf ⁇ th and high temperatures too high or creep strains
  • Inlet region of the medium-pressure turbine section is confronted with a relatively large temperature difference.
  • a temperature of a cooling steam whose temperature is higher than that of the high-pressure exhaust steam for cooling would suffi ⁇ chen.
  • the object of the invention is therefore to specify a steam turbine, which can be cooled better.
  • An essential feature of the proposed invention is to remove the cooling steam for the medium-pressure turbine section from the high-pressure turbine section, wherein the cooling steam is removed from thededampf Hurm, which is removed between the thrust balance piston and the high pressure inner housing.
  • this cooling steam consists of partially-expanded steam, this is cool enough to cool the medium-pressure rotor.
  • a cooling steam is used, which is used for cooling the high-pressure turbine section.
  • This cooling steam is also referred to as internal cooling steam.
  • This internal cooling steam is used for external cooling of the medium pressure range. This leads to a minimization of the undesired negative influence on the turbine efficiency by minimizing the cooling mass flow requirement and thus also minimizing the expenditure on equipment.
  • a further advantageous effect that the exergy losses arising un ⁇ ter Kunststoffaji temperature in the vapor mixture of two mass flows, to be lower. Furthermore adjusts to a smaller operating clearance to the log ⁇ obligations. Thus, both effects reduce the efficiency degree disadvantage of the medium-pressure shaft cooling.
  • For power plants with cascading Umleitsystem is another advantage of the use of the piston leakage steam for cooling, that the
  • the high-pressure part turbine has a live steam feed duct, wherein the high-pressure inner housing holds a plurality of vanes environmentally which are arranged such that along a Strö ⁇ flow direction, a flow channel with a plurality of blade stages each have a row of rotor blades and a row Guide vane, is formed, wherein the high-pressure inner housing ei ne compound, which is designed as a communicating tube between ⁇ the flow channel after a blade stage and the thrust balance piston of the high-pressure rotor and high-pressure inner housing, wherein the high-pressure inner housing a cross -Rück Installationskanal which is selected as a communicating tube between the cooling steam space and egg NEM arranged according to a blade stage inflow space in the flow channel.
  • the high-pressure inner housing holds a plurality of vanes environmentally which are arranged such that along a Strö ⁇ flow direction, a flow channel with a plurality of blade stages each have a row of rotor blades and a row Guide vane, is
  • Show it: 1 shows a schematic representation of a steam turbine umfas ⁇ transmitting a high-pressure and intermediate-pressure turbine
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a part of the high pressure turbine section ⁇ . Components with the same functionality receive the same reference characters.
  • FIG. 1 shows a high-pressure turbine part 1.
  • the high-pressure turbine part 1 comprises a plurality of rotor blades 2 (for reasons of clarity, FIG. 1 shows only one
  • the high pressure rotor 3 is rotatably mounted about a rotation axis 4.
  • the high-pressure rotor 3 comprises a thrust balance piston 5, which is arranged between an inflow region 6 and an outer housing 7. Between the thrust balance piston 5 and a high pressure inner housing 8, a cooling steam 9 is formed.
  • the high-pressure inner housing 8 is arranged around the high-pressure rotor 3 ⁇ .
  • the high-pressure turbine section 1 has a high-pressure inflow region 6 through which hot steam flows during operation.
  • the hot incoming steam then flows through several high pressure blades and high pressure vanes.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor 3 in this case.
  • the bearing of the rotor 3 is not shown in detail in FIG 1 Darge ⁇ .
  • the steam flows out of a discharge area 10 from the high-pressure turbine section 1.
  • the 1 shows further a ⁇ With telbert turbine section 11, an intermediate pressure rotor 12 and a housing disposed around the intermediate-pressure rotor 12 intermediate- Inner housing 13 has.
  • the medium-pressure inner housing 13 is arranged in a medium-pressure outer housing 14.
  • the medium-pressure rotor 12 comprises a plurality of blades 15 distributed over the circumference.
  • a rotor blade by the numeral 15 is only verse ⁇ hen.
  • the medium-pressure inner housing 13 meh ⁇ rere around the rotation axis 4 evenly distributed Leitschau ⁇ blades 16 on.
  • only one vane is provided with the reference numeral 16.
  • a medium-pressure steam flows into a medium-pressure inflow region 17. This vapor flows in a medium-pressure inflow direction 18, which is approximately perpendicular to the axis of rotation 4.
  • the medium-pressure inflow steam in this case meets one
  • Guide ring 19 having a first diagonal stage 20 which deflects the steam to a first flood 21. Furthermore, the steam flows via a second diagonal stage 22 to a second tide 23.
  • the guide ring 19 comprises a first guide ring 19a and a second guide ring 19b. Furthermore, the guide ring 19 has a cooling line into which the cooling steam is introduced and through which the cooling steam flows. This cooling steam line 24 protrudes into a space which is formed by the guide ring 19 and the relief groove 25 of the medium-pressure rotor.
  • the cooling line 24 is fluidically connected to the cooling steam space 9 and the further cooling steam space 28.
  • the thrust balance piston 5 has an axis of rotation 26 in the direction of the high-pressure outer housing 7 back towards ⁇ side 27. Between the back 27 and the high pressure Outer housing 7, a further cooling steam space 28 is formed, which is fluidically connected to the cooling steam space 9.
  • the high-pressure outer housing 7 has a line for flow-technical connection of the further cooling steam space 28 with the cooling line (not shown in FIG. 3).
  • the high-pressure outer housing 7 and the high-pressure inner housing 8 are designed such that the high-pressure turbine part 1 egg ⁇ nen fresh steam supply duct 29 has.
  • the high-pressure inner housing 8 comprises a plurality of high-pressure guide vanes 30.
  • the high-pressure guide vanes 30 are arranged in such a way that along a flow direction 31 a flow channel 32 having a plurality of blade stages, each having a row of rotor blades and a row of stator vanes, is formed.
  • the high-pressure inner housing 8 has a connection 33, 34, 35, which is designed as a communicating tube between the Strömungska ⁇ nal 32 for a blade stage and a Schubaus stressesskol ⁇ ben-antechamber 36 of the high-pressure rotor 3 and the high-pressure inner housing 8.
  • the high-pressure inner casing 8 has a cross return passage 37, 9 and, arranged downstream of a blade stage inflow space 38 is formed in the flow channel 32 as a communicating pipe Zvi ⁇ rule theharidedampf syndromem.
  • the cross-return channel 37 may also be formed as a communicating tube between the thrust balance piston antechamber 36 and arranged after a blade stage inflow space 38 in the flow channel 32.
  • the guide ring 19 has a non-contact seal (eg labyrinth seal 39), both in the first flow 21 and in the second flow 23. Between the high-pressure inner housing 8 and the high-pressure outer housing 7, a seal 52 is arranged, which separates the wei ⁇ directharidampfhoffm 28 of the compound 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Dampfturbine. Die Dampfturbine umfasst einen Hochdruck-Teil (1) und einen separaten, zweiflutigen Mitteldruck-Teil (11), wobei ein Kühldampf aus der Hochdruck-Teilturbine (1) in die Mitteldruck-Teilturbine (11) strömt. Der Kühldampf wird aus einem Kühldampfraum (9) entnommen, der zwischen einem Schubaugleichskolben (5) und einem Hochdruck-Innengehäuse (8) gebildet ist, und über eine Kühlleitung (24) in eine Rotor-Entlastungsnut (25) eingeleitet, welche in einem Mitteldruck-Einströmbereich (17) der Mitteldruck-Teilturbine angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Rotorkühlung für eine Dampfturbine Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend eine Hoch¬ druck-Teilturbine umfassend einen mehrere Laufschaufeln um¬ fassenden drehbar gelagerten Hochdruck-Rotor mit einem Schubausgleichskolben und ein um den Hochdruck-Rotor angeordnetes Hochdruck-Innengehäuse, wobei zwischen den Schubausgleichs- kolben und dem Hochdruck-Innengehäuse ein Kühldampfräum ge¬ bildet ist und eine Mitteldruck-Teilturbine, wobei die Mit¬ teldruck-Teilturbine einen Mitteldruck-Rotor umfasst, wobei der Mitteldruck-Rotor einen Einströmbereich aufweist, wobei eine Kühlleitung in den Einströmbereich ragt, die strömungs- technisch mit der Hochdruck-Teilturbine verbunden ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine. Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium durchströmt, das jedoch völlig anderen Tempera- tur- und Druckbedingungen unterliegt, als der Dampf bei einer Dampfturbine .
Eine Dampfturbine umfasst üblicherweise einen mit Schaufeln besetzten drehbar gelagerten Rotor, der innerhalb eines Ge- häuses bzw. Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strömungska¬ nals mit erhitztem und unter Druck stehendem Dampf wird der Rotor über die Schaufeln durch den Dampf in Drehung versetzt. Die Schaufeln des Rotors werden auch als Laufschaufeln be- zeichnet. Am Innengehäuse sind darüber hinaus üblicherweise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche entlang einer axialen Ausdehnung des Körpers in die Zwischenräume der Ro¬ torschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicherweise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbi¬ nen-Gehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicherweise Teil einer Leitschaufelreihe, welche eine Anzahl von Leitschaufeln um- fasst, die entlang eines Innenumfangs an der Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede
Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen. Eine Leitschaufelreihe an der genannten ersten Stelle entlang der axialen Ausdehnung wird auch als Leitschaufelgitter oder -kränz bezeichnet. Üblicherweise ist eine Anzahl von Leit- schaufelreihen hinter einander geschaltet. Entsprechend ist an einer zweiten Stelle entlang der axialen Ausdehnung hinter der ersten Stelle eine weitere zweite Schaufel entlang der Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses gehalten. Ein Paar ei¬ ner Leitschaufelreihe und einer Laufschaufelreihe wird auch als Schaufelstufe bezeichnet.
Der Gehäusemantel einer derartigen Dampfturbine kann aus ei¬ ner Anzahl von Gehäusesegmenten gebildet sein. Unter dem Gehäusemantel der Dampfturbine ist insbesondere das stationä- re Gehäusebauteil einer Dampfturbine oder einer Teilturbine zu verstehen, das entlang einer Längsrichtung der Dampfturbine einen Innenraum in Form eines Strömungskanals aufweist, der zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium in Form von Dampf vorgesehen ist. Dies kann, je nach Dampfturbinenart ein In- nengehäuse und/oder ein Leitschaufelträger sein. Es kann aber auch ein Turbinengehäuse vorgesehen sein, welches kein Innengehäuse oder keinen Leitschaufelträger aufweist.
Aus Wirkungsgradgründen kann die Auslegung einer derartigen Dampfturbine für sogenannte „hohe Dampfparameter" , also ins¬ besondere hohe Dampfdrücke und/oder hohe Dampftemperaturen, wünschenswert sein. Allerdings ist insbesondere eine Tempera¬ turerhöhung aus materialtechnischen Gründen nicht unbegrenzt möglich. Um dabei einen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Dampfturbine auch bei besonders hohen Temperaturen zu er¬ möglichen, kann daher eine Kühlung einzelner Bauteile oder Komponenten wünschenswert sein. Die Bauteile sind nämlich in ihrer Temperaturfestigkeit begrenzt. Ohne effiziente Kühlung würden bei steigenden Temperaturen wesentlich teurere Materialien (z.B. Nickel-Basis-Legierungen) notwendig.
Bei den bisher bekannten Kühlmethoden, insbesondere für einen Dampfturbinen-Körper in Form eines Dampfturbinengehäuses oder eines Rotors, ist zwischen einer aktiven Kühlung und einer passiven Kühlung zu unterscheiden. Bei einer aktiven Kühlung wird eine Kühlung durch ein dem Dampfturbinen-Körper separat, d.h. zusätzlich zum Arbeitsmedium zugeführtes Kühlmedium be- wirkt. Dagegen erfolgt eine passive Kühlung lediglich durch eine geeignete Führung oder Verwendung des Arbeitsmediums. Bisher wurden Dampfturbinenkörper vorzugsweise passiv gekühlt . Dampfturbinen umfassen in der Regel eine Hochdruck- Teilturbine, eine Mitteldruck-Teilturbine sowie eine Nieder¬ druck-Teilturbine. Ein Frischdampf strömt zunächst in die Hochdruck-Teilturbine und strömt anschließend zur Mittel¬ druck-Teilturbine und danach zur Niederdruck-Teilturbine. Dampfturbinen werden in Dampfkraftwerken eingesetzt, wie z.B. bei fossil befeuerten Dampfkraftwerken. Bei fossil befeuerten Dampfkraftwerken steigen die Anforderungen an die zu erreichenden Wirkungsgrade. Es wird zunehmend eine Auslegung auf höhere Dampftemperaturen gefordert und gewünscht. Somit sind Eintrittstemperaturen von bis zu 630° wünschenswert. Solch hohe Temperaturen führen zu einer hohen thermischen Beanspruchung der Materialien für den Rotor und für die Gehäuse. Die Einsatzgrenzen eines Rotors werden durch die thermisch hoch beanspruchten Bereiche, wie z.B. den Einströmbereich er- reicht. Bei einer Erhöhung der Temperatur nimmt der Festigkeitskennwert für die Materialien der Rotoren überproportio¬ nal ab. Somit ergeben sich aus der Materialtemperatur, insbesondere bei Mitteldruck-Teilturbinen-Rotoren maximal zulässige Wellendurchmesser bezogen auf die Auslastung im Wellenin- neren oder maximal zulässige Fliehkräfte im randnahen Bereich von Rotoren, die insbesondere bei 60 Hz-Anwendungen zu Einschränkungen führen können. Im Allgemeinen lässt sich durch eine Temperaturabsenkung, d. h. die Oberfläche und/oder das Welleninnere wird gekühlt, entweder eine Erweiterung der me¬ chanischen Einsatzgrenzen des Rotors bei gegebenem Werkstoff erzielen oder in anderen Fällen ein Wechsel zu hochwertigeren und teureren Werkstoffen vermeiden. Problematisch ist aller- ding, dass jede Kühlung eine negative Auswirkung auf den
Teilturbinen-Wirkungsgrad hat. Die Verwendung von Kühldampf, dessen Druckniveau nur leicht über dem der Mitteldruck- Einströmung liegt, stellt somit bei Minimierung der erforderlichen Kühldampfmenge eine bekannte und wirkungsgradtechnisch zweckdienliche Möglichkeit dar. Da solch ein Dampf nur die Zwischenüberhitzung und die Mitteldruck-Ventile bypasst, nicht jedoch aktive Turbinenstufen, bleibt der Wirkungsgrad- einfluss vergleichsweise gering. Insbesondere bei vergleichs¬ weise großen zweiflutig ausgeführten Mitteldruck-Teilturbinen ist häufig die Rotorachse, die bezüglich der Integrität füh¬ rende Position, da dort die Kombination aus hohen Fliehkräf¬ ten und hohen Temperaturen zu hohen Kriechdehnungen bzw.
Kriecherschöpfung führt. Es ist daher bekannt einen Hochdruck-Abdampf zu nehmen und diesen unterhalb der Abschirmung der Leitringe einer Diagonalstufe einzuleiten, um somit den Einströmbereich einer Mitteldruck-Teilturbine zu kühlen. Der thermodynamische Verlust ist daher als gering einzuschätzen. Allerdings gibt es hier den Nachteil, dass der
Einströmbereich der Mitteldruck-Teilturbine mit einer relativ großen Temperaturdifferenz konfrontiert ist.
Eine Temperatur eines Kühldampfes, dessen Temperatur höher ist als die des Hochdruck-Abdampfes würde zur Kühlung ausrei¬ chen. Allerdings wäre es kontraproduktiv den Dampf aus dem heißeren Bereich einer Hochdruck-Beschaufelung zu nehmen, da hier mit den Druckdifferenzen auch die thermodynamischen Verluste steigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dampfturbine anzuge- ben, die besser gekühlt werden kann.
Gelöst wird dies durch eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1, des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren ge¬ mäß Anspruch 10. Ein wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Erfindung ist es, den Kühldampf für die Mitteldruck-Teilturbine aus der Hochdruck-Teilturbine zu entnehmen, wobei der Kühldampf aus dem Kühldampfräum entnommen wird, der zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Hochdruck-Innengehäuse entnommen wird.
Da dieser Kühldampf aus teil-expandiertem Dampf besteht, ist dieser kühl genug, um den Mitteldruck-Rotor zu kühlen.
Als Kühldampf wird hierbei ein Kühldampf verwendet, der zur Kühlung der Hochdruck-Teilturbine verwendet wird. Dieser Kühldampf wird auch als interner Kühldampf bezeichnet. Dieser interne Kühldampf wird für eine externe Kühlung des Mittel- druck-Bereiches verwendet. Dies führt zu einer Minimierung des unerwünschten negativen Einflusses auf den Turbinenwirkungsgrad durch eine Minimierung des Kühlmassenstrombedarfs und somit auch die Minimierung des apparativen Aufwands. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass die exergetischen Verluste, die bei der Mischung zweier Dampfmassenströme un¬ terschiedlicher Temperatur entstehen, geringer ausfallen. Des Weiteren stellt sich ein kleineres Betriebsspiel an den Dich¬ tungen ein. Somit reduzieren beide Effekte den Wirkunggrad- Nachteil der Mitteldruck-Wellenkühlung. Für Kraftwerke mit kaskadierendem Umleitsystem ist ein weiterer Vorteil der Verwendung des Kolbenleckdampfes zur Kühlung, dass die
Schwankungen der Kühldampftemperatur (die aus dem Raum hinter dem Schubausgleichskolben gespeist werden) geringer ausfal- len.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben . So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die
Dampfturbine derart weitergebildet, dass um den Hochdruck- Rotor und dem Hochdruck-Innengehäuse ein Hochdruck- Außengehäuse angeordnet ist, wobei der Schubausgleichskolben eine in Rotationsrichtung zum Hochdruck-Außengehäuse hin zei gende Rückseite aufweist und zwischen der Rückseite und dem Außengehäuse ein weiterer Kühldampfräum ausgebildet ist, der mit dem Kühldampfräum strömungstechnisch verbunden ist.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die Hochdruck-Teilturbine einen Frischdampf-Zuführungskanal auf, wobei das Hochdruck-Innengehäuse mehrere Leitschaufeln um- fasst, die derart angeordnet sind, dass entlang einer Strö¬ mungsrichtung ein Strömungskanal mit mehreren Schaufelstufen jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufel aufweisen, gebildet ist, wobei das Hochdruck-Innengehäuse ei ne Verbindung aufweist, die als kommunizierende Röhre zwi¬ schen dem Strömungskanal nach einer Schaufelstufe und dem Schubausgleichskolben des Hochdruck-Rotors und es Hochdruck- Innengehäuses ausgebildet ist, wobei das Hochdruck- Innengehäuse einen Kreuz-Rückführungskanal aufweist, der als eine kommunizierende Röhre zwischen dem Kühldampfräum und ei nem nach einer Schaufelstufe angeordnetem Zuströmraum im Strömungskanal ausgewählt wird.
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, nur zur Erläuterung dienlich in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Leh ren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Es zeigen: FIG 1 eine schematische Darstellung einer Dampfturbine umfas¬ send eine Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine,
FIG 2 eine schematische Darstellung des Einströmbereichs der Mitteldruck-Teilturbine;
FIG 3 eine schematische Darstellung eines Teils der Hoch¬ druck-Teilturbine . Bauteile mit gleicher Funktionsweise erhalten die gleichen Bezugs zeichen .
Die FIG 1 zeigt eine Hochdruck-Teilturbine 1. Die Hochdruck- Teilturbine 1 umfasst einen mehrere Laufschaufeln 2 (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in FIG 1 lediglich eine
Laufschaufei mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Der Hochdruck- Rotor 3 ist um eine Rotationsachse 4 drehbar gelagert. Der Hochdruck-Rotor 3 umfasst einen Schubausgleichskolben 5, der zwischen einem Einströmbereich 6 und einem Außengehäuse 7 an- geordnet ist. Zwischen dem Schubausgleichskolben 5 und einem Hochdruck-Innengehäuse 8 ist ein Kühldampfräum 9 gebildet.
Das Hochdruck-Innengehäuse 8 ist um den Hochdruck-Rotor 3 an¬ geordnet. Die Hochdruck-Teilturbine 1 weist einen Hochdruck- Einströmbereich 6, durch den im Betrieb ein heißer Dampf einströmt. Der heiße einströmende Dampf strömt anschießend durch mehrere Hochdruck-Laufschaufeln und Hochdruck-Leitschaufeln. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors 3 hierbei umgewandelt.
Die Lagerung des Rotors 3 ist in der FIG 1 nicht näher darge¬ stellt. Nach der Durchströmung des heißen Dampfes durch den Strömungskanal in der Hochdruck-Teilturbine 1 strömt der Dampf aus einem Abströmbereich 10 aus der Hochdruck- Teilturbine 1 heraus. Die FIG 1 zeigt des Weiteren eine Mit¬ teldruck-Teilturbine 11, die einen Mitteldruck-Rotor 12 sowie ein um den Mitteldruck-Rotor 12 angeordnetes Mitteldruck- Innengehäuse 13 aufweist. Das Mitteldruck-Innengehäuse 13 ist in einem Mitteldruck-Außengehäuse 14 angeordnet.
Der Mitteldruck-Rotor 12 umfasst mehrere Laufschaufeln 15 auf den Umfang verteilt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Laufschaufel mit dem Bezugszeichen 15 verse¬ hen. Des Weiteren weist das Mitteldruck-Innengehäuse 13 meh¬ rere um die Rotationsachse 4 gleichmäßig verteilte Leitschau¬ feln 16 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Ein Mitteldruck-Dampf strömt in einen Mitteldruck-Einströmbereich 17. Dieser Dampf strömt in einer Mitteldruck- Einströmrichtigung 18, die in etwa senkrecht zur Rotationsachse 4 ist.
Der Mitteldruck-Einströmdampf trifft hierbei auf einen
Leitring 19, der eine erste Diagonalstufe 20 aufweist, der den Dampf zu einer ersten Flut 21 ablenkt. Des Weiteren strömt der Dampf über eine zweite Diagonalstufe 22 zu einer zweiten Flut 23.
Der Leitring 19 umfasst einen ersten Leitring 19a und einen zweiten Leitring 19b. Des Weiteren weist der Leitring 19 eine Kühlleitung auf, in den der Kühldampf eingeleitet wird und durch die der Kühldampf strömt. Diese Kühldampfleitung 24 ragt in einen Raum, der durch den Leitring 19 und die Entlastungsnut 25 des Mitteldruck-Rotors gebildet wird.
Die Kühlleitung 24 ist mit dem Kühldampfräum 9 und dem weite- ren Kühldampfräum 28 strömungstechnisch verbunden.
Die FIG 2 zeigt den Einströmbereich der Mitteldruck- Teilturbine 11. Der Schubausgleichskolben 5 weist eine in Rotationsachsenrichtung 26 zum Hochdruck-Außengehäuse 7 hin zeigende Rück¬ seite 27 auf. Zwischen der Rückseite 27 und dem Hochdruck- Außengehäuse 7 ist ein weiterer Kühldampfräum 28 ausgebildet, der mit dem Kühldampfräum 9 strömungstechnisch verbunden ist.
Das Hochdruck-Außengehäuse 7 weist eine Leitung zum strö- mungstechnischen Verbinden des weiteren Kühldampfraumes 28 mit der Kühlleitung auf (in FIG 3 nicht gezeigt) .
Das Hochdruck-Außengehäuse 7 und das Hochdruck-Innengehäuse 8 sind derart ausgebildet, dass die Hochdruck-Teilturbine 1 ei¬ nen FrischdampfZuführungskanal 29 aufweist. Das Hochdruck- Innengehäuse 8 umfasst mehrere Hochdruck-Leitschaufeln 30. Die Hochdruck-Leitschaufeln 30 sind derart angeordnet, dass entlang einer Strömungsrichtigung 31 ein Strömungskanal 32 mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Lauf¬ schaufeln und eine Reihe Leitschaufeln aufweisen gebildet ist .
Das Hochdruck-Innengehäuse 8 weist eine Verbindung 33, 34, 35 auf, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Strömungska¬ nal 32 nach einer Schaufelstufe und einem Schubausgleichskol¬ ben-Vorraum 36 des Hochdruck-Rotors 3 und des Hochdruck- Innengehäuses 8 ausgebildet ist.
Das Hochdruck-Innengehäuse 8 weist einen Kreuz- Rückführungskanal 37 auf, der als kommunizierende Röhre zwi¬ schen dem Kühldampfräum 9 und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zuströmraum 38 im Strömungskanal 32 ausgebildet ist .
Der Kreuz-Rückführungskanal 37 kann auch als kommunizierende Röhre zwischen dem Schubausgleichskolben-Vorraum 36 und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zuströmraum 38 im Strömungskanal 32 ausgebildet sein.
Der Leitring 19 weist eine berührungslose Dichtung (z. B. Labyrinthdichtung 39), sowohl in der ersten Flut 21, als auch in der zweiten Flut 23 auf. Zwischen dem Hochdruck-Innengehäuse 8 und dem Hochdruck- Außengehäuse 7 ist eine Dichtung 52 angeordnet, die den wei¬ teren Kühldampfräum 28 von der Verbindung 34 trennt. 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
umfassen eine Hochdruck-Teilturbine (1) mit einem Hoch- druck-Außengehäuse (7) und einem Hochdruck-Innengehäuse
(8) ,
wobei das Hochdruck-Außengehäuse (7) und das Hochdruck- Innengehäuse (8) einen FrischdampfZuführungskanal (29) auf¬ weisen,
wobei ein einen Schubausgleichskolben (5) aufweisender und um eine Rotationsachse (4) drehbar gelagerter Hochdruck- Rotor (3) umfassend mehrere Laufschaufeln (2) drehgelagert innerhalb des Hochdruck-Innengehäuses (8) angeordnet ist, und das Hochdruck-Innengehäuse (8) mehrere Hochdruck- Leitschaufeln (30) aufweist, die derart angeordnet sind, dass entlang einer Strömungsrichtung (31) ein Strömungskanal (32) mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln (2) und eine Reihe Leitschaufeln (30) aufweisen, gebildet ist,
wobei das Hochdruck-Innengehäuse (8) eine Verbindung (33,
34, 35) aufweist, die als eine kommunizierende Röhre zwi¬ schen dem Strömungskanal (32) nach einer Schaufelstufe und einem Schubausgleichskolbenvorraum (36) zwischem dem Schubausgleichskolben (5) des Hochdruck-Rotors (3) und das Hoch- druck-Innengehäuses (8) ausgebildet ist,
wobei das Hochdruck-Innengehäuse (8) einen Rückführungska¬ nal (37) aufweist, der als eine kommunizierende Röhre zwi¬ schen dem Dichtraum (40), zwischen dem Hochdruck-Rotor (3) und dem Hochdruck-Innengehäuse (8) und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zustromraum (38) ausgebildet ist,
wobei von der Rotationsachse (4) in einer radialen Richtung (50) gesehen zwischen dem Schubausgleichskolben (5) und dem Hochdruck-Innengehäuse (8) ein Schubausgleichskolbenkühl- dampfraum (51) ausgebildet ist,
ferner umfassend eine Mitteldruck-Teilturbine (11), wobei die Mitteldruck-Teilturbine (11) einen Mitteldruck- Rotor (12) und einen Einströmbereich (17) aufweist, wobei eine Kühlleitung (24) in den Einströmbereich (17) ragt, die strömungstechnisch mit der Hochdruck-Teilturbine (1) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlleitung (24) mit dem Schubausgleichskolbenkühl- dampfraum (51) strömungstechnisch verbunden ist.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
wobei in Rotationsrichtung (4) gesehen zwischen dem Schub- ausgleichskolben (5) und dem Hochdruck-Außengehäuse (7) ein weiterer Kühldampfräum (28) angeordnet ist, der mit dem Schubausgleichskolbenkühldampfräum (51) strömungstechnisch verbunden ist und die Kühlleitung (24) strömungstechnisch mit dem weiteren Kühldampfräum (28) verbunden ist.
3. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hochdruck-Außengehäuse (7) eine Leitung zum strö¬ mungstechnischen Verbinden des weiteren Kühldampfraumes (28) mit der Kühlleitung (24) aufweist.
4. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mitteldruck-Teilturbine (11) zweiflutig ausgebil¬ det ist.
5. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Mitteldruck-Einströmbereich (17) der Mitteldruck- Rotor (12) eine Entlastungsnut (25) aufweist.
6. Dampfturbine nach Anspruch 5,
wobei über der Entlastungsnut (25) ein Diagonalring (19a) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein in den Mitteldruck-Einströmbereich (17) einströmender Dampf, sowohl in die erste Flut (21) als auch in die zweite Flut (23) umleitbar ist und im Diagonalring (19a) die Kühllei- tung (24) angeordnet ist.
7. Dampfturbine nach Anspruch 6,
wobei die Kühlleitung (24) in die Entlastungsnut (25) mün- det .
Dampfturbine nach Anspruch 7,
wobei zwischen dem Diagonalring (19a) und dem Mitteldruck- Rotor (12) eine berührungslose Dichtung, insbesondere Labyrinthdichtung (39) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine,
die nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, wobei ein Kühldampf aus dem Schubausgleichskolbenkühldampf räum (51) aus der Hochdruck-Teilturbine (1), in die Mittel druck-Teilturbine (11) geleitet wird.
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