WO1994019584A1 - Kühlung einer turbine mit kleinem druckverhältnis im ventilationsbetrieb - Google Patents

Kühlung einer turbine mit kleinem druckverhältnis im ventilationsbetrieb Download PDF

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WO1994019584A1
WO1994019584A1 PCT/DE1994/000150 DE9400150W WO9419584A1 WO 1994019584 A1 WO1994019584 A1 WO 1994019584A1 DE 9400150 W DE9400150 W DE 9400150W WO 9419584 A1 WO9419584 A1 WO 9419584A1
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turbine
fluid
outflow
inlet
outflow line
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PCT/DE1994/000150
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Inventor
Herbert Keller
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F01K13/025—Cooling the interior by injection during idling or stand-by

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a turbine with a low pressure ratio in ventilation operation, which can be flowed through by a relaxing fluid from an inlet to an outlet in power operation, the fluid being discharged from the outlet in an outflow arrangement, and a corresponding device.
  • a “turbine with a low pressure ratio” is understood to mean a turbine in which the ratio of the pressure of the fluid at the inlet to the pressure of the fluid at the outlet is at most about 20, in particular between about 2 and about 20.
  • the pressure ratio is a characteristic of every turbine and is determined by the geometry of the turbine.
  • Turbines with a low pressure ratio are, in particular, regularly the high-pressure turbines in two- or three-stage turbo sets, optionally also the medium-pressure turbines in three-stage turbo sets, conventional condensation turbines, which are used as low-pressure turbines in multi-stage turbo sets and which provide the fluid up to practically complete condensation - tension, usually have very high pressure ratios, which can be up to 100 and more. The reason for this lies in the fundamental relationship between the pressure, volume and temperature of the fluid, which requires an enormous increase in volume when the pressure is greatly reduced, and which can only be partially compensated for by lowering the temperature.
  • Ventilation mode of a turbine is when the rotor of the turbine rotates without any significant mechanical output. Ventilation operation can occur, for example, when a quick shutdown occurs Turbine, the supply of fluid to the inlet being suddenly interrupted.
  • the invention particularly relates to the cooling of back pressure turbines, i. H. of turbines in which the fluid is not completely released, in particular not to a largely complete condensation, during power operation, but rather is released in a certain voltage state, in particular under a certain pressure.
  • back pressure turbines are e.g. B. the high-pressure and medium-pressure turbines in turbo sets.
  • Customary measures for limiting the thermal loads on turbines in ventilation operation are: a) evacuation of the turbine previously sealed off at the inlet and outlet, for example by opening a connecting line to a condenser of the turbine system, the component of which is the turbine; b) after the start of ventilation operation, the turbine is again acted upon with fluid of such a density that the temperature reduction obtained by relaxing the fluid at least partially compensates for the heat supply due to the friction; c) in the case of a turbine which is connected directly to a condenser, connection of the inlet to the condenser in order to draw relatively cool fluid out of the discharge arrangement from the outlet to the inlet through the turbine; d) injection of condensate, which absorbs heat through evaporation.
  • a steam turbine system with a line system for guiding the steam which, if appropriate, allows the steam to be passed around the steam turbine and thereby relaxed by throttling and / or injecting condensate, is disclosed in EP 0 108 298 B1.
  • a shut-off line to the condenser is provided at the inlet of a high-pressure turbine in a turbo set; in ventilation operation, the inlet can be connected to the condenser via this line, so that relatively cool fluid is sucked from the outlet arrangement of the high-pressure turbine through the high-pressure turbine from the outlet to the inlet; from the inlet of the turbine this fluid then passes directly into the condenser.
  • the high-pressure turbine is subjected to very high mechanical loads, so that the use of this cooling is generally very problematic.
  • US Pat. No. 3,173,654 relates to the cooling of a turbine in ventilation mode, water being injected into the turbine.
  • This water evaporates and thus absorbs heat. Since the evaporated water has to be drawn off from the turbine again, this method is mainly suitable for condensation turbines in which the fluid is partially condensed and from which the as yet uncondensed fluid is more or less fed directly to a condenser where it finally fully condenses. The method is hardly suitable for back-pressure turbines, since it requires measures to remove the fluid introduced into the turbine again.
  • German patent 928 346 relates to the cooling of a condensation turbine, to the outlet of which a condenser is directly connected.
  • the inlet of the turbine In ventilation mode, the inlet of the turbine is connected to the condenser, so that steam is circulated through the turbine and the condenser by suction of the turbine blades. Since this type of cooling is not considered to be sufficient in every case, there are tips for supporting the suction effect of the turbine blades by inserting steam jet pumps which suck the steam out of the condenser and introduce it into the turbine to be cooled. In spite of this further development, the cooling according to this patent has never gained practical importance.
  • the invention has for its object to provide a method for cooling a turbine with a low pressure ratio in ventilation operation, which with simple
  • a device for carrying out the method is also to be specified.
  • the method according to the invention for cooling a turbine with a low pressure ratio in ventilation mode which turbine is flowed through in power operation from an inlet to an outlet of relaxing fluid, the relaxed fluid being discharged through an outflow arrangement with at least one outflow line, is characterized in that a pressure equalization is brought about between the inlet and the outlet arrangement by a flow of the fluid flowing through the turbine from the inlet to the outlet and thereby cooling is formed.
  • the invention is based on the knowledge that, unlike in the known "steam cone law", a turbine with very low densities of the fluid from the inlet to the outlet has a certain blower effect, as a result of which the outlet is pressurized which is higher than the pressure at the inlet.
  • steam cone law assumes that the pressure at the outlet of a turbine which is admitted with a flow of a fluid at the inlet is always less than the pressure at the inlet, regardless of the density of the fluid.
  • This compensation takes place in that a current flowing through the turbine from the inlet to the outlet Fluid is formed for which fluid flows from the outlet assembly to the turbine.
  • this fluid has a temperature which corresponds to the temperature at the outlet of the turbine during power operation and is accordingly low enough to achieve a sufficient cooling effect in the turbine.
  • the turbine cooled in this way does not emit any mechanical energy and can therefore essentially maintain its speed in ventilation mode. This is particularly important in a power plant in order to be able to remain relative for at least a certain period of time after an abrupt shutdown of the supply of fluid from the fluid source, that is to say an abrupt transition from power operation to ventilation operation simply to be able to restart the power operation.
  • the flow of the fluid is advantageously dimensioned such that it has a density which is at most about 20% of the nominal density, which corresponds to a flow of the fluid flowing through the turbine during power operation.
  • the density at which the pressure difference disappears is determined, among other things, by the degree of reaction of the turbine. In high-pressure turbines in turbo sets with degrees of reaction of approximately 0.5, it was found that at a density of approximately 12% of the nominal density, the pressure difference between the inlet and outlet vanishes. It is particularly favorable if the flow of the fluid flows into a thermodynamic plenum from which relatively cool fluid is available for cooling the turbine.
  • Such a plenum can be an exhaust line in the exhaust arrangement of a turbine, as well as, and against if necessary additionally, the inlet of an intermediate superheater, which is supplied with fluid during the ventilation operation of the turbine, which flows out of the fluid source via a reduction station parallel to the turbine, where it is brought into the state in the
  • the pressure equalization within the scope of the method is preferably accomplished by connecting the outflow arrangement to the inlet via a bypass.
  • the method is preferably used on a counter-pressure turbine, that is to say on a turbine in which the fluid does not completely relax during power operation, but from which the fluid is in a certain stress state, in particular under a certain pressure and with any smaller ones Proportions of condensed fluid is omitted.
  • the method is particularly suitable for cooling a counter-pressure turbine, which, in particular as a high-pressure or medium-pressure turbine, is part of a turboset with a plurality of turbines connected in series.
  • a back pressure turbine is particularly preferred for the application of the method, which is followed by an intermediate superheater and a reducing station is connected in parallel, so that a plenum for providing cool fluids is available.
  • Such a counter-pressure turbine with a downstream reheater and a parallel reducing station is often the high-pressure turbine in a two- or three-stage turbo set.
  • the outflow arrangement of which has a first outflow line and a second outflow line, the first outflow line being shut off from the turbine for cooling the turbine, the inlet connected to the first outflow line via the bypass, and the fluid is discharged from the turbine through the second outflow line.
  • the first outflow line is at least partially used as a plenum, and the second outflow line maintains its function for discharging the fluid from the turbine as in power operation.
  • a pressure equalization between the inlet and the outlet of the turbine to be cooled is still possible, since the first outflow line and the second outflow line are usually brought together again, for example at the inlet of a reheater or at the inlet of a further turbine, and since both outflow lines are usually in power operation the turbine to-each other are connected in parallel and accordingly are under DEM • the same pressure, which an ⁇ to the ventilation mode face of occurring there small streams can change only very slowly.
  • the application of the method is particularly preferred on a turbine, the fluid of which is a vapor, preferably water vapor.
  • the use of the method is also particularly preferred on a turbine which has a degree of reaction which is substantially different from zero, preferably greater than 0.2.
  • the density of the flow in ventilation mode with pressure equalization between the inlet and the outlet depends, among other things, on the degree of reaction of the turbine; it was observed that this
  • Electricity in a turbine with a relatively high degree of reaction in particular, a degree of reaction of around 0.5 is particularly high and the cooling effect which can be achieved is thus particularly pronounced.
  • the device according to the invention for cooling a turbine with a low pressure ratio in ventilation mode which flows through the turbine in power mode from an inlet to an outlet of relaxing fluid, the relaxed fluid being discharged through an outflow arrangement with at least one outflow line, is characterized ⁇ net by a bypass connecting the inlet and the outflow arrangement with a valve which is closed in the power mode and can be opened in the ventilation mode.
  • This valve is preferably a non-return valve, in particular a non-return valve, which opens automatically when there is a pressure in the outflow arrangement which is higher than the pressure which prevails at the inlet. In this way, the cooling of the turbine starts largely automatically as soon as the inlet of the turbine is shut off from the fluid source; controlling interventions from the outside are no longer necessary.
  • connection of the diversion to the outflow arrangement is preferably carried out on an outflow line through which
  • Power operation fluid is discharged from the turbine.
  • this discharge line is at least partially used as a plenum, whereby the cooling can be intensified.
  • a further non-return valve is preferably located in the outflow line between the bypass and the outlet.
  • Such a non-return valve can serve on the one hand to isolate the turbine from secondary and / or subordinate devices, such as reducing stations, reheaters and / or other turbines. spill to prevent fluid from flowing through the turbine from the inlet to the outlet.
  • the check valve can also be used to keep the fluid heated by friction from the turbine, which is heated by friction, flowing away from the diversion before the pressure equalization between inlet and outlet; In this way it is ensured that the inlet of the turbine always receives the coolest possible fluid.
  • a particularly preferred embodiment of the device is characterized in that the outflow arrangement has a first outflow line and a second outflow line, the bypass being connected to the first outflow line and the first outflow line having a valve, in particular a non-return flap, as a result of which it can be shut off against the turbine in ventilation mode.
  • the turbine is supplied with fluid from the first outflow line, which is to be regarded as a plenum, in ventilation mode, and the heated fluid is discharged from the turbine through the second outflow line. This ensures that the turbine is exposed to relatively cool fluid over a long period of time.
  • the second outflow line has an additional non-return valve in order to protect the turbine from unacceptable loads in certain malfunctions. It is particularly favorable if the valve in the first outflow line is a non-return flap which only opens under a higher pressure load than the additional non-return flap in the second outflow line. This prevents hot fluids from entering the first outflow line, which ensures the effectiveness of the cooling.
  • the additional non-return flap is preferably a valve which is connected to the valve the valve arranged approximately the same as the first outflow line, connected in parallel.
  • the additional check valve opens at a lower pressure difference than the valve.
  • the additional non-return valve can be dimensioned much smaller than a valve which would have to be opened in power operation since the flow of the fluid in ventilation operation is always relatively low.
  • a common valve designed for power operation can be provided in addition to a small additional non-return flap with corresponding properties.
  • first outflow line and the second outflow line open into an intermediate superheater to which is connected a reducing station which is connected in parallel with the turbine to be cooled and through which the fluid from the fluid source is conducted in ventilation operation.
  • a plenum for receiving heated fluids and for providing cool fluids for cooling the turbine is available at the reheater, and, moreover, pressure compensation between the inlet and outlet of the turbine is always guaranteed.
  • 1 shows a turbine which can be cooled in ventilation mode
  • 2 shows a two-stage turbo set with a counter-pressure turbine which can be cooled in ventilation operation, which is followed by an intermediate superheater and a condensation turbine and which is connected in parallel to a reducing station for relieving the fluid during ventilation operation.
  • the turbine 1 shows a turbine 1 through which flowing fluid, namely water vapor, flows through from an inlet 2 to an outlet 3 to provide mechanical energy in power operation.
  • the mechanical energy is delivered via a rotating turbine shaft 12 which is mounted in bearings 13.
  • the fluid is supplied to the inlet 2 via an inflow line 14, in which an adjustable inflow valve 15 is arranged to adjust the flow of the fluid.
  • the fluid relaxed in the turbine 1 is discharged through the outlet 3 and discharged through an outflow line 4.
  • the outflow line 4 contains a valve 10, specifically a check valve.
  • the ventilation operation of the turbine 1 occurs when the supply of fluid is interrupted when the turbine shaft 12 is rotating, for example by closing the inflow valve 15. In such a case, however, the turbine 1 is not suddenly emptied, but remains in as a rule, a noteworthy proportion of fluid, on which the moving parts rub in the turbine 1 and generate a considerable amount of heat. Since this heat is not opposed by a cooling effect due to the relaxation of the fluid performing the work, as in power operation, the turbine 1 can heat up considerably.
  • a bypass 6 is therefore provided, which connects the outflow line 4 to the inlet 2, in the illustrated case via the inflow line 14 causes the inlet 2 and the outlet 3, with the result that a certain flow of the fluid from the inlet 2 to the outlet 3 is driven by the turbine 1.
  • This current serves to dissipate the heat generated by friction in the turbine 1.
  • the heated fluid discharged from the outlet 3 enters the outflow line 4 and can be distributed in the relatively cool fluid located there. In this way, cooling of the turbine 1 is possible over a considerable period of time.
  • valve 8 located therein, which is to be shut off in the power mode and opened in the ventilation mode.
  • This valve 8 is preferably an automatically acting non-return valve which opens as soon as the pressure at outlet 3 substantially exceeds the pressure at inlet 2. Since this is never the case in power operation, this check valve 8 is always closed in power operation and, as required, the diversion 6 is blocked.
  • the other non-return flap 10 located in the outflow line 4 is arranged between the outlet 3 and the diversion 6.
  • FIG. 2 shows a turboset consisting of a counter-pressure turbine 1 and a condensing turbine 9 connected downstream thereof, the counter-pressure turbine 1 and the condensing turbine 9 being arranged on the same turbine shaft 12.
  • high-tensioned fluid is supplied to the inlet 2 of the counter-pressure turbine 1 via the inflow line 14 and the inflow valve 15; the fluid is discharged from the outlet 3 via a first outflow line 4 and a second outflow line 5 parallel to this one
  • the two-stage turbo set with the counter-pressure turbine 1 and the condensation turbine 9 is to be regarded as a representative for different types of turbo sets.
  • three-stage turbo sets with two successive counter-pressure turbines and a condensation turbine adjoining them are conceivable; For such a three-stage turbo set, in particular both counter-pressure turbines could be considered for cooling of the type described.
  • a line piece 19 In front of the reheater 7 there is a line piece 19, into which the first outflow line 4 and the second outflow line 5 open.
  • This line section 19 represents the inlet of the reheater 7; the connection between the outflow lines 4 and 5 and the reheater 7 can also be designed in a different, equivalent manner.
  • the line piece 19 is connected to the inflow line 14 via a reducing station 18, in which fluid is released from the inflow line 14 in ventilation mode and from which this relaxed fluid is fed to the reheater 7.
  • the reducing station 18 can be shut off and serves to maintain the circulation of the fluid when the turbine 1 is not being acted on.
  • the reducing station 18 is required in many steam turbine systems in order to take into account the thermal inertia of conventional fluid sources, especially steam boilers. It is generally not possible to abruptly abort the heat production of a steam boiler, in particular when the turbines 1 and 9 are stopped; the thermal inertia of conventional fluid sources, especially steam boilers. It is generally not possible to
  • the inertia of conventional steam boilers requires that the circular fluid flow is initially maintained. Dement ⁇ speaking, the counter-pressure turbine 1, the reducing station 18 is connected in parallel; in ventilation mode it supplies fluid to the reheater 7 in approximately the same state as the counter-pressure turbine 1 in power mode.
  • Check valves 10.1, 10.2 and 11 in the outflow lines 4 and 5 serve in particular to shut off the outlet 3 against the ingress of fluid from the reducing station 18,
  • the reheater 7 is also thermally relatively slow and must be operated further if the supply of fluid to the counter-pressure turbine 1 is suddenly interrupted. For this reason, the reducing station 18 is connected to the intermediate superheater 7 and, when the counter-pressure turbine 1 is shut off, supplies it with the correspondingly relaxed fluid.
  • the expansion of the fluid in the reducing station 18 can take place in particular by throttling, supplying cold, for example condensed fluid, or a combination of these measures.
  • means for cooling the condensation turbine 9 in ventilation mode and any necessary control devices for the condensation turbine 9 are not shown.
  • the counter-pressure turbine 1 is cooled in ventilation mode when the inflow valve 15 is closed by supplying fluid from the first outflow line 4 to the inlet 2 via the bypass 6 and the check valve 8 located therein.
  • the first outflow line 4 is shut off from the outlet 3 by a non-return valve 10.1 which is arranged between the bypass 6 and the outlet 3 and is closed in ventilation mode.
  • the discharge of the fluid discharged from the outlet 3 in ventilation mode takes place via the second outflow line 5 which, in addition to the non-return flap 10.1, has an opened additional non-return flap 11.
  • the additional non-return valve 11 is dimensioned such that it opens at a lower pressure difference than the non-return valve 10.2, which largely corresponds in its size and in its switching behavior to the non-return valve 10.1 in the first outflow line 4.
  • Such a configuration can be used, in particular, for a counterpressure turbine 1 which has been retrofitted for cooling in ventilation operation, with the already existing non-return flaps 10.1 and 10.2 being retained and only the non-return flap 11 being retrofitted.
  • the flow of the fluid flowing through the counterpressure turbine 1 passes through the first outflow line 4, the bypass 6, the counterpressure turbine 1, the second outflow line 5 and the line piece 19.
  • the fluid discharged through the second outflow line 5 can flow distribute in the relatively cool fluid provided in the line piece 19 from the reducing station 18, so that a current is maintained in the first outflow line 4 which is relatively cool.
  • the flow of heated fluids from the second outflow line 5 is distributed in the thermodynamic plenum present in the line section 19. In this way, particularly effective cooling of the counter-pressure turbine 1 is achieved.
  • the described cooling of a turbine with a low pressure ratio in ventilation operation can be implemented with comparatively little expenditure on equipment and control technology, is characterized by high efficiency and high reliability and, in particular, allows existing turbine systems to be upgraded with simple means.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Kühlung einer Turbine (1) mit kleinem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine (1) im Leistungsbetrieb von einem Einlaß (2) zu einem Auslaß (3) von sich entspannendem Fluid durchströmbar ist, wobei das entspannte Fluid durch eine Abströmanordnung (4, 5, 19) mit zumindest einer Abströmleitung (4, 5) abgeführt wird. Dabei wird zwischen dem Einlaß (2) und der Auslaßanordnung (4, 5, 19) ein Druckausgleich herbeigeführt, indem ein die Turbine (1) von dem Einlaß (2) zu dem Auslaß (3) durchströmender und kühlender Strom des Fluides gebildet wird. In einer Vorrichtung zur Ausübung dieser Kühlung ist in einer zwischen dem Einlaß (2) und der Auslaßanordnung (4, 5, 19) vorgesehen Umleitung (6) ein Ventil (8) angeordnet, welches im Leistungsbetrieb der Turbine (1) geschlossen und im Ventilationsbetrieb zu öffnen ist. Dieses Ventil (8) ist bevorzugtermaßen eine Rückschlagklappe. Die beschriebene Kühlung ist besonders effizient und zuverlässig, und sie ist mit einfachen Mitteln, insbesondere auch nachträglich, realisierbar.

Description

Kühlung einer Turbine mit kleinem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Tur- bine mit kleinem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine im Leistungsbetrieb von einem Einlaß zu einem Auslaß von einem sich entspannenden Fluid durchström¬ bar ist, wobei das Fluid in einer Abströmanordnung von dem Auslaß abgeführt wird, sowie eine entsprechende Vorrich- tung.
Unter einer "Turbine mit kleinem Druckverhältnis" ist dabei eine Turbine zu verstehen, bei der das Verhältnis des Drucks des Fluides am Einlaß zu dem Druck des Fluides am Auslaß höchstens etwa 20 beträgt, insbesondere zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt. Das Druckverhältnis ist ein Cha- rakteristikum jeder Turbine und ist festgelegt durch die Geometrie der Turbine. Turbinen mit geringem Druckverhält¬ nis sind insbesondere regelmäßig die Hochdruckturbinen in zwei- oder dreistufigen Turbosätzen, gegebenenfalls auch die Mitteldruckturbinen in dreistufigen Turbosätzen, üb¬ liche Kondensationsturbinen, welche als Niederdruckturbinen in mehrstufigen Turbosätzen Verwendung finden und welche das Fluid bis zur praktisch vollständigen Kondensation e t- spannen, haben üblicherweise sehr hohe Druckverhältnisse, welche bis zu 100 und mehr betragen können. Der Grund hier¬ für liegt in der grundlegenden Beziehung zwischen Druck, Volumen und Temperatur des Fluides, welche bei starker Ver¬ ringerung des Drucks eine enorme Volumenvergrößerung er- fordert, die durch die Absenkung der Temperatur nur teil¬ weise ausgeglichen werden kann.
Der "Ventilationsbetrieb" einer Turbine liegt dann vor, wenn sich der Rotor der Turbine ohne wesentliche Abgabe mechanischer Leistung dreht. Ein Ventilationsbetrieb kann zum Beispiel vorkommen bei einer Schnellabschaltung einer Turbine, wobei die Zufuhr von Fluid zum Einlaß schlag¬ artig unterbrochen wird.
In einer im Ventilationsbetrieb befindlichen Turbine tritt stets in beträchtlichem Umfang Reibung auf, wodurch Turbi¬ nenschaufeln und andere Komponenten der Turbine im be¬ trächtlichen Umfang aufgeheizt werden; ohne entsprechende Schutzmaßnahmen können in Hochdruck- und Mitteldrucktur¬ binen von Turbosätzen, die üblicherweise mit etwa 500 βC heißem Dampf beaufschlagt werden, Temperaturen bis über
1000 PC erreicht werden. Um solche beachtlichen Wärmeent¬ wicklungen zu verhindern und einen sicheren Ventilations¬ betrieb der Turbine zu gewährleisten, muß vielfach eine Möglichkeit zur Kühlung der Turbine im Ventilationsbetrieb gegeben sein.
Die Erfindung bezieht sich besonders auf die Kühlung von Gegendruckturbinen, d. h. von Turbinen, in denen im Leistungsbetrieb das Fluid nicht vollständig, insbesondere nicht bis zu weitgehend vollständigen Kondensation, ent¬ spannt, sondern in einem bestimmten Spannungszustand, ins¬ besondere unter einem bestimmten Druck, ausgelassen wird. Solche Gegendruckturbinen sind z. B. die Hochdruck- und Mitteldruck-Turbinen in Turbosätzen.
übliche Maßnahmen zur Begrenzung der thermischen Belastun¬ gen von Turbinen im Ventilationsbetrieb sind: a) Evakuierung der vorher an Einlaß und Auslaß abgeschotte¬ ten Turbine, beispielsweise durch Öffnen einer Verbindungs- leitung zu einem Kondensator der Turbinenanlage, deren Bestandteil die Turbine ist; b) nach Eintritt des Ventilationsbetriebes alsbald erneute Beaufschlagung der Turbine mit Fluid mit einer solcherart bemessenen Dichte, daß die durch Entspannung des Fluides erhaltene Temperaturabsenkung die Wärmezufuhr aufgrund der Reibung zumindest teilweise kompensiert; c) bei einer Turbine, die unmittelbar an einen Kondensator angeschlossen ist, Verbindung des Einlasses mit dem Kon¬ densator, um relativ kühles Fluid aus der Abströmanordnung vom Auslaß zum Einlaß durch die Turbine zu saugen; d) Einspritzung von Kondensat, das durch Verdampfung Wärme aufnimmt.
Eine Dampfturbinenanlage mit einem Leitungssystem zur Führung des Dampfes, welches gegebenenfalls erlaubt, den Dampf um die Dampfturbine herumzuleiten und dabei durch Drosselung und/oder Einspritzung von Kondensat zu ent¬ spannen, geht aus der EP 0 108 298 Bl hervor.
Detaillierte Ausführungen zum Betrieb einer Turbine mit Fluid bei verschiedenen Dichten, insbesondere Hinweise zum Betrieb einer Turbine bei sehr geringen Dichten, wie sie dem Ventilationsbetrieb entsprechen, sind in dem Aufsatz "A-Quadranten-Kennfelder von Turbinen" von P. Zehner, Brennstoff-Wärme-Kraft 32 (1980) 93 enthalten. Im Einzel- nen betrifft der Aufsatz die Auswertung verschiedener
Messungen an Turbinen, die für eine Vielzahl von vorgege¬ benen Dichten durchgeführt wurden.
Gemäß der DE 30 47 008 AI ist am Einlaß einer Hochdruck- turbine in einem Turbosatz eine absperrbare Leitung zum Kondensator vorgesehen; im Ventilationsbetrieb kann über diese Leitung der Einlaß mit dem Kondensator verbunden werden, so daß aus der Abströmanordnung der Hochdruck¬ turbine relativ kühles Fluid vom Auslaß zum Einlaß durch die Hochdruckturbine gesaugt wird; vom Einlaß der Turbine gelangt dieses Fluid dann unmittelbar in den Kondensator. Durch die Umkehrung der Strömungsrichtung im Ventilations¬ betrieb wird die Hochdruckturbine jedoch sehr stark mechanisch beansprucht, so daß die Anwendung dieser Küh- lung im Regelfall sehr problematisch ist. Das US-Patent 3,173,654 betrifft die Kühlung einer Turbine im Ventilationsbetrieb, wobei in die Turbine Wasser einge¬ spritzt wird. Dieses Wasser verdampft und nimmt damit Wärme auf. Da das verdampfte Wasser wieder aus der Turbine abge- zogen werden muß, ist dieses Verfahren hauptsächlich für Kondensationsturbinen geeignet, in denen das Fluid teil¬ weise kondensiert wird und aus denen noch nicht konden¬ siertes Fluid mehr oder weniger unmittelbar einem Konden¬ sator zugeführt wird, wo es schließlich vollständig konden- siert. Für Gegendruckturbinen ist das Verfahren kaum ge¬ eignet, da es Maßnahmen erfordert, das in die Turbine ein¬ gebrachte Fluid wieder abzuführen.
Das deutsche Patent 928 346 betrifft die Kühlung einer Kondensationsturbine, an deren Auslaß unmittelbar ein Kondensator angeschlossen ist. Im Ventilationsbetrieb wird der Einlaß der Turbine mit dem Kondensator verbunden, so daß durch eine Saugwirkung der Turbinenschaufeln Dampf durch die Turbine und den Kondensator umgewälzt wird. Da diese Art der Kühlung nicht für jeden Fall als zureichend erachtet wird, gibt es Hinweise zur Unterstützung der Saug¬ wirkung der Turbinenschaufeln durch Einfügung von Dampf¬ strahlpumpen, die den Dampf aus den Kondensator saugen und in die zu kühlende Turbine einführen. Trotz dieser Weiter- bildung hat die Kühlung nach diesem Patent niemals prak¬ tische Bedeutung erlangt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung einer Turbine mit geringem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb anzugeben, welches mit einfachen
Mitteln und ohne wesentliche mechanische Beanspruchung der Turbine durchgeführt werden kann. Auch soll eine Vorrich¬ tung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung einer Turbine mit geringem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine im Leistungsbetrieb von einem Einlaß zu einem Auslaß von sich entspannendem Fluid durchströmt wird, wobei das entspannte Fluid durch eine Abströmanordnung mit zumindest einer Abströmleitung abgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß und der Auslaßan¬ ordnung ein Druckausgleich herbeigeführt wird, indem ein die Turbine von dem Einlaß zu dem Auslaß durchströmender und dabei kühlender Strom des Fluides gebildet wird.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß, anders als in dem bekannten "Dampfkegelgesetz" beschrieben, eine Tur¬ bine bei sehr kleinen Dichten des Fluides von dem Einlaß zu dem Auslaß eine gewisse Gebläsewirkung entfaltet, wo¬ durch der Auslaß mit einem Druck beaufschlagt wird, der höher ist als der Druck am Einlaß. Das Dampfkegelgesetz geht demgegenüber davon aus, daß der Druck am Auslaß einer Turbine, die am Einlaß mit einem Strom eines Fluides be¬ aufschlagt ist, unabhängig von der Dichte des Fluides stets kleiner ist als der Druck am Einlaß. Solches ent- spricht in der Tat nicht der Realität, sondern es tritt der Fall ein, daß bei einer relativ geringen, immerhin aber deutlich von Null verschiedenen Dichte die Differenz zwischen dem Druck am Einlaß und dem Druck am Auslaß ver¬ schwindet; ist die Dichte kleiner als diejenige, bei dem die Differenz verschwindet, so ist der Druck am Auslaß größer als der Druck am Einlaß. Dieses Phänomen wird erfin¬ dungsgemäß ausgenutzt, um eine im Ventilationsbetrieb be¬ findliche Turbine mit Fluid zu beaufschlagen, das die im Ventilationsbetrieb erzeugte Reibungswärme aufnehmen und abführen kann. Zu diesem Zweck wird zwischen der Auslaßan¬ ordnung und dem (von der im Leistungsbetrieb aktiven Fluid- quelle abgesperrten) Einlaß der Turbine eine Verbindung geschaffen, über welche eine negative Differenz zwischen dem Druck am Einlaß und dem Druck am Auslaß ausgeglichen werden kann. Dieser Ausgleich erfolgt dadurch, daß ein die Turbine vom Einlaß zum Auslaß durchströmender Strom des Fluides gebildet wird, wofür Fluid aus der Auslaßanordnung zu der Turbine fließt. Dieses Fluid hat in der Regel eine Temperatur, die der Temperatur am Auslaß der Turbine im Leistungsbetrieb entspricht und demgemäß niedrig genug ist, um eine hinreichende Kühlwirkung in der Turbine zu erzie¬ len. Die solcherart gekühlte Turbine gibt keine mecha¬ nische Energie ab und kann somit ihre Drehzahl im Ventila¬ tionsbetrieb im wesentlichen beibehalten. Dies ist insbe¬ sondere in einem Kraftwerk wichtig, um nach einer schlag- artigen Abschaltung der Zufuhr von Fluid aus der Fluid- quelle, also einem schlagartigen Übergang vom Leistungs¬ betrieb zum Ventilationsbetrieb, zumindest eine bestimmte Zeitspanne lang in der Lage zu sein, relativ einfach den Leistungsbetrieb wiederaufnehmen zu können. Es werden darüber hinaus mechanische Belastungen der Turbine ver¬ mieden, die auftreten, wenn die Turbine mittels eines vom Auslaß zum Einlaß gesaugten Treibgasstroms gekühlt werden soll. Außerdem können aufwendige Entleerungseinrichtungen, mit denen die Turbine im Ventilationsbetrieb in kurzer Zeit evakuiert werden könnte, entfallen.
Der Strom des Fluides wird vorteilhafterweise so bemessen, daß ihm eine Dichte zukommt, welche höchstens etwa 20 % der nominellen Dichte beträgt, die einem im Leistungsbe- trieb die Turbine durchströmenden Strom des Fluides ent¬ spricht. Hierzu sei bemerkt, daß die Dichte, bei der die Druckdifferenz verschwindet, unter anderem bestimmt ist durch den Reaktionsgrad der Turbine. Bei Hochdruck-Turbi¬ nen in Turbosätzen mit Reaktionsgraden von etwa 0,5 wurde gefunden, daß bei einer Dichte von etwa 12 % der nomi¬ nellen Dichte die Druckdifferenz zwischen Einlaß und Aus¬ laß verschwindet. Besonders günstig ist es, wenn der Strom des Fluides ein thermodynamisches Plenum anströmt, aus dem relativ kühles Fluid zur Kühlung der Turbine zur Verfügung steht. Ein solches Plenum kann eine Abströmleitung in der Abströmanordnung einer Turbine sein, außerdem, und gege- benenfalls zusätzlich, der Einlaß eines Zwischenüber¬ hitzers, welcher im Ventilationsbetrieb der Turbine mit Fluid beaufschlagt wird, welches aus der Fluidquelle über eine zu der Turbine parallele Reduzierstation, wo es ohne Arbeitsleistung in den Zustand gebracht wird, der im
Leistungsbetrieb am Ausgang der Turbine vorliegt, geführt wurde. Im Fall einer Hochdruck-Turbine eines Turbosatzes, der ein Zwischenüberhitzer nachgeschaltet ist, beträgt die Temperatur am Einlaß des Zwischenüberhitzers etwa 350". Fluid mit einer solchen Temperatur ist zur Kühlung einer Turbine, die im Leistungsbetrieb von etwa 500" heißem Fluid angeströmt wird, hervorragend geeignet.
Die Herbeiführung des Druckausgleiches im Rahmen des Ver- fahrens erfolgt bevorzugtermaßen dadurch, daß die Abström¬ anordnung mit dem Einlaß über eine Umleitung verbunden wird.
Das Verfahren findet vorzugsweise Anwendung an einer Gegen- druckturbine, das heißt an einer Turbine, in der im Leis¬ tungsbetrieb das Fluid nicht vollständig entspannt, sondern aus der das Fluid in einem bestimmten Spannungszustand, insbesondere unter einem bestimmten Druck und mit allen¬ falls kleineren Anteilen an kondensiertem Fluid, ausge- lassen wird. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Küh¬ lung einer Gegendruckturbine, die, insbesondere als Hoch¬ druck- oder Mitteldruck-Turbine, Teil eines Turbosatzes mit mehreren, hintereinandergeschalteten Turbinen ist.
Besonders bevorzugt für die Anwendung des Verfahrens ist eine Gegendruckturbine, der ein Zwischenüberhitzer nachge¬ schaltet und eine Reduzierstation parallelgeschaltet ist, womit ein Plenum zur Bereitstellung kühlen Fluides zur Ver¬ fügung steht. Eine solche Gegendruckturbine mit nachge- schaltetem Zwischenüberhitzer und parallelgeschalteter Reduzierstation ist vielfach die Hochdruck-Turbine in einem zwei- oder dreistufigen Turbosatz.
Ebenfalls bevorzugt ist die Anwendung des Verfahrens an einer Turbine, deren Abströmanordnung eine erste Abström- leitung und eine zweite Abströmleitung aufweist, wobei zur Kühlung der Turbine die erste Abströmleitung gegen die Tur¬ bine abgesperrt, der Einlaß über die Umleitung mit der ersten Abströmleitung verbunden sowie das Fluid von der Turbine durch die zweite Abströmleitung abgeführt wird. Hierbei wird die erste Abströmleitung zumindest teilweise genutzt als Plenum, und die zweite Abströmleitung behält ihre Funktion zur Abführung des Fluides von der Turbine wie im Leistungsbetrieb bei. Ein Druckausgleich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der zu kühlenden Turbine ist weiterhin möglich, da die erste Abströmleitung und die zweite Abströmleitung üblicherweise wieder zusammengeführt werden, beispielsweise am Einlaß eines Zwischenüberhitzers oder am Einlaß einer weiteren Turbine, und da in der Regel beide Abströmleitungen im Leistungsbetrieb der Turbine zu- einander parallelgeschaltet sind und demgemäß unter dem- • selben Druck stehen, was sich beim Ventilationsbetrieb an¬ gesichts der dort auftretenden geringen Ströme allenfalls sehr langsam ändern kann.
Die Anwendung des Verfahrens ist besonders bevorzugt an einer Turbine, deren Fluid ein Dampf, vorzugsweise Wasser¬ dampf, ist.
Auch ist die Anwendung des Verfahrens besonders bevorzugt an einer Turbine, welche einen Reaktionsgrad aufweist, der von Null wesentlich verschieden, vorzugsweise größer als 0,2, ist. Wie bereits erwähnt, ist die Dichte des Stroms im Ventilationsbetrieb bei Druckausgleich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß unter anderem abhängig von dem Reak- tionsgrad der Turbine; es wurde beobachtet, daß dieser
Strom bei einer Turbine mit relativ hohem Reaktionsgrad, insbesondere einem Reaktionsgrad um 0,5, besonders hoch ist und somit der erzielbare Kühleffekt besonders ausge¬ prägt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung einer Turbine mit geringem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine im Leistungsbetrieb von einem Einlaß zu einem Aus¬ laß von sich entspannendem Fluid durchströmt wird, wobei das entspannte Fluid durch eine Abströmanordnung mit zumin- dest einer Abströmleitung abgeführt wird, ist gekennzeich¬ net durch eine den Einlaß und die Abströmanordnung verbin¬ dende Umleitung mit einem Ventil, welches im Leistungsbe¬ trieb geschlossen und im Ventilationsbetrieb zu öffnen ist.
Bevorzugtermaßen ist dieses Ventil ein Rückschlagventil, insbesondere eine Rückschlagklappe, welches sich selbst¬ tätig öffnet, wenn in der Abströmanordnung ein Druck herrscht, der höher ist als der Druck, der an dem Einlaß herrscht. Auf diese Weise läuft die Kühlung der Turbine weitestgehend selbstätig an, sobald der Einlaß der Turbine gegen die Fluidquelle abgesperrt wird; steuernde Eingriffe von außen sind nicht mehr erforderlich.
Der Anschluß der Umleitung an die Abströmanordnung erfolgt bevorzugtermaßen an einer Abströmleitung, durch die im
Leistungsbetrieb Fluid von der Turbine abgeführt wird. Auf diese Weise wird diese Abströmleitung zumindest teilweise als Plenum genutzt, wodurch die Kühlung intensiviert werden kann.
Bevorzugtermaßen befindet sich in der Abströmleitung zwischen der Umleitung und dem Auslaß eine weitere Rück¬ schlagklappe. Eine solche Rückschlagklappe kann einerseits dazu dienen, die Turbine von nebengeordneten und/oder nach- geordneten Einrichtungen, wie zum Beispiel Reduziersta¬ tionen, Zwischenüberhitzern und/oder anderen Turbinen, ab- zuschütten, um gegebenenfalls zu verhindern, daß Fluid die Turbine vom Einlaß zum Auslaß durchströmt. Die Rückschlag¬ klappe kann auch dazu dienen, vor erfolgtem Druckausgleich zwischen Einlaß und Auslaß das im Ventilationsbetrieb aus der Turbine ausströmende, durch Reibung aufgeheizte Fluid von der Umleitung fernzuhalten; auf diese Weise ist ge¬ sichert, daß der Einlaß der Turbine stets möglichst kühles Fluid erhält.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmanordnung eine erste Abströmleitung und eine zweite Abströmleitung auf¬ weist, wobei die Umleitung an die erste Abströmleitung an¬ geschlossen ist und die erste Abströmleitung ein Ventil, insbesondere eine Rückschlagklappe, aufweist, wodurch sie im Ventilationsbetrieb gegen die Turbine absperrbar ist. Derart wird die Turbine im Ventilationsbetrieb aus der ersten Abströmleitung, die als Plenum anzusehen ist, mit Fluid beaufschlagt, und durch die zweite Abströmleitung wird das erhitzte Fluid von der Turbine abgeführt. Damit ist über einen langen Zeitraum die Beaufschlagung der Turbine mit relativ kühlem Fluid gewährleistet.
Insbesondere weist dabei die zweite Abströmleitung eine zu- sätzliche Rückschlagklappe auf, um die Turbine vor unzu¬ träglichen Belastungen in bestimmten Störfällen zu schüt¬ zen. Besonders günstig ist es, wenn das Ventil in der ersten Abströmleitung eine Rückschlagklappe ist, die sich erst unter einer höheren Druckbelastung öffnet als die zusätzliche Rückschlagklappe in der zweiten Abströmlei¬ tung. Somit wird das Eindringen heißen Fluides in die erste Abströmleitung vermieden, was die Wirksamkeit der Kühlung sichert.
Bevorzugtermaßen ist in der zweiten Abströmleitung die zusätzliche Rückschlagklappe einem Ventil, welches dem in der ersten Abströmleitung angeordneten Ventil etwa gleicht, parallelgeschaltet. Dabei öffnet die zusätzliche Rück¬ schlagklappe bei einer geringeren Druckdifferenz als das Ventil. Diese Ausgestaltung ist besonders wichtig zur Er- tüchtigung bestehender Turbinenanlagen, in denen einer im Ventilationsbetrieb zu kühlenden Turbine zwei zueinander parallele Abströmleitungen nachgeschaltet sind, deren jede ein Ventil, welches dem Ventil in der jeweils anderen Ab¬ strömleitung gleicht, aufweist. Zur Ertüchtigung der Tur- binenanlage ist dabei eine Modifikation an dem in der zweiten Abströmleitung bereits vorhandenen Ventil nicht erforderlich, sondern es wird lediglich eine entsprechende zusätzliche Rückschlagklappe dem bestehenden Ventil paral¬ lelgeschaltet. Vorteilhaft ausnutzbar ist dabei, daß die zusätzliche Rückschlagklappe wesentlich kleiner dimensio¬ niert werden kann als ein Ventil, welches im Leistungsbe¬ trieb zu öffnen hätte, da der Strom des Fluides im Venti¬ lationsbetrieb stets relativ gering ist. Somit kann ein gebräuchliches, für den Leistungsbetrieb ausgelegtes Ven- til neben einer kleinen zusätzlichen Rückschlagklappe mit entsprechenden Eigenschaften vorgesehen werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste Abströmleitung und die zweite Abströmleitung in einen Zwischenüberhitzer einmünden, an den eine der zu kühlenden Turbine parallel¬ geschaltete Reduzierstation, durch die im Ventilationsbe¬ trieb das Fluid aus der Fluidquelle geleitet wird, ange¬ schlossen ist. Somit steht an dem Zwischenüberhitzer ein Plenum zur Aufnahme erhitzten Fluides und zur Bereitstel- lung kühlen Fluides für die Kühlung der Turbine zur Ver¬ fügung, und darüber hinaus ist ein Druckausgleich zwischen Einlaß und Auslaß der Turbine stets gewährleistet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine im Ventilationsbetrieb kühlbare Turbine; Fig. 2 einen zweistufigen Turbosatz mit einer im Veπtila- tionsbetrieb kühlbaren Gegendruckturbine, der ein Zwischen¬ überhitzer und eine Kondensationsturbine nachgeschaltet sind und der eine Reduzierstation zur Entspannung des Fluides beim Ventilationsbetrieb parallelgeschaltet ist.
Fig. 1 zeigt eine Turbine 1, die zur Bereitstellung mecha¬ nischer Energie im Leistungsbetrieb von einem Einlaß 2 zu einem Auslaß 3 von sich entspannendem Fluid, nämlich Wasserdampf, durchströmt wird. Die Abgabe der mechanischen Energie erfolgt über eine rotierende Turbinenwelle 12, wel¬ che in Lagern 13 gelagert ist. Dem Einlaß 2 wird das Fluid über eine Zuströmleitung 14, in der zur Einstellung des Durchflusses des Fluides ein einstellbares Zuströmventil 15 angeordnet ist, zugeführt. Das in der Turbine 1 entspannte Fluid wird durch den Auslaß 3 ausgelassen und durch eine Abströmleitung 4 abgeführt. Um bei einem Stillsetzen der Turbine 1 das Einströmen von Fluid aus der Abströmleitung 4 in den Auslaß 3 hinein zu verhindern, enthält die Abström- leitung 4 ein Ventil 10, und zwar eine Rückschlagklappe.
Der Ventilationsbetrieb der Turbine 1 tritt ein, wenn bei rotierender Turbinenwelle 12 die Zufuhr von Fluid unter¬ brochen wird, beispielsweise durch Schließen des Zuström- ventils 15. In einem solchen Fall wird die Turbine 1 aller¬ dings nicht schlagartig entleert, sondern es verbleibt in aller Regel ein durchaus nennenswerter Anteil von Fluid, an dem die beweglichen Teile in der Turbine 1 reiben und in erheblichem Umfang Wärme erzeugen. Da dieser Wärme nicht, wie im Leistungsbetrieb, ein Kühleffekt durch die Entspannung des Arbeit leistenden Fluides gegenübersteht, kann sich die Turbine 1 erheblich erwärmen. Zur Kühlung der Turbine 1 ist daher eine Umleitung 6 vorgesehen, wel¬ che die Abströmleitung 4 mit dem Einlaß 2 verbindet, im dargestellten Fall über die Zuströmleitung 14. Hierdurch wird im Ventilationsbetrieb ein Druckausgleich zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3 bewirkt, was zur Folge hat, daß ein gewisser Strom des Fluides vom Einlaß 2 zum Auslaß 3 durch die Turbine 1 getrieben wird. Dieser Strom dient zur Abführung der durch Reibung in der Turbine 1 erzeugten Wärme. Das aus dem Auslaß 3 ausgelassene, erhitzte Fluid tritt in die Abströmleitung 4 ein und kann sich in dort befindlichem, relativ kühlem Fluid verteilen. Auf diese Weise ist über einen beachtlichen Zeitraum eine Kühlung der Turbine 1 möglich.
Im Leistungsbetrieb muß die Umleitung 6 versperrt sein; dies erfolgt über ein darin befindliches Ventil 8, welches im Leistungsbetrieb abzusperren und im Ventilationsbetrieb zu öffnen ist. Vorzugsweise ist dieses Ventil 8 eine selbsttätig wirkende Rückschlagklappe, die öffnet, sobald der Druck am Auslaß 3 den Druck am Einlaß 2 wesentlich übersteigt. Da dies im Leistungsbetrieb niemals der Fall ist, ist diese Rückschlagklappe 8 im Leistungsbetrieb stets geschlossen und damit, wie erforderlich, die Umleitung 6 gesperrt. Die andere, in der Abströmleitung 4 befindliche- Rückschlagklappe 10 ist angeordnet zwischen dem Auslaß 3 und der Umleitung 6. Dadurch wird beim Beginn des Ventila¬ tionsbetriebes der Turbine 1 zunächst eine Absperrung des Auslasses 3 erreicht, wodurch erhitztes Fluid aus der Tur- bine 1 zunächst von der Umleitung 6 ferngehalten wird. Da¬ mit wird eine Intensivierung der Kühlung im Ventilations¬ betrieb erreicht.
Fig. 2 zeigt einen Turbosatz, bestehend aus einer Gegen- druckturbine 1 und einer dieser nachgeschalteten Konden¬ sationsturbine 9, wobei die Gegendruckturbine 1 und die Kondensationsturbine 9 auf derselben Turbinenwelle 12 an¬ geordnet sind. Im Leistungsbetrieb wird dem Einlaß 2 der Gegendruckturbine 1 über die Zuströmleitung 14 und das Zu- strömventil 15 hochgespanntes Fluid zugeführt; das Fluid wird aus dem Auslaß 3 über eine erste Abströmleitung 4 und eine zu dieser parallele zweite Abströmleitung 5 einem
Zwischenüberhitzer 7 zugeführt, von diesem über eine Über¬ strömleitung 16 der Kondensationsturbine 9 zugeleitet und aus dieser durch weitere Abströmleitungen 17 ausgelassen. Das Fluid wird üblicherweise in einem Kreislauf geführt; weitere Komponenten dieses Kreislaufes sind in Fig. 2 der Übersicht halber nicht dargestellt. Der zweistufige Turbo¬ satz mit der Gegendruckturbine 1 und der Kondensationstur¬ bine 9 ist anzusehen als Repräsentant für verschiedene Arten von Turbosätzen. Insbesondere sind dreistufige Turbo¬ sätze mit zwei aufeinanderfolgenden Gegendruckturbinen und einer daran anschließenden Kondensationsturbine denkbar; für eine Kühlung der beschriebenen Art kämen an einem solchen dreistufigen Turbosatz insbesondere beide Gegen- druckturbinen in Betracht.
Vor dem Zwischenüberhitzer 7 befindet sich ein Leitungs¬ stück 19, in das die erste Abströmleitung 4 und die zweite Abströmleitung 5 einmünden. Dieses Leitungsstück 19 reprä- sentiert den Einlaß des Zwischenüberhitzers 7; die Verbin¬ dung zwischen den Abströmleitungen 4 und 5 und dem Zwischenüberhitzer 7 kann auch in anderer, gleichwirkender Weise gestaltet sein. Das Leitungsstück 19 ist mit der Zu¬ strömleitung 14 verbunden über eine Reduzierstation 18, in der im Ventilationsbetrieb Fluid aus der Zuströmleitung 14 entspannt und aus der dieses entspannte Fluid dem Zwischen¬ überhitzer 7 zugeführt wird. Die Reduzierstation 18 ist ab¬ sperrbar und dient der Aufrechterhaltung des Kreislaufs des Fluides, wenn die Turbine 1 nicht beaufschlagt wird. Die Reduzierstation 18 ist in vielen Dampfturbinenanlagen er¬ forderlich, um die thermische Trägheit üblicher Fluidquel- len, speziell von Dampfkesseln, zu berücksichtigen. Es ist in der Regel nicht möglich, die Wärmeproduktion eines Dampf¬ kessels schlagartig abzubrechen, insbesondere dann, wenn die Turbinen 1 und 9 stillgesetzt werden; die thermische
Trägheit üblicher Dampfkessel erfordert es, daß der Kreis- lauf des Fluides zunächst aufrechterhalten wird. Dement¬ sprechend ist der Gegendruckturbine 1 die Reduzierstation 18 parallelgeschaltet; sie stellt im Ventilationsbetrieb dem Zwischenüberhitzer 7 Fluid in etwa demselben Zustand zu wie die Gegendruckturbine 1 im Leistungsbetrieb. Die
Rückschlagklappen 10.1, 10.2 und 11 in den Abströmleitungen 4 bzw. 5 dienen insbesondere der Absperrung des Auslasses 3 gegen das Eindringen von Fluid aus der Reduzierstation 18,
Auch der Zwischenüberhitzer 7 ist thermisch relativ träge und muß bei schlagartiger Unterbrechung der Zufuhr von Fluid zu der Gegendruckturbine 1 zunächst weiterbetrieben werden. Aus diesem Grunde ist die Reduzierstation 18 an den Zwischenüberhitzer 7 angeschlossen und stellt diesem bei Absperrung der Gegendruckturbine 1 entsprechend ent¬ spanntes Fluid zu. Die Entspannung des Fluides in der Reduzierstation 18 kann insbesondere erfolgen durch Drosselung, Zuführung von kaltem, beispielsweise konden¬ siertem Fluid oder einer Kombination dieser Maßnahmen. Mittel zur Kühlung der Kondensationsturbine 9 im Ventila¬ tionsbetrieb sowie eventuell erforderliche Steuereinrich¬ tungen für die Kondensationsturbine 9 sind der Übersicht halber nicht dargestellt.
Die Gegendruckturbine 1 wird im Ventilationsbetrieb, wenn das Zuströmventil 15 geschlossen ist, gekühlt, indem über die Umleitung 6 und die darin befindliche Rückschlagklappe 8 dem Einlaß 2 Fluid aus der ersten Abströmleitung 4 zuge¬ führt wird. Die erste Abströmleitung 4 ist gegen den Aus- laß 3 abgesperrt durch eine zwischen der Umleitung 6 und dem Auslaß 3 angeordnete, im Ventilationsbetrieb ge¬ schlossene Rückschlagklappe 10.1. Die Abführung des aus dem Auslaß 3 ausgelassenen Fluides im Ventilationsbetrieb erfolgt über die zweite Abströmleitung 5, welche neben der der Rückschlagklappe 10.1 gleichenden Rückschlagklappe 10.2 eine geöffnete zusätzliche Rückschlagklappe 11 aufweist. Die zusätzliche Rückschlagklappe 11 ist so dimensioniert, daß sie bei einer geringeren Druckdifferenz öffnet als die Rückschlagklappe 10.2, die in ihrer Größe und in ihrem Schaltverhalten weitgehend der Rückschlagklappe 10.1 in der ersten Abströmleitung 4 entspricht. Eine solche Konfi¬ guration ist insbesondere einsetzbar für eine nachträglich zur Kühlung im Ventilationsbetrieb ertüchtigte Gegendruck¬ turbine 1, wobei die bereits vorhandenen Rückschlagklappen 10.1 und 10.2 erhalten bleiben und nur die Rückschlag- klappe 11 nachgerüstet wird.
Im Ventilationsbetrieb durchläuft der die Gegendrucktur¬ bine 1 durchfließende Strom des Fluides die erste Abström¬ leitung 4, die Umleitung 6, die Gegendruckturbine 1, die zweite Abströmleitung 5 und das Leitungsstück 19. Auf diese Weise kann sich das durch die zweite Abströmleitung 5 abgeführte Fluid in dem in dem Leitungsstück 19 aus der Reduzierstation 18 bereitgestellten, relativ kühlen Fluid verteilen, so daß in der ersten Abströmleitung 4 ein Strom erhalten bleibt, der relativ kühl ist. Der Strom erhitzten Fluides aus der zweiten Abströmleitung 5 verteilt sich in dem in dem Leitungsstück 19 vorliegenden thermodynamischen Plenum. Dergestalt wird eine besonders wirksame Kühlung der Gegendruckturbine 1 erreicht.
Die beschriebene Kühlung einer Turbine mit geringem Druck¬ verhältnis im Ventilationsbetrieb ist mit vergleichsweise geringem apparativen und steuerungstechnischen Aufwand realisierbar, zeichnet sich aus durch hohe Effizienz und hohe Zuverlässigkeit und erlaubt insbesondere mit ein¬ fachen Mitteln die Ertüchtigung bestehender Turbinenan¬ lagen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kühlung einer Turbine (1) mit kleinem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine (1) im Leistungsbetrieb von einem Einlaß (2) zu einem Auslaß (3) von sich entspannendem Fluid durchströmt wird, wobei das entspannte Fluid durch eine Abströmanordnung (4, 5, 19) mit zumindest einer Abströmleitung (4, 5) abgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Einlaß (2) und der Abströmanordnung (4, 5) ein Druckausgleich herbeigeführt wird, indem ein die Turbine (1) von dem Einlaß (2) zu dem Auslaß (3) durch¬ strömender und kühlender Strom des Fluides gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strom eine Dichte des Fluides besitzt, welche höchstens etwa 20 % einer nominellen Dichte beträgt, welche einem im Leistungsbe¬ trieb die Turbine (1) durchströmenden Strom des Fluides entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Strom ein Plenum (19) anströmt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abströmanordnung (4, 5) mit dem Einlaß (2) über eine Umleitung (6) verbunden wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Turbine (1) eine Gegendruckturbine (1) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Gegendruckturbine (1) Teil eines Turbosatzes (1, 9) ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei die Abströmanordnung (4, 5) der Turbine (1) eine erste Abströmleitung (4) und eine zweite Abströmleitung (5) auf¬ weist, wobei zur Kühlung der Turbine (1) die erste Abström¬ leitung (4) gegen die Turbine (1) abgesperrt, der Einlaß
(2) über eine Umleitung (6) mit der ersten Abströmleitung (4) verbunden sowie das Fluid von der Turbine (1) durch die zweite Abströmleitung (5) abgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei das Fluid ein Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei die Turbine (1) einen Reaktionsgrad aufweist, der von Null wesentlich verschieden, vorzugsweise größer als 0,2, ist.
10. Vorrichtung zur Kühlung einer Turbine (1) mit kleinem Druckverhältnis im Ventilationsbetrieb, welche Turbine (1) im Leistungsbetrieb von einem Einlaß (2) zu einem Auslaß
(3) von sich entspannendem Fluid durchströmt wird, wobei das entspannte Fluid durch eine Abströmanordnung (4, 5,
19) mit zumindest einer Abströmleitung (4, 5) abgeführt wird, gekennzeichnet durch eine die Abströmanordnung (4, 5) und den Einlaß (2) verbindende Umleitung (6) mit einem Ventil (8), welches im Leistungsbetrieb der Turbine (1) geschlossen und im Ventilationsbetrieb zu öffnen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Ventil (8) ein Rückschlagventil ist, insbesondere eine Rückschlag¬ klappe, welches sich öffnet, wenn in der Abströmanordnung (4, 5) ein Druck herrscht, der höher ist als ein Druck, der an dem Einlaß (2) herrscht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Abströmanordnung (4, 5, 19) eine Abströmleitung (4, 5) aufweist, an die die Umleitung (6) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der in der Abström¬ anordnung (4, 5) zwischen dem Auslaß (3) und der Umleitung (6) eine Rückschlagklappe (10, 10.1, 10.2) liegt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der a) die Abströmanordnung (4, 5, 19) eine erste Abström¬ leitung (4) und eine zweite Abströmleitung (5) aufweist; b) die Umleitung (6) an die erste Abströmleitung (4) angeschlossen ist; c) jede Abströmleitung (4, 5) ein Ventil (10.1, 10.2), insbesondere eine Rückschlagklappe (10.1, 10.2), aufweist, wodurch sie im Ventilationsbetrieb gegen die Turbine (1) absperrbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die zweite Ab¬ strömleitung (5) eine zusätzliche Rückschlagklappe (11) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Ventil (10.1) in der ersten Abströmleitung (4) eine Rückschlagklappe
(10.1) ist, die sich erst unter einer höheren Druckbelas¬ tung öffnet als die zusätzliche Rückschlagklappe (11) in der zweiten Abströmleitung (5).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die zusätzliche Rückschlagklappe (11) einem Ventil (10.2), welches dem Ventil (10.1) in der ersten Abströmleitung (4) etwa gleicht, parallelgeschaltet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der die erste Abströmleitung (4) und die zweite Abström¬ leitung (5) in ein Plenum (19) einmünden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1760274A1 (de) * 2005-04-27 2007-03-07 Ansaldo Energia S.P.A. Turbinenanlage mit Dampfablass und eine stromabwärts des Dampfablasses angeordnete Kühlvorrichtung einer Turbinenstufe
EP2620604A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung eines Abkühlungsprozesses von Turbinenkomponenten

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE365270C (de) * 1918-08-16 1922-12-12 Westinghouse Electric & Mfg Co Dampfturbinenaggregat mit zeitweise leer laufenden Einheiten
US2215997A (en) * 1938-08-27 1940-09-24 Gen Electric Elastic fluid turbine
CH238206A (de) * 1943-04-30 1945-06-30 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur Kühlung von Kondensations-Dampfturbinen im Leerlauf.
DE928346C (de) * 1952-03-22 1955-05-31 Licentia Gmbh Einrichtung, um eine Dampfturbine im Schleppbetrieb mittels Dampf aus dem Kondensator der Turbine zu kuehlen
US3173654A (en) * 1962-03-14 1965-03-16 Burns & Roe Inc Temperature control of turbine blades on spinning reserve turbines
DE3047008A1 (de) * 1979-12-19 1981-09-03 General Electric Co., Schenectady, N.Y. "dampfstroemungsvorrichtung fuer eine dampfturbine mit zwischenueberhitzung und verfahren zum betreiben derselben"
EP0108298A1 (de) * 1982-11-02 1984-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbinenkondensator mit mindestens einer in den Dampfdom einmündenden Umleitdampfeinführung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE365270C (de) * 1918-08-16 1922-12-12 Westinghouse Electric & Mfg Co Dampfturbinenaggregat mit zeitweise leer laufenden Einheiten
US2215997A (en) * 1938-08-27 1940-09-24 Gen Electric Elastic fluid turbine
CH238206A (de) * 1943-04-30 1945-06-30 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur Kühlung von Kondensations-Dampfturbinen im Leerlauf.
DE928346C (de) * 1952-03-22 1955-05-31 Licentia Gmbh Einrichtung, um eine Dampfturbine im Schleppbetrieb mittels Dampf aus dem Kondensator der Turbine zu kuehlen
US3173654A (en) * 1962-03-14 1965-03-16 Burns & Roe Inc Temperature control of turbine blades on spinning reserve turbines
DE3047008A1 (de) * 1979-12-19 1981-09-03 General Electric Co., Schenectady, N.Y. "dampfstroemungsvorrichtung fuer eine dampfturbine mit zwischenueberhitzung und verfahren zum betreiben derselben"
EP0108298A1 (de) * 1982-11-02 1984-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbinenkondensator mit mindestens einer in den Dampfdom einmündenden Umleitdampfeinführung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZEHNER: "4-Quadranten - Kennfelder von Turbinen", BWK BRENNSTOFF WARME KRAFT, vol. 32, no. 3, 1 March 1980 (1980-03-01), DUSSELDORF DE, pages 93 - 105 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1760274A1 (de) * 2005-04-27 2007-03-07 Ansaldo Energia S.P.A. Turbinenanlage mit Dampfablass und eine stromabwärts des Dampfablasses angeordnete Kühlvorrichtung einer Turbinenstufe
EP2620604A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung eines Abkühlungsprozesses von Turbinenkomponenten
WO2013110365A1 (de) * 2012-01-25 2013-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur steuerung eines abkühlungsprozesses von turbinenkomponenten
CN104081008A (zh) * 2012-01-25 2014-10-01 西门子公司 用于控制涡轮机部件的冷却过程的方法
CN104081008B (zh) * 2012-01-25 2015-11-25 西门子公司 用于控制涡轮机部件的冷却过程的方法
RU2589419C2 (ru) * 2012-01-25 2016-07-10 Сименс Акциенгезелльшафт Способ управления процессом охлаждения компонентов турбины
US9422832B2 (en) 2012-01-25 2016-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a cooling process of turbine components

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