EP3488083B1 - Exhaust housing of a steam turbine - Google Patents

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EP3488083B1
EP3488083B1 EP17736923.8A EP17736923A EP3488083B1 EP 3488083 B1 EP3488083 B1 EP 3488083B1 EP 17736923 A EP17736923 A EP 17736923A EP 3488083 B1 EP3488083 B1 EP 3488083B1
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turbine
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steam
steam turbine
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Robert HILLEKE
Stefan PREIBISCH
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausströmgehäuse für einen Turbinenabschnitt einer Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Dampfturbine mit einem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse.The present invention relates to an outflow housing for a turbine section of a steam turbine with reheating. The present invention also relates to a steam turbine with an outlet housing according to the invention.

Dampfturbinen sind Strömungsmaschinen, die zur Umwandlung der Enthalpie von Dampf in kinetische Energie ausgebildet sind. Herkömmliche Dampfturbinen weisen ein Turbinengehäuse auf, das einen Strömungsraum zum Durchströmen des Dampfes umgibt. Im Strömungsraum ist eine rotatorisch gelagerte Turbinenwelle mit einer Vielzahl von Laufschaufeln angeordnet, die in Form von hintereinander angeordneten Laufschaufelkränzen an der Turbinenwelle gehalten sind. Zur Optimierung der Anströmung der Laufschaufeln mit Dampf weisen Dampfturbinen Leitschaufelkränze auf, die jeweils einem Laufschaufelkranz vorgeschaltet und an dem Turbinengehäuse gehalten sind. Eine Gruppe aus einem Leitschaufelkranz mit zugehörigem Laufschaufelkranz wird auch als Turbinenstufe bezeichnet.Steam turbines are flow machines that are designed to convert the enthalpy of steam into kinetic energy. Conventional steam turbines have a turbine housing which surrounds a flow space for the steam to flow through. A rotationally mounted turbine shaft with a large number of rotor blades is arranged in the flow space, and these are held on the turbine shaft in the form of rotor blade rings arranged one behind the other. In order to optimize the flow of steam onto the rotor blades, steam turbines have guide vane rings, each of which is connected upstream of a rotor blade ring and is held on the turbine housing. A group of a guide vane ring with an associated rotor blade ring is also referred to as a turbine stage.

Beim Durchströmen der Dampfturbine gibt der Dampf einen Teil seiner inneren Energie ab, der über die Laufschaufeln in Rotationsenergie der Turbinenwelle umgewandelt wird. Hierbei findet eine Entspannung des Dampfes statt, so dass Druck und Temperatur des Dampfes beim Durchströmen der Dampfturbine nach jeder Turbinenstufe verringert werden. Das Turbinengehäuse wird somit zwischen einem Dampfeinlass und einem Dampfauslass einem Temperaturgradienten ausgesetzt. Dies führt insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen zu einer sehr hohen Belastung des Turbinengehäuses.When flowing through the steam turbine, the steam gives off part of its internal energy, which is converted into rotational energy of the turbine shaft via the rotor blades. Here, the steam is relaxed so that the pressure and temperature of the steam as it flows through the steam turbine are reduced after each turbine stage. The turbine housing is thus exposed to a temperature gradient between a steam inlet and a steam outlet. This leads to a very high load on the turbine housing, particularly in the case of compact steam turbines.

Dampfturbinen weisen in speziellen Ausführungsformen einen mehrere Turbinenabschnitte, wie z.B. einen Hochdruckabschnitt, einen Mitteldruckabschnitt und/oder Niederdruckabschnitt, auf. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads können derartige Dampfturbinen eine Heizvorrichtung zur Zwischenüberhitzung des Dampfes aufweisen, so dass beispielsweise den Hochdruckabschnitt verlassender Dampf von der Heizvorrichtung aufheizbar ist, bevor dieser den nachfolgenden Turbinenabschnitten zugeführt wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass jeweils zwischen zwei Turbinenabschnitten eine derartige Heizvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere bei Dampfturbinen mit einer solchen Zwischenüberhitzung des Dampfes treten starke Temperaturschwankungen entlang einer Turbinenlängsachse der Dampfturbine auf. Zunächst fällt die Temperatur in dem Hochdruckabschnitt gradierend ab, steigt dann im Übergangsbereich aufgrund der Zwischenüberhitzung sprunghaft an. Ein Bereich des Turbinengehäuses, der einer Abströmung des Hochdruckabschnitts und einer Anströmung des folgenden Mitteldruckabschnitts oder Niederdruckabschnitts benachbart angeordnet ist, ist insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen besonders starken Temperaturunterschieden ausgesetzt.In special embodiments, steam turbines have a plurality of turbine sections, such as, for example, a high-pressure section, a medium-pressure section and / or low-pressure section. To improve the efficiency such Steam turbines have a heating device for intermediate superheating of the steam, so that, for example, steam leaving the high-pressure section can be heated by the heating device before it is fed to the subsequent turbine sections. It can be provided that such a heating device is arranged between two turbine sections. Particularly in the case of steam turbines with such reheating of the steam, strong temperature fluctuations occur along a longitudinal axis of the steam turbine. First of all, the temperature in the high-pressure section falls gradually, then increases suddenly in the transition area due to the reheating. A region of the turbine housing which is arranged adjacent to an outflow of the high-pressure section and an inflow to the following medium-pressure section or low-pressure section is exposed to particularly large temperature differences, particularly in the case of compactly constructed steam turbines.

Überdies weisen Turbinengehäuse aus Gründen besserer Herstellbarkeit sowie Montierbarkeit mehrere Gehäuseteile auf, die zu dem Turbinengehäuse unter Ausbildung von Trennfugen miteinander verbunden sind. Turbinengehäuse weisen dabei oftmals ein Gehäuseunterteil sowie ein Gehäuseoberteil auf. Auch entlang der Turbinenlängsachse kann das Turbinengehäuse mehrere Gehäusesegmente aufweisen, so dass der Hochdruckabschnitt und der Mitteldruckabschnitt beispielsweise in unterschiedlichen Gehäusesegmenten angeordnet sind. Die Verbindung erfolgt oftmals über ein Verschrauben von Flanschen der Gehäuseteile bzw. Gehäusesegmente.Furthermore, for reasons of better manufacturability and ease of assembly, turbine housings have a plurality of housing parts which are connected to one another to form the turbine housing with the formation of parting lines. Turbine housings often have a lower housing part and an upper housing part. The turbine housing can also have a plurality of housing segments along the longitudinal axis of the turbine, so that the high-pressure section and the medium-pressure section are arranged, for example, in different housing segments. The connection is often made by screwing flanges of the housing parts or housing segments.

Je größer eine mechanische Belastung der Verbindungen der Gehäuseteile bzw. Gehäusesegmente ist, desto größere Befestigungselemente sind erforderlich, um die Trennfugen öffnende Kräfte zu kompensieren. Insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen stellt dies ein großes Problem dar, da ein verfügbarer Bauraum der Dampfturbine oftmals stark begrenzt ist. Somit sind Belastungsmöglichkeiten dieser Dampfturbinen stark begrenzt.The greater the mechanical load on the connections of the housing parts or housing segments, the larger the fastening elements are required to compensate for forces that open the parting lines. In particular in the case of compactly constructed steam turbines, this represents a major problem, since the available installation space for the steam turbine is often very limited. Thus, the loading possibilities of these steam turbines are very limited.

Zur Aufnahme der Leitschaufeln bzw. Leitschaufelkränze weisen Dampfturbinen Ausströmgehäuse auf, die innerhalb des Turbinengehäuses koaxial zur der Turbinenlängsachse angeordnet sind. Bei Dampfturbinen mit Zwischenüberhitzung tritt insbesondere im Bereich einer Austrittsöffnung des Ausströmgehäuses an dem Turbinengehäuse ein besonders starker Temperaturgradient auf, da der das Ausströmgehäuse verlassende Dampf in diesem Bereich das Turbinengehäuse direkt anströmt. Bei einem zu hohen Temperaturgradienten kann das Turbinengehäuse insbesondere in diesem kritischen Bereich beschädigt werden. Aus diesem Grund sind maximale Leistungen derartiger Dampfturbinen zur Vermeidung derart hoher Temperaturgradienten stark begrenzt.To accommodate the guide vanes or guide vane rings, steam turbines have outflow housings which are arranged inside the turbine housing coaxially to the longitudinal axis of the turbine. In steam turbines with reheating, a particularly strong temperature gradient occurs in the area of an outlet opening of the discharge housing on the turbine housing, since the steam leaving the discharge housing flows directly onto the turbine housing in this area. If the temperature gradient is too high, the turbine housing can be damaged, especially in this critical area. For this reason, the maximum power of such steam turbines to avoid such high temperature gradients is very limited.

Aus der EP 2 151 547 A2 ist eine Dampfturbine mit einem Turbinengehäuse und einem Ausströmgehäuse bekannt, wobei das Ausströmgehäuse im Bereich eines Dampfauslasses einer Turbinenstufe an dem Turbinengehäuse gehalten ist.From the EP 2 151 547 A2 a steam turbine with a turbine housing and an outflow housing is known, the outflow housing being held on the turbine housing in the region of a steam outlet of a turbine stage.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausströmgehäuse sowie eine Dampfturbine zu schaffen, die die Nachteile des Stands der Technik beheben oder zumindest teilweise beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausströmgehäuse sowie eine Dampfturbine bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig in kritischen Bereichen einen reduzierten Temperaturgradienten und somit bei gleicher Baugröße eine höhere Belastbarkeit aufweisen.It is therefore the object of the present invention to create an outflow housing and a steam turbine which eliminate or at least partially eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, it is the object of the present invention to provide an outflow housing and a steam turbine which, with simple means and inexpensively, have a reduced temperature gradient in critical areas and thus a higher load capacity with the same structural size.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Ausströmgehäuse für eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die voranstehende Aufgabe durch eine Dampfturbine mit einem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above problem is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by an outflow housing for a steam turbine according to claim 1. Furthermore, the above object is achieved by a steam turbine with an outflow housing according to the invention according to claim 7. Further features and details of the invention emerge from the Subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the discharge housing according to the invention naturally also apply in connection with the steam turbine according to the invention and in each case vice versa, so that with regard to the Disclosure on the individual aspects of the invention is always referred to or can be mutually referenced.

Das Ausströmgehäuse ist vorzugsweise als Leitschaufelträger ausgebildet. Somit sind vorzugsweise mehrere Leitschaufelkränze in Richtung der Gehäuselängsachse hintereinander an dem Ausströmgehäuse angeordnet bzw. anordenbar. Das Ausströmgehäuse weist eine Ausströmgehäusewand auf, durch die um die Gehäuselängsachse herum ein zentraler Trommelraum gebildet wird. Der zentrale Trommelraum kann auch aus Strömungsraum bezeichnet werden und ist zum Durchleiten eines Dampfmassenstroms zum Antreiben einer Turbinenwelle einer Dampfturbine ausgebildet. Der Trommelraum reicht bis an die Dichtungsvorrichtung heran und ist durch diese in Richtung der Gehäuselängsachse begrenzt. Die Ausströmgehäusewand ist vorzugsweise undurchlässig für Dampf, so dass ein Anströmen eines Turbinengehäuses durch den Dampf im Bereich des Ausströmgehäuses vermieden wird. Zur besseren Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit des Ausströmgehäuses ist das Ausströmgehäuse vorzugsweise mehrteilig, insbesondere mit einem Oberteil und einem Unterteil, ausgebildet und ist vorzugsweise über einen Flansch durch Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben, zusammengehalten.The outflow housing is preferably designed as a guide vane carrier. Thus, several guide vane rings are preferably arranged or can be arranged one behind the other on the outflow housing in the direction of the housing longitudinal axis. The outflow housing has an outflow housing wall through which a central drum space is formed around the housing longitudinal axis. The central drum space can also be referred to as flow space and is designed to pass through a steam mass flow for driving a turbine shaft of a steam turbine. The drum space extends up to the sealing device and is delimited by this in the direction of the longitudinal axis of the housing. The outlet housing wall is preferably impermeable to steam, so that the steam in the area of the outlet housing is prevented from flowing onto a turbine housing. For better assembly and disassembly of the outflow housing, the outflow housing is preferably designed in several parts, in particular with an upper part and a lower part, and is preferably secured via a flange by fastening means, e.g. Screws held together.

An einem in Strömungsrichtung hinteren Ende des Ausströmgehäuses ist eine Dichtvorrichtung derart angeordnet, dass ein Ausströmen des Dampfes aus dem Ausströmgehäuse durch die Dichtungsvorrichtung verhindert wird. Die Dichtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Ausströmgehäusewanddichtung zum Abdichten gegenüber der Ausströmgehäusewand und vorzugsweise eine Turbinenwellendichtung zum Abdichten gegenüber einer Turbinenwelle aus. Vorzugsweise sind Ausströmgehäusewanddichtung und Turbinenwellendichtung als eine Baugruppe oder ein Bauteil ausgebildet. Die Dichtungsvorrichtung ist vorzugsweise im Wesentlichen gemäß einer Dichtschale oder zumindest gemäß eines Dichtungselements einer Dichtschale ausgebildet. Das Dichtungselement ist vorzugsweise als Lamellendichtung und/oder Dichtlippen und/oder Labyrinthdichtung ausgebildet. Durch die Dichtungsvorrichtung ist somit ein unkontrolliertes Ausströmen von Dampf aus dem Ausströmgehäuse in einen nachfolgenden Turbinenabschnitt verhinderbar.A sealing device is arranged at a rear end of the discharge housing in the flow direction in such a way that that an outflow of the steam from the discharge housing is prevented by the sealing device. The sealing device preferably has an outflow housing wall seal for sealing against the outflow housing wall and preferably a turbine shaft seal for sealing against a turbine shaft. The outflow housing wall seal and turbine shaft seal are preferably designed as one assembly or one component. The sealing device is preferably designed essentially according to a sealing shell or at least according to a sealing element of a sealing shell. The sealing element is preferably designed as a lamellar seal and / or sealing lips and / or labyrinth seal. The sealing device can thus prevent an uncontrolled outflow of steam from the outflow housing into a subsequent turbine section.

Das Ausströmgehäuse ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass der Dampf nach Durchströmen des Ausströmgehäuses gezielt aus diesem herausgeführt und einer Zwischenüberhitzung zugeführt werden kann, ohne dass der Dampf dabei auf das Turbinengehäuse trifft. Hierfür sind am Ausströmgehäuse vorzugsweise entsprechend ausgebildete Leitungen und/oder Kanäle vorgesehen.According to the invention, the outflow housing is designed in such a way that the steam, after flowing through the outflow housing, can be guided out of the outflow housing in a targeted manner and supplied to reheating without the steam hitting the turbine housing. For this purpose, appropriately designed lines and / or channels are preferably provided on the outflow housing.

Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse hat den Vorteil, dass mittels des Ausströmgehäuses ein durch eine Dampfturbine geleiteter Dampfmassenstrom im Bereich des Ausströmgehäuses sowie in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Ausströmgehäuse vom Turbinengehäuse ferngehalten wird. Ein Temperaturgradient des Dampfmassenstroms, der aufgrund der Entspannung beim Durchströmen der Turbine entsteht, wird somit zumindest stellenweise nicht direkt auf das Turbinengehäuse übertragen. Eine übermäßige thermische Belastung des Turbinengehäuses aufgrund eines zu hohen Temperaturgradienten ist somit verhinderbar. Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse ist kostengünstig herstellbar und macht eine nachfolgende Dichtschale zum Verhindern eines Eindringens des Dampfmassenstroms in einen nachfolgenden Turbinenabschnitt überflüssig. Hierdurch können Teilekosten sowie Montagekosten reduziert werden. Ferner kann durch den kompakten Aufbau des Ausströmgehäuses eine Gesamtlänge einer Dampfturbine reduziert werden, insbesondere da die nachfolgende Dichtschale nicht mehr erforderlich ist.An outflow housing according to the invention has the advantage that by means of the outflow housing a steam mass flow conducted through a steam turbine is kept away from the turbine housing in the area of the outflow housing and in the flow direction immediately after the outflow housing. A temperature gradient of the steam mass flow, which arises due to the relaxation when flowing through the turbine, is therefore not transmitted directly to the turbine housing, at least in places. An excessive thermal load on the turbine housing due to an excessively high temperature gradient can thus be prevented. An outflow housing according to the invention can be manufactured inexpensively and makes a subsequent sealing shell to prevent the steam mass flow from penetrating into a subsequent turbine section is superfluous. In this way, part costs and assembly costs can be reduced. Furthermore, the overall length of a steam turbine can be reduced by the compact construction of the outflow housing, in particular since the following sealing shell is no longer required.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Ausströmgehäuse vorgesehen sein, dass die Ausströmgehäusewand eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Dichtvorrichtung aufweist. Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise gemäß einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung einer Dichtschale für eine Dampfturbine ausgebildet. Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, die Dichtvorrichtung relativ zum Ausströmgehäuse lösbar zu halten. Zur Aufnahme der Dichtvorrichtung weist die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut auf. Vorzugsweise sind Fixiermittel zum Fixieren der Dichtvorrichtung in der Aufnahmevorrichtung vorgesehen. Eine derartige Aufnahmevorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln ein sicherer Halt sowie eine einfache Austauschbarkeit der Dichtungsvorrichtung gewährleistet werden.According to a preferred development of the invention, it can be provided in the case of an outflow housing that the outflow housing wall has a receiving device for receiving the sealing device. The receiving device is preferably designed according to a corresponding receiving device of a sealing shell for a steam turbine. The receiving device is preferably designed to hold the sealing device releasably relative to the discharge housing. For receiving the sealing device, the receiving device preferably has at least one groove running around the circumference. Fixing means are preferably provided for fixing the sealing device in the receiving device. Such a receiving device has the advantage that a secure hold and simple exchangeability of the sealing device can be ensured with simple means.

Weiter bevorzugt weist die Ausströmgehäusewand mindestens einen Ausströmkanal auf, der die Gehäuselängsachse zumindest teilweise umgibt. An dem Ausströmkanal ist mindestens ein Ausströmstutzen fluidkommunizierend angeordnet, der sich quer zur Gehäuselängsachse, vorzugsweise um 90° und/oder tangential zum Ausströmkanal, erstreckt und zum Durchleiten von Dampf ausgebildet ist. Durch den Trommelraum des Ausströmgehäuses geströmter Dampf strömt in den Ausströmkanal und über den Ausströmkanal in einen Ausströmstutzen, um über den Ausströmstutzen das Ausströmgehäuse zu verlassen. Der Ausströmstutzen ist mit einer Leitung koppelbar, die zum Führen des Dampfes ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Dampf somit einer Zwischenüberhitzungsvorrichtung der Dampfturbine zuführbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln verhinderbar ist, dass Dampf, der das Ausströmgehäuse verlässt, gegen das Turbinengehäuse strömt.The outflow housing wall also preferably has at least one outflow channel which at least partially surrounds the housing longitudinal axis. At least one outflow nozzle is arranged on the outflow channel in a fluid-communicating manner, which extends transversely to the housing longitudinal axis, preferably by 90 ° and / or tangentially to the outflow channel, and is designed for the passage of steam. Steam flowing through the drum space of the outflow housing flows into the outflow channel and via the outflow channel into an outflow connector in order to leave the outflow housing via the outflow connector. The discharge nozzle can be coupled to a line which is designed to carry the steam. For example, the steam can thus be fed to a reheating device of the steam turbine. This has the advantage that simple means can be used to prevent steam leaving the discharge housing from flowing against the turbine housing.

Vorzugsweise ist die Dichtvorrichtung an einer der Gehäuselängsachse zugewandten Seite des mindestens einen Ausströmkanals dem Ausströmkanal benachbart an der Ausströmgehäusewand angeordnet. Vorzugsweise ist die Dichtvorrichtung vom Ausströmkanal umgeben oder zumindest teilweise umgeben. Der Dampfmassenstrom, der durch die Dichtvorrichtung an einem direkten Weiterströmen in einen folgenden Turbinenabschnitt gehindert wird, kann auf diese Weise leicht über den Ausströmkanal sowie den Ausströmstutzen aus dem Ausströmgehäuse herausgeführt werden. Ein Rückstau von Dampf zwischen Dichtungsvorrichtung und Ausströmkanal ist somit vermeidbar bzw. erheblich reduzierbar.The sealing device is preferably arranged on a side of the at least one outflow channel facing the housing longitudinal axis, adjacent to the outflow channel, on the outflow housing wall. The sealing device is preferably surrounded or at least partially surrounded by the outflow channel. The steam mass flow, which is prevented by the sealing device from flowing further directly into a subsequent turbine section, can in this way easily be led out of the discharge housing via the discharge channel and the discharge connection. A back pressure of steam between the sealing device and the outflow channel can thus be avoided or significantly reduced.

Gemäß der Erfindung ist die Anbindungsschnittstelle an einer dem Trommelraum abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand ausgebildet. Die Anbindungsstelle ist demnach vorzugsweise an einem Bereich des Ausströmgehäuses angeordnet, der den Trommelraum in radialer Richtung begrenzt. Über die Anbindungsschnittstelle ist das Ausströmgehäuse mit dem Turbinengehäuse koppelbar bzw. an diesem fixierbar. Die Anbindungsschnittstelle ist beispielsweise als umlaufender Flansch oder Steg ausgebildet, der vorzugsweise formschlüssig an dem Turbinengehäuse fixierbar ist.According to the invention, the connection interface is formed on an outside of the outflow housing wall facing away from the drum space. The connection point is therefore preferably arranged in a region of the outflow housing which delimits the drum space in the radial direction. The outflow housing can be coupled to or fixed to the turbine housing via the connection interface. The connection interface is designed, for example, as a circumferential flange or web, which can preferably be fixed to the turbine housing in a form-fitting manner.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Ausströmgehäuse der Dichtvorrichtung in radialer Richtung benachbart keine Anbindungsschnittstelle zum Anbinden des Ausströmgehäuses an das Turbinengehäuse der Dampfturbine ausgebildet ist. Eine Anbindungsschnittstelle ist vorzugsweise bereits an der dem Trommelraum abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand ausgebildet, so dass eine weitere Anbindungsschnittstelle an der Dichtvorrichtung bzw. einem Bereich des Ausströmgehäuses, an dem die Dichtvorrichtung angeordnet ist, nicht mehr erforderlich. Somit ist auch eine entsprechende Anbindungsschnittstelle am Turbinengehäuse verzichtbar. Hierdurch können Herstellungskosten sowie Montagekosten reduziert werden.It is provided according to the invention that no connection interface for connecting the outflow housing to the turbine housing of the steam turbine is formed on the outflow housing of the sealing device adjacent in the radial direction. A connection interface is preferably already formed on the outside of the outlet housing wall facing away from the drum space, so that a further connection interface on the sealing device or an area of the outlet housing on which the sealing device is arranged is no longer required. A corresponding connection interface on the turbine housing can therefore also be dispensed with. This can reduce manufacturing costs and assembly costs.

Es ist bevorzugt, dass die Anbindungsschnittstelle die Gehäuselängsachse umgibt oder zumindest im Wesentlichen umgibt. Eine derartige Anbindungsschnittstelle ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar und leicht an dem Turbinengehäuse montierbar.It is preferred that the connection interface surrounds or at least substantially surrounds the housing longitudinal axis. Such a connection interface can be produced with simple means and inexpensively and can be easily mounted on the turbine housing.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine dem Trommelraum zugewandte Innenseite der Ausströmgehäusewand mindestens einen Leitschaufelkranz auf. Leitschaufelkränze sind zum Umlenken des Dampfmassenstroms auf nachfolgende Laufschaufelkränze ausgebildet. Durch das Kombinieren des Ausströmgehäuses mit mindestens einem Leitschaufelkranz kann ein Endmontageaufwand einer Dampfturbine reduziert werden.In an advantageous embodiment of the invention, an inner side of the outflow housing wall facing the drum space has at least one guide vane ring. Guide vane rings are designed to divert the steam mass flow to subsequent rotor blade rings. By combining the outflow housing with at least one guide vane ring, the final assembly effort for a steam turbine can be reduced.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Dampfturbine gelöst. Die Dampfturbine weist mindestens einen ersten Turbinenabschnitt, einen zweiten Turbinenabschnitt sowie ein den ersten Turbinenabschnitt und den zweiten Turbinenabschnitt umfassendes Turbinengehäuse, wobei der erste Turbinenabschnitt über eine Zwischenüberhitzungsvorrichtung mit dem zweiten Turbinenabschnitt fluidkommunizierend gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist an einem in Strömungsrichtung der Dampfturbine hinteren Endbereich des ersten Turbinenabschnitts ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet.According to a second aspect of the invention, the object is achieved according to the invention by a steam turbine. The steam turbine has at least a first turbine section, a second turbine section and a turbine housing comprising the first turbine section and the second turbine section, the first turbine section being coupled in fluid communication with the second turbine section via a reheating device. According to the invention, an outflow housing according to the invention is arranged within the turbine housing at an end region of the first turbine section that is rearward in the flow direction of the steam turbine.

Der erste Turbinenabschnitt ist vorzugsweise als Hochdruckabschnitt und der zweite Turbinenabschnitt als Mitteldruckabschnitt oder Niederdruckabschnitt ausgebildet. Durch die Zwischenüberhitzungsvorrichtung ist ein Dampfmassenstrom nach Verlassen des ersten Turbinenabschnitts und vor Eintreten in den zweiten Turbinenabschnitt auf ein höheres Temperaturniveau erhitzbar, um somit den Wirkungsgrad der Dampfturbine zu erhöhen.The first turbine section is preferably designed as a high pressure section and the second turbine section as a medium pressure section or low pressure section. By means of the reheating device, a steam mass flow can be heated to a higher temperature level after leaving the first turbine section and before entering the second turbine section, in order thus to increase the efficiency of the steam turbine.

Das Ausströmgehäuse ist aus Gründen der Montierbarkeit vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet. Vorzugsweise weist das Ausströmgehäuse ein Oberteil und ein Unterteil auf.For reasons of assembly, the outflow housing is preferably designed in several parts, in particular in two parts. The outflow housing preferably has an upper part and a lower part.

Die erfindungsgemäße Dampfturbine hat gegenüber bekannten Dampfturbinen den Vorteil, dass mittels des Ausströmgehäuses gewährleistet wird, dass ein den ersten Turbinenabschnitt verlassender, relativ kalter Dampfmassenstrom aus der Turbine entommen werden kann, ohne dabei auf das Turbinengehäuse zu treffen. Im Betrieb der Dampfturbine wird somit vermieden, dass das Turbinengehäuse in diesem Bereich einen übermäßig hohen Temperaturgradienten aufweist, da das Turbinengehäuse durch Ableitung des relativ kalten Dampfes im Wesentlichen wärmerem Dampf ausgesetzt ist. Somit kann die Dampfturbine bei gleicher Leistung kostengünstiger dimensioniert werden. Alternativ kann somit eine Leistung der Dampfturbine bei gleichen Dimensionen der Dampfturbine erhöht werden. Ferner hat die Dampfturbine den Vorteil, dass eine zusätzliche Dichtschale, die den ersten Turbinenabschnitt gegenüber dem zweiten Turbinenabschnitt abdichtet, nicht mehr erforderlich ist und somit weggelassen werden kann. Hierdurch können die Turbinenwelle und somit die komplette Dampfturbine kürzer und demnach kostengünstiger ausgestaltet werden. Überdies hat eine kürzere Turbinenwelle verbesserte rotordynamische Eigenschaften.The steam turbine according to the invention has the advantage over known steam turbines that the discharge housing ensures that a relatively cold steam mass flow leaving the first turbine section can be extracted from the turbine without hitting the turbine housing. During operation of the steam turbine, it is thus avoided that the turbine housing has an excessively high temperature gradient in this area, since the turbine housing is essentially exposed to warmer steam due to the discharge of the relatively cold steam. The steam turbine can thus be dimensioned more cost-effectively with the same output. Alternatively, the output of the steam turbine can thus be increased with the same dimensions of the steam turbine. Furthermore, the steam turbine has the advantage that an additional sealing shell, which seals the first turbine section from the second turbine section, is no longer necessary and can therefore be omitted. As a result, the turbine shaft and thus the entire steam turbine can be made shorter and therefore more cost-effective. In addition, a shorter turbine shaft has improved rotor dynamic properties.

Es ist bevorzugt, dass das Ausströmgehäuse derart an der Dampfturbine angeordnet ist, dass ein durch den Trommelraum strömender Dampfmassenstrom erst nach Durchströmen der dem Ausströmgehäuse nachgeschalteten Zwischenüberhitzungsvorrichtung auf das Turbinengehäuse treffen kann. Hierfür ist es bevorzugt, dass ein Ausströmstutzen des Ausströmgehäuses mit der Zwischenüberhitzungsvorrichtung direkt oder über eine Leitung fluidkommunizierend gekoppelt ist. Somit wird mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet, dass anstatt relativ kalten Dampfes vor der Entnahme relativ heißer Dampf nach einer Entnahme auf das Turbinengehäuse trifft. Da der Dampf vor dem Ausströmgehäuse ebenfalls relativ heiß ist, ist das Turbinengehäuse im Betrieb geringeren Temperaturunterschieden ausgesetzt. Temperaturgradienten des Turbinengehäuses einer erfindungsgemäßen Dampfturbine sind somit geringer als bei herkömmlichen Dampfturbinen.It is preferred that the outflow housing is arranged on the steam turbine in such a way that a steam mass flow flowing through the drum space can only hit the turbine housing after flowing through the reheating device downstream of the outflow housing. For this purpose, it is preferred that an outflow connector of the outflow housing is coupled to the reheating device directly or in a fluid-communicating manner via a line. It is thus ensured with simple means and inexpensively that, instead of relatively cold steam before extraction, relatively hot steam hits the turbine housing after extraction. Since the steam in front of the discharge casing is also relatively hot, the turbine casing has less temperature differences during operation exposed. Temperature gradients of the turbine housing of a steam turbine according to the invention are therefore lower than in conventional steam turbines.

Vorzugsweise ist das Ausströmgehäuse über die Anbindungsschnittstelle an dem Turbinengehäuse gehalten. Das Turbinengehäuse weist hierfür vorzugsweise eine entsprechende Haltevorrichtung auf. Vorzugsweise ist die Anbindungsschnittstelle formschlüssig mit der Haltevorrichtung in Eingriff. Zum Fixieren ist die Anbindungsschnittstelle des Ausströmgehäuses beispielsweise mit der Haltevorrichtung des Turbinengehäuses verschraubt. Somit ist das Ausströmgehäuse sicher am Turbinengehäuse gehalten.The outflow housing is preferably held on the turbine housing via the connection interface. The turbine housing preferably has a corresponding holding device for this purpose. The connection interface is preferably in positive engagement with the holding device. To fix it, the connection interface of the outflow housing is screwed to the holding device of the turbine housing, for example. The outflow housing is thus held securely on the turbine housing.

Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse und eine erfindungsgemäße Dampfturbine werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1
in einer Seitenansicht eine Dampfturbine nach dem Stand der Technik,
Figur 2
in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dampfturbine mit einem Unterteil eines erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses, und
Figur 3
in einer perspektivischen Ansicht ein Oberteil eines erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses.
An exhaust housing according to the invention and a steam turbine according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
Figure 1
a side view of a steam turbine according to the prior art,
Figure 2
in a plan view a section of a steam turbine according to the invention with a lower part of an outlet housing according to the invention, and
Figure 3
in a perspective view an upper part of an outflow housing according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Dampfturbine (3) nach dem Stand der Technik schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Die Dampfturbine 3 weist mehrere Turbinenabschnitte 2 auf, die beispielsweise als Hochdruck-Turbinenstufe, Mitteldruck-Turbinenstufe und Niederdruckturbinenstufe ausgebildet sind. In den Turbinenabschnitten 2 ist jeweils ein Leitschaufelträger 20 mit mehreren Leitschaufelkränzen 14 angeordnet. Ein mittlerer Turbinenabschnitt 2 ist in Strömungsrichtung S durch eine Dichtschale 21 begrenzt. Die Dichtschale 21 verhindert ein Weiterströmen eines Dampfmassenstroms in Strömungsrichtung S und lenkt diesen in Richtung Turbinengehäuse 8 und weiter in eine Entnahmevorrichtung. Ein Ausgang ist mit einem folgenden Turbinenabschnitt 2 fluidkommunizierend gekoppelt.In Fig. 1 a steam turbine (3) according to the prior art is shown schematically in a side view. The steam turbine 3 has a plurality of turbine sections 2, which are designed, for example, as a high-pressure turbine stage, medium-pressure turbine stage and low-pressure turbine stage. A guide vane carrier 20 with a plurality of guide vane rings 14 is arranged in each of the turbine sections 2. A central turbine section 2 is delimited in the flow direction S by a sealing shell 21. The sealing shell 21 prevents a further flow of a steam mass flow in the flow direction S and directs it in the direction of the turbine housing 8 and further into an extraction device. An outlet is coupled in fluid communication with a following turbine section 2.

Diese Dampfturbine 3 nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, dass im Betrieb der durch die Dichtschale 21 umgelenkte Dampfmassenstrom, der eine relativ niedrige Temperatur aufweist, gegen das Turbinengehäuse 8 strömt, wobei relativ heiße Dampfmassenströme in Strömungsrichtung benachbart vorher sowie benachbart nachher gegen das Turbinengehäuse 8 strömen. Das Turbinengehäuse ist demnach zunächst einem Dampfmassenstrom mit einer relativ hohen Temperatur, anschließend einem Dampfmassenstrom mit einer relativ niedrigen Temperatur und schließlich einem Dampfmassenstrom mit einer relativ hohen Temperatur ausgesetzt. Hierdurch entsteht ein hoher Temperaturgradient im Turbinengehäuse 8, der die Dampfturbine 3 stark belastet und eine maximale Leistung der Dampfturbine 3 begrenzt.This steam turbine 3 according to the prior art has the disadvantage that during operation the steam mass flow deflected by the sealing shell 21, which has a relatively low temperature, flows against the turbine housing 8, with relatively hot steam mass flows in the direction of flow adjacent before and adjacent after the turbine housing 8 stream. The turbine housing is accordingly first exposed to a steam mass flow with a relatively high temperature, then a steam mass flow with a relatively low temperature and finally a steam mass flow with a relatively high temperature. This creates a high temperature gradient in the turbine housing 8, which places a heavy load on the steam turbine 3 and limits a maximum output of the steam turbine 3.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dampfturbine 3 schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Die Dampfturbine 3 weist ein Turbinengehäuse 8 auf, von dem in dieser Ansicht nur ein Gehäuseunterteil 8a dargestellt ist. Das Turbinengehäuse 8 erstreckt sich entlang eine Gehäuselängsachse 6, umgibt die Gehäuselängsachse 6 vollumfänglich und umfasst bzw. begrenzt somit einen Strömungsraum 16 zum Durchströmen eines Dampfmassenstroms. Die Dampfturbine 3 weist eine Mehrzahl von Turbinenabschnitten auf. In einem in Strömungsrichtung S hinteren Endbereich 15 eines ersten Turbinenabschnitts 2a, der einem zweiten Turbinenabschnitt 2b benachbart ist, ist ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse 1 angeordnet.In Fig. 2 a section of a steam turbine 3 according to the invention is shown schematically in a top view. The steam turbine 3 has a turbine housing 8, of which only a lower housing part 8a is shown in this view. The turbine housing 8 extends along a housing longitudinal axis 6, completely surrounds the housing longitudinal axis 6 and thus comprises or delimits a flow space 16 for a steam mass flow to flow through. The steam turbine 3 has a plurality of turbine sections. An outflow housing 1 according to the invention is arranged in a rear end region 15 of a first turbine section 2a in the flow direction S, which is adjacent to a second turbine section 2b.

Das Ausströmgehäuse 1 weist eine Ausströmgehäusewand 4 auf, die sich entlang der Gehäuselängsachse 6 erstreckt, die Gehäuselängsachse 6 vollumfänglich umgibt und somit einen zentralen Trommelraum 5 in radialer Richtung umfasst bzw. begrenzt. In dem Trommelraum 5 sind Leitschaufelkränze 14 (vgl. Fig. 1) angeordnet, die in dieser Ansicht nicht dargestellt sind. An einer dem Trommelraum 5 abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand 4 ist eine umlaufende Anbindungsschnittstelle 7 ausgebildet. Die Anbindungsschnittstelle ist in diesem Beispiel als umlaufender Flansch ausgebildet, der sich von der Ausströmgehäusewand 4 radial nach außen erstreckt. Das Ausströmgehäuse 1 ist über die Anbindungsschnittstelle 7 an dem Turbinengehäuse 8 gehalten bzw. fixiert, z.B. über eine Schraubverbindung. Hierfür weist das Turbinengehäuse 8 eine entsprechende Haltevorrichtung 17 auf.The outflow housing 1 has an outflow housing wall 4, which extends along the housing longitudinal axis 6, completely surrounds the housing longitudinal axis 6 and thus a central drum space 5 includes or limited in the radial direction. Guide vane rings 14 (cf. Fig. 1 ) that are not shown in this view. A circumferential connection interface 7 is formed on an outside of the outflow housing wall 4 facing away from the drum space 5. In this example, the connection interface is designed as a circumferential flange which extends radially outward from the outflow housing wall 4. The outflow housing 1 is held or fixed on the turbine housing 8 via the connection interface 7, for example via a screw connection. For this purpose, the turbine housing 8 has a corresponding holding device 17.

Das Ausströmgehäuse 1 weist in Strömungsrichtung S ein hinteres Ende 10 auf, in dem eine Aufnahmevorrichtung 11 zur Aufnahme einer Dichtungsvorrichtung 9 angeordnet ist. Die Dichtungsvorrichtung 9 ist zum Abdichten des Ausströmgehäuses 1 gegenüber einer nicht dargestellten Turbinenwelle ausgebildet. An dem hinteren Ende 10 des Ausströmgehäuses 1 ist ein Ausströmkanal 12 ausgebildet, der die Gehäuselängsachse 6 umgibt. Ein durch den Trommelraum 5 strömender Dampfmassenstrom wird somit von der Dichtungsvorrichtung 9 an einem Weiterströmen in Strömungsrichtung S gehindert und in den Ausströmkanal 12 geleitet.In the flow direction S, the outflow housing 1 has a rear end 10 in which a receiving device 11 for receiving a sealing device 9 is arranged. The sealing device 9 is designed to seal the outflow housing 1 from a turbine shaft (not shown). At the rear end 10 of the outflow housing 1, an outflow channel 12 is formed which surrounds the housing longitudinal axis 6. A steam mass flow flowing through the drum space 5 is thus prevented by the sealing device 9 from flowing further in the flow direction S and is directed into the outflow channel 12.

Fig. 3 zeigt schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Oberteil 1b des erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses 1 aus Fig. 2. Das Oberteil 1b erstreckt sich wie das Unterteil 1a entlang der Gehäuselängsachse 6, umgibt die Gehäuselängsachse 6 um 180°. Über einen Verbindungsflansch 18 ist das Oberteil 1b mit dem Unterteil 1a verschraubbar. Der Ausströmkanal 12 erstreckt sich ebenfalls in Umfangsrichtung über das Oberteil 1b, wobei der Ausströmkanal 12 an zwei Stellen nach außen weisende Öffnungen aufweist, an denen jeweils ein Ausströmstutzen 13 angeordnet ist, die sich etwa tangentialer Richtung vom Ausströmkanal 12 erstrecken. Über die Ausströmstutzen 13 ist der Dampfmassenstrom aus dem Ausströmgehäuse 1 herausleitbar und in der nicht dargestellten Zwischenüberhitzungsvorrichtung zuführbar, ohne dass der Dampfmassenstrom auf das Turbinengehäuse 8 trifft. Fig. 3 shows schematically in a perspective illustration an upper part 1b of the outflow housing 1 according to the invention Fig. 2 . The upper part 1b extends like the lower part 1a along the housing longitudinal axis 6 and surrounds the housing longitudinal axis 6 by 180 °. The upper part 1b can be screwed to the lower part 1a via a connecting flange 18. The outflow channel 12 also extends in the circumferential direction over the upper part 1b, the outflow channel 12 having outwardly pointing openings at two points, at each of which an outflow nozzle 13 is arranged, which extends approximately tangential direction from the outflow channel 12. The steam mass flow can be conducted out of the outflow housing 1 via the outflow nozzle 13 and is not shown in FIG Reheating device can be supplied without the steam mass flow impinging on the turbine housing 8.

Claims (9)

  1. Outflow housing (1) for a turbine section (2) of a steam turbine (3), having an outflow housing wall (4), which surrounds a central drum chamber (5) along a housing longitudinal axis (6), and an attachment interface (7) for the attachment of the outflow housing (1) to a turbine housing (8) of the steam turbine (3), wherein, on the outflow housing wall (4), there is arranged a sealing device (9) for sealing off a rear end (10), as viewed in a flow direction (S), of the outflow housing (1) with respect to a turbine shaft of the steam turbine (3), wherein the sealing device (9) is sealed off with respect to the outflow housing wall (4), wherein the attachment interface (7) is formed on an outer side, averted from the drum chamber (5), of the outflow housing wall (4), characterized
    in that no attachment interface (7) for the attachment of the outflow housing (1) to the turbine housing (8) of the steam turbine (3) is formed on the outflow housing (1) adjacent to the sealing device (9) in a radial direction.
  2. Outflow housing (1) according to Claim 1,
    characterized in that the outflow housing wall (4) has a receiving device (11) for receiving the sealing device (9).
  3. Outflow housing (1) according to Claim 1 or 2,
    characterized
    in that the outflow housing wall (4) has at least one outflow channel (12) which at least partially surrounds the housing longitudinal axis (6), and wherein at least one outflow connector (13) is arranged for fluid communication on the outflow channel (12), which at least one outflow connector extends transversely with respect to the housing longitudinal axis (6) and is designed for conducting steam.
  4. Outflow housing (1) according to Claim 3,
    characterized
    in that the sealing device (9) is arranged on the outflow housing wall (4) at a side, facing toward the housing longitudinal axis (6), of the at least one outflow channel (12) and adjacent to the outflow channel (12).
  5. Outflow housing (1) according to any of the preceding claims,
    characterized
    in that the attachment interface (7) surrounds or at least substantially surrounds the housing longitudinal axis (6).
  6. Outflow housing (1) according to any of the preceding claims,
    characterized
    in that an inner side, facing toward the drum chamber (5), of the outflow housing wall (4) has at least one guide blade ring (14) .
  7. Steam turbine (3) having at least a first turbine section (2a), a second turbine section (2b) and a turbine housing (8) which surrounds the first turbine section (2a) and the second turbine section (2b), wherein the first turbine section (2a) is coupled for fluid communication to the second turbine section (2b) via a reheating device,
    characterized
    in that an outflow housing (1) according to any of Claims 1 to 6 is arranged within the turbine housing (8) at a rear end region (15), in the flow direction (S) of the steam turbine (3), of the first turbine section (2a).
  8. Steam turbine (3) according to Claim 7,
    characterized
    in that the outflow housing (1) is arranged on the steam turbine (3) such that a steam mass flow flowing through the drum chamber (5) can impinge on the turbine housing (8) only after flowing through the reheating device positioned downstream of the outflow housing (1).
  9. Steam turbine (3) according to Claim 7 or 8,
    characterized
    in that the outflow housing (1) is held on the turbine housing (8) by means of the attachment interface (7).
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