WO1997001020A1 - Axialverschiebbares dampfturbinenventil - Google Patents

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WO1997001020A1
WO1997001020A1 PCT/DE1996/001011 DE9601011W WO9701020A1 WO 1997001020 A1 WO1997001020 A1 WO 1997001020A1 DE 9601011 W DE9601011 W DE 9601011W WO 9701020 A1 WO9701020 A1 WO 9701020A1
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WO
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steam turbine
main axis
flow passage
turbine component
steam
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PCT/DE1996/001011
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English (en)
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Inventor
Dieter MÜRBE
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to DE59607540T priority patent/DE59607540D1/de
Priority to EP96919637A priority patent/EP0834002B1/de
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Priority to US08/996,368 priority patent/US5921747A/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine component and a steam turbine with a throttle element which can be displaced essentially along a main axis, in particular the main axis of the turbine, for regulating the steam flow through a flow passage which is provided in a separating element which extends in a direction perpendicular to the main axis Cross-sectional area this is arranged to fill.
  • the invention further relates to a method for regulating the steam flow in a steam turbine with a throttle element.
  • Axial and radial flow slides are mentioned as possible forms of rotary slides.
  • the slides are used to completely or partially block openings that run in a cross-section of the steam turbine
  • a first form of a slide consists of a ring which can be rotated in the circumferential direction and which has openings analogous to the openings of the nozzle cover and through which axial flow flows, the openings of the slide being flowed through in the axial direction, ie in the direction of the main axis of the steam turbine.
  • a rotatable ring is also provided, which, however, has a radial shape. is flowed through direction, for this purpose the openings in the nozzle cover cause a deflection of the flow from the radial to the axial direction.
  • the slide lies here over a large area on a corresponding deflection part of the nozzle cover.
  • radially displaceable ring segments are provided, by means of which the openings in the nozzle cover can be closed.
  • a slider with a radial flow and an axially displaceable ring is described, the nozzle cover here in turn having a flow deflecting stem on which the axially displaceable ring is guided.
  • the object aimed at a steam turbine component is achieved in that a separating element which is arranged to fill in a cross-sectional area running perpendicular to the main axis of the steam turbine component and which has at least one flow passage for the flow of steam and one along the main axis displaceable throttle element for regulating the steam flow through the flow passage are provided, the throttle element having a first sealing surface and a second
  • the separating element has a flow passage which is stretched away from the cross-sectional area along the main axis and has a wall which is essentially parallel to the cross-sectional area and is spaced apart from it.
  • the first sealing surface bears against this wall at a position of the throttle element which closes the flow passage.
  • the second sealing surface also lies in the cross-sectional area on the separating element.
  • a throttle element which is axially displaceable and in a position closing the flow passage of the separating element, in particular ⁇ t this is an annular opening with interposed webs in a nozzle cover
  • the separating element is in contact with each other and the flow passage partly or partially is completely open position from the separating element, the disadvantages known rotary valve avoided.
  • the wear due to frictional contact with the separating element is avoided, the flow passage is completely shut off or, in the case of several flow passages, the latter is completely closed, as a result of which undesirable losses in steam flow are avoided.
  • large actuators are also not necessary.
  • the flow passage is stretched in the axial direction from the cross-sectional area and has a wall running parallel to the cross-sectional area, the flow is deflected in the flow passage from a radial direction into an axial direction.
  • the flow passage is blocked by the throttle element at the end of the flow passage in which the flow runs radially.
  • a definite frictional connection can be achieved in which, for example, the throttle element is pressed into the position closing the flow passage by means of a low residual steam force.
  • the flow passages By designing the flow passages with a flow formation in the axial direction or with a deflection in the radial direction, an arrangement of the sealing surfaces which is respectively adapted to this takes place.
  • both sealing surfaces are preference, directly to the separating element in the Quer bain ⁇ sebene 'to.
  • the first sealing surface is preferably in contact with the above-mentioned wall and the second sealing surface is in direct contact with the separating element in the cross-sectional area.
  • the sealing surfaces are preferably designed as thin-walled circular rings. As a result, the sealing surface is quasi linear, so that essentially no friction
  • the throttle body is therefore a circular double seat ring, which is arranged centrally to the main axis.
  • the central arrangement means that the center point of the circular ring, when viewed in a cross section, coincides with the main axis.
  • a simple manufacture of the guides of a rotating ring displacing the double seat ring and the separating element in a turbine housing is thus achieved.
  • the double seat ring is composed of two semicircular segments.
  • the double seat ring preferably has an axial extent which corresponds to the axial extent of the flow passage, and radially elongated webs on which the sealing surfaces are arranged. 'This leaks ⁇ ind largely avoided depending on the steam temperature.
  • At least two, in particular three, guide grooves running parallel to the main axis are provided for an exact guidance of the dosing element, in which preferably two guide bolts each engage, which are fastened to the housing of the turbine.
  • the guide bolts are preferably eccentric bolts.
  • An eccentric bolt has, for example, two solid cylinders with a circular cross section, each of which is stretched along an axis and is firmly connected to one another at adjacent end faces. The direction of the axes are identical, only one solid cylinder being offset relative to the other, ie being arranged eccentrically. As a result, an exact guidance of the throttle element in reached the turbine housing, whereby, for example, manufacturing tolerances can also be compensated.
  • the throttle element preferably has at least one displacement groove, in particular three displacement grooves, which is both in the axial direction and in the circumferential direction, i.e. runs diagonally to the main axis.
  • a rotary ring which rotates in the circumferential direction, in particular via a control pin, preferably engages in this displacement groove.
  • the steam turbine component with the dosing element is preferably used in a steam turbine, in particular in a steam turbine with a high extraction steam pressure.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam turbine with a
  • FIG. 2 shows a plan view of the throttling element according to FIG. 1 and
  • FIG. 3 shows a cross section of the steam turbine according to FIG. 1.
  • the steam turbine which is rotationally symmetrical about a main axis 1, has a turbine housing 9 which surrounds the turbine rotor 17.
  • the cross-sectional area 2 of the steam turbine between the turbine rotor 17 and turbine housing 9 is filled by a separating element 3, a so-called window ring.
  • the separating element 3 has a flow passage 4, which is formed from an annular opening 18 with intermediate webs in the separating element 3, a sleeve 16 extended in the direction of the main axis 1 and an annular wall 8.
  • the sleeve 16 is directly on the separating element 3 in the vicinity of the opening 18, on the side facing the turbine rotor 17.
  • the annular wall 8 is tightly connected to the sleeve 16 and lies on the side of the sleeve 16 facing away from the turbine rotor 17.
  • the wall 8 is thus in the form of an annular collar on the sleeve 16, so that one of the separating element 8 runs parallel to it spaced surface is formed.
  • Häu ⁇ e intermediate flow passage 4 and Turbinenge- 9 is an axially displaceable Dros' selorgan 5 assigns ange ⁇ .
  • Guide bolts 11a, 11b are fastened in the turbine housing 9 and are each stretched in a plane perpendicular to the main axis 1. At least three pairs of the guide bolts 11a, 11b are attached to the circumference of the turbine housing 9. The illustrated guide bolts 11a, 11b are offset against one another, so that they each engage in a corresponding groove 10a, 10b of the dosing element 5.
  • the throttle member 5 has a throttle sleeve 19 extending along the main axis 1 and two spaced-apart circular webs 20a, 20b, which are attached to the side of the throttle sleeve 19 facing the turbine rotor 17 and are stretched from there to the main axis 1.
  • the throttle element 5 can be displaced in the direction of the main axis 1, ie in the axial direction, via a rotating ring 13 running on the circumference of the turbine housing 9.
  • Throttle lugs 21a, 21b which extend in the axial direction towards the separating element 3, act on the webs 20a, 20b.
  • the throttle nose 20a forms a first annular sealing surface 6 and the throttle nose 21b forms a second annular sealing surface 7.
  • the first sealing surface 6 lies against the wall 8 and the second sealing surface 7 directly on the separating element 3 in a region between the turbine housing 9 and the opening 18. As a result, the flow path 4 is sealed.
  • a sleeve-like drose collar 15a, 15b which is directed away from the cross-sectional area 2 in the axial direction.
  • the throttle lugs 21a, 21b of the throttle element 5 and the throttle collars 15a, 15b assigned to the flow passage 4 thus lie directly one above the other.
  • the ratio between the steam throughput and the stroke performed along the main axis 1 of the throttling process 5 can be predetermined.
  • a linearization of the relationship between steam throughput and stroke of the dosing element can be achieved.
  • the Dros ⁇ elorgan 5 is illustrated additionally by dashed lines in the subscribed Po ⁇ ition, in which the first Dicht ⁇ surface 6 and the second sealing surface 7 each dung from the Wan ⁇ '8 and the separation element are beab ⁇ tandet 3, so that the flow passage 4 is at least partially released for a flow of steam.
  • the throttle element 5 is displaced in the axial direction by the rotary ring 13, so that the steam throughput through the separating element 3 can be regulated from a complete closure of the flow passages 4 to a complete opening of the flow passages 4.
  • FIG. 2 shows a top view of a throttle body 5 as described in FIG.
  • the double seat ring 5a has three pairs of guide grooves 10a, 10b, each of which is directed along the main axis 1, ie in the axial direction.
  • the pairs of guide grooves 10a, 10b are distributed symmetrically over the circumference of the double seat ring 5a, only one pair being shown for the sake of clarity.
  • a displacement groove 12 is provided between the guide grooves 10a, 10b and runs obliquely with respect to the main axis 1.
  • a total of three displacement grooves 12 are provided over the circumference.
  • the guide grooves 10a, 10b serve to suspend the throttle member 5a via respective guide bolts 11a, 11b, which engage in the guide grooves 10a, 10b and are fastened in the turbine housing 9.
  • the guide bolts 11a, 11b are designed as eccentric bolts, whereby an exact alignment of the double seat ring 5a with the main axis 1 is achieved.
  • a rotary ring 13 extending on the circumference of the turbine housing 9 engages in the displacement grooves 12, so that a rotation of the rotary ring 13 in the axial direction is achieved by rotating the rotary ring 13.
  • FIG. 3 shows a section of the steam turbine according to FIG. 1 in a cross section, in which a guide pin 11a designed as an eccentric pin, the rotating ring 13, the throttle element 5
  • the rotating ring 13 has control bolts 22 which are elongated in the radial direction and which des ⁇ in respective displacement grooves 12
  • Intervene Dro ⁇ elorgan ⁇ 5 Preferably, three pairs of guide bolts 11a, 11b and a corresponding number of guide grooves 10a, 10b and displacement grooves 12 are provided in the circumferential direction.
  • the invention is characterized by an axially displaceable throttle element, which is connected via two sealing surfaces. Chen, which in each case seal off at two spaced-apart boundary walls of a flow passage running in the cross-sectional direction of a steam turbine.
  • the sealing surfaces are designed such that almost no frictional forces can be overcome when the throttle element opens the flow passage.
  • the throttle element can be moved by heat via several guide bolts and is suspended centrally to the main axis of the steam turbine. A displacement of the throttle element in the direction of the main axis can be achieved via the displacement grooves running obliquely to the main axis on the circumference of the throttle element.
  • the throttle member is vorzugswei ⁇ e for an arbitrarily adjustable Dros ⁇ elung of Dampf ⁇ trömen by annular and concentric to the axis Turbinen ⁇ 'openings arranged in front of the low-pressure part of the steam turbine. It is particularly suitable for overpressure turbines and for high extraction steam pressures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenkomponente mit einer Hauptachse (1), einem Trennelement (3), welches in einer Querschnittsfläche (2) diese ausfüllend senkrecht zur Hauptachse (1) angeordnet ist und zumindest einen Strömungsdurchgang (4) zur Durchströmung von Dampf aufweist. Weiterhin ist ein im wesentlichen entlang der Hauptachse (1) verschiebliches Drosselorgan zur Regulierung der Dampfströmung durch den Strömungsdurchgang (4) vorgesehen, welches eine erste Dichtfläche (6) und eine zweite Dichtfläche (7) hat, wobei in einer den Strömungsdurchgang verschließenden Stellung die Dichtflächen (6, 7) an dem Trennelement (3) dichtend anliegen und in einer den Strömungsdurchgang (4) zumindest teilweise geöffneten Stellung die Dichtflächen (6, 7) von dem Trennelement beabstandet sind. Die Dichtflächen (6, 7) liegen jeweils in einer senkrecht zur Hauptachse (1) verlaufenden Querschnittsebene, so daß bei einem Öffnen des Strömungsdurchganges (4) allenfalls geringe Reibkräfte überwunden werden müssen und zudem eine hohe Dichtigkeit erreicht wird.

Description

Beschreibung
AXIALVERSCHIEBBARES DAMPFTURBINENVENTIL
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenkomponente sowie eine Dampfturbine mit einem im wesentlichen entlang einer Hauptachse, insbesondere der Hauptachse der Turbine, ver- schieblichen Drosselorgan zur Regulierung der DampfStrömung durch einen Strömungsdurchgang, welcher in einem Trennelement vorgesehen ist, daß in einer senkrecht zur Hauptachse verlau¬ fenden Querschnittsfläche diese ausfüllend angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regulie- rung der DampfStrömung in einer Dampfturbine mit einem Dros¬ selorgan.
Zur Regulierung der DampfStrömung in einer Dampfturbine sind verschiedene Regelorgane bekannt. In dem Artikel "Der Dreh- Schieber als Regelorgan für Entnahme-Dampfturbinen" von K.
Speicher und E. Mietεch, Maschinenbautechnik, Berlin, Band 15, Heft 4, 1966, Seiten 185 bis 190, ist eine Gegenüberstel¬ lung von Regelorganen, basierend auf Ventilen sowie auf Dreh¬ schiebern, beschrieben. Ein weiteres Regelorgan ist aus der Druckschrift DE-A-1 426 792 bekannt.
Als mögliche Formen von Drehschiebern werden axial- und ra¬ dialdurchströmte Schieber genannt . Die Schieber dienen dem vollständigen oder teilweisen Versperren von Öffnungen, die in einem über den Querschnitt der Dampfturbine verlaufenden
Düεendeckel vorgesehen εind. Eine erste Form eines Schiebers beεteht auε einem in Umfangsrichtung drehbaren Ring, der Öff¬ nungen analog zu den Öffnungen des Düsendeckelε aufweist und axial durchströmt wird, wobei die Öffnungen deε Schieberε in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Hauptachεe der Dampf¬ turbine durchεtrömt werden. In einer zweiten Form iεt eben¬ fallε ein drehbarer Ring vorgeεehen, der allerdings in radia- ler Richtung durchströmt wird, wobei hierzu die Öffnungen in dem Düsendeckel eine Umlenkung der Strömung von radialer in axialer Richtung bewirken. Der Schieber liegt hierbei gro߬ flächig auf einem entsprechenden Umlenkungsteils des Düsen- deckeis auf. Eine Bewegung des Schiebers muß somit gegen ei¬ nen erheblichen Reibungswiderstand erfolgen. In einer dritten Auεführungεform εind radial verεchiebliche Ringεegmente vorgesehen, durch die die Öffnungen in dem Düεendeckel ver¬ schließbar εind. Als vierte Auεführungsform iεt ein radial durchεtrömter Schieber mit einem axial verschieblichen Ring beεchrieben, wobei hierin der Düεendeckel wiederum einen die Strömung umlenkenden Vorbau aufweist, auf dem der axial- ver¬ schiebbare Ring geführt wird. Auch in diesem Fall stellt sich die Problematik von großen Reibkräften, welche überwunden werden müsεen. Bei den genannten Radial-Drehεchiebern iεt bei Droεselregelung zwar eine vollεtändige εtatische Entlastung möglich, jedoch muß zur Gewährleistung einer freien Wärmedehnung eine relativ großer Radialspalt vorgeεehen wer¬ den. Hierdurch iεt ein vollεtändiger Verεchluß der Öffnung deε Düεendeckelε nicht möglich, εo daß Läεsigkeitsverluste infolge unerwünεchter DampfStrömung in Kauf genommen werden müεεen.
Bei Einεatz der bekannten Axial-Drehschieber entεtehen große Anpreß- und Reibungskräfte, die zu einem e-ntεprechenden Ver- εchleiß der aufeinander gleitenden Teile führen. Für den Be¬ trieb εolcher Axial-Drehεchieber sind darüber hinauε große Stellantriebe bereitzuεtellen. Zur Reduzierung der Anpre߬ kräfte εind komplizierte und aufwendige Konεtruktionen mit Entlaεtungεflachen bekannt. Diese benötigen allerdingε einen entsprechenden Platzbedarf in radialer Richtung. Bei Turbinen in Überdruckbauweiεe εind dieεe Konεtruktionen daher prak¬ tisch nicht anwendbar. Aufgrund der bekannten Nachteile er¬ folgt ein Einsatz von Drehschiebern derzeit allenfalls bei relativ niedrigen Entnahmedampfdrücken. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dampfturbinenkompo- nente mit einem Drosεelorgan zur Regulierung der Dampfεtrömung anzugeben, wobei daε Droεεelprogramm für den Einεatz in einer Turbine für hohe Entnahmedampfdrücke geeignet iεt .
Erfindungsgemäß wird die auf eine Dampfturbinenkomponente ge¬ richtete Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Trennelement, wel¬ ches in einer senkrecht zur Hauptachse der Dampfturbinenkom- ponente verlaufenden Querschnittsfläche diese ausfüllend an¬ geordnet ist und zumindeεt einen Strömungsdurchgang zur Durchströmung von Dampf aufweist, und ein entlang der Haupt¬ achεe verschiebliches Droεεelorgan zur Regulierung der Dampf¬ strömung durch den Strömungsdurchgang vorgesehen sind, wobei das Drosεelorgan eine erεte Dichtfläche und eine zweite
Dichtfläche hat, und in einer den Strömungεdurchgang ver¬ schließenden Stellung die Dichtflächen an den Trennelement dichtend anliegen und in einer den Strömungεdurchgang zumin¬ dest teilweise öffnenden Stellung die Dichtflächen von dem Trennelement beabstandet sind. Das Trennelement hat dabei ei¬ nen Strömungsdurchgang, der von der Querschnittsfläche weg entlang der Hauptachse gestreckt iεt und eine im weεentlichen parallel zur Querschnittsfläche verlaufende und von dieser beabεtandete Wandung aufweiεt. An dieεer Wandung liegt die erste Dichtfläche bei einer den Strömungsdurchgang verschließenden Stellung des Drosselorganε an. In der den Strömungεdurchgang verschließenden Stellung liegt die zweite Dichtfläche zudem in der Querεchnittεflache an dem Trennele¬ ment an.
Durch ein Droεselorgan, welches axial verschieblich ist und in einer den Strömungsdurchgang des Trennelementes, inεbe- εondere iεt dies eine kreisringförmige Öffnung mit zwischen¬ liegenden Stegen in einem Düsendeckel, verschließenden Stel- lung an dem Trennelement anliegt und jeder anderen den Strö¬ mungεdurchgang teilweiεe oder vollεtändig öffnenden Stellung von dem Trennelement beabεtandet ist, werden die Nachteile bekannter Drehschieber vermieden. Insbesondere ist der Ver¬ schleiß durch Reibkontakt mit dem Trennelement vermieden, eine vollständige Absperrung des Strömungsdurchgangε oder bei mehreren Strömungsdurchgängen ein vollständiger Verschluß letzterer erreicht, wodurch unerwünschte DampfStrömungsver¬ luste vermieden sind. Durch Vermeidung von Reibkontakten mit dem Trennelement sind ebenfallε große Stellantriebe nicht er¬ forderlich. Bei Verwendung der Dampfturbinenkomponente in ei¬ ner Dampfturbine, inεbesondere im Niederdruckteil der Dampf- turbine, fällt die Hauptachse der Dampfturbinenkomponente mit der Hauptachse der Dampfturbine zusammen.
Dadurch, daß der Strömungεdurchgang von der Querεchnittεfla¬ che in axialer Richtung geεtreckt iεt und eine zur Quer- εchnittεflache parallel verlaufende Wandung hat, erfolgt in dem Strömungsdurchgang ein Umlenken der Strömung von einer radialen Richtung in eine axiale Richtung. Durch das Drosεe¬ lorgan erfolgt eine Abεperrung deε Strömungsdurchganges an dem Ende des Strömungsdurchganges in dem die Strömung radial verläuft. Bei Verschluß des Strömungsdurchgangs ist ein ein¬ deutiger Kraftschluß erreichbar, in dem beispielsweise über eine geringe Restdampfkraft das Drosselorgan in die den Strö¬ mungsdurchgang verschließende Stellung gedrückt wird.
Durch Ausgestaltung des Strömungsdurchgangeε mit einer Strö¬ mungsausbildung in axialer Richtung oder mit einer Umlenkung in radialer Richtung erfolgt eine hierzu jeweils angepaßte Anordnung der Dichtflächen. Bei einem Strömungsdurchgang mit rein axialer Durchströmung liegen beide Dichtflächen vorzugs- weise unmittelbar an dem Trennelement in der Querschnitt¬ sebene 'an. Bei einem Strömungsdurchgang, der auch eine ra¬ diale Strömung des Dampfes bedingt, liegt vorzμgsweise die erste Dichtfläche an der oben bezeichneten Wandung und die zweite Dichtfläche unmittelbar an dem Trennelement in der Querschnittsflache an. Die Dichtflächen sind vorzugsweise als dünnwandige Kreisringe ausgeführt. Hierdurch ist die Dicht¬ fläche quasi Iinienförmig, so daß im wesentlichen keine Reib-
ERSATZBLÄIT(REGEL26) kontakte mit dem Trennelement bestehen, aber trotzdem eine hohe Dichtigkeit erzielt wird.
Vorzugsweiεe iεt daε Droεselorgan daher ein kreisförmiger Doppelsitzring, der zentrisch zur Hauptachse angeordnet ist. Die zentrische Anordnung bedeutet, daß der Mittelpunkt deε Kreisringeε in einem Querεchnitt betrachtet mit der Haupt¬ achse zusammenfällt. Damit ist eine einfache Fertigung der Führungen von einem den Doppelεitzring verschiebenden Dreh¬ ring sowie dem Trennelement in einem Turbinengehäuse er- reicht. Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Montage ist der Doppelsitzring aus zwei Halbkreissegmenten zusammen¬ gesetzt. Eε iεt aber auch ebenfallε denkbar, den Doppelεitz¬ ring aus mehreren Kreissegmenten zusammenzusetzen. Der Dop- pelεitzring hat vorzugsweise eine axiale Ausdehnung, die der axialen Ausdehnung des Strömungsdurchgangs entspricht, und radial geεtreckte Stege, an denen die Dichtflächen angeordnet εind.' Hierdurch εind Undichtigkeiten in Abhängigkeit der Dampftemperatur weitgehend vermieden.
Für eine exakte Führung des Droεεelorgans εind zumindeεt zwei, insbesondere drei, parallel zur Hauptachse verlaufende Fuhrungsnuten vorgesehen, in die vorzugsweise je zwei Füh¬ rungsbolzen eingreifen, welche an dem Gehäuse der Turbine be¬ festigt sind. Durch diese Führungsbolzen, die in die Füh- rungsnuten eingreifen, iεt eine zentriεche exakte Ausrichtung des Drosselorgans erreichbar sowie eine weitgehend spielfreie Führung des Drosεelorgans bei einer axialen Bewegung gegeben.
Die Führungεbolzen sind vorzugsweise Exzenterbolzen. Ein Ex- zenterbolzen weiεt beispielεweise zwei Vollzylinder mit kreisförmigen Querschnitt auf, die jeweilε entlang einer Achεe gestreckt sind und an benachbarten Stirnflächen feεt miteinander verbunden εind. Die Richtung der Achεen sind da¬ bei identisch, wobei lediglich der eine Vollzylinder gegen- über dem anderen verεetzt iεt, d.h. exzentriεch angeordnet iεt. Hierdurch wird eine exakte Führung deε Drosselorgans in dem Turbinengehäuse erreicht, wodurch beispielεweiεe auch Fertigungεtoleranzen auεgeglichen werden können.
Daε Drosselorgan weist vorzugsweise zumindest eine Verschie- bungsnut auf, inεbesondere drei Verschiebungεnuten, die so¬ wohl in axialer Richtung alε auch in Umfangεrichtung ge- εtreckt ist, d.h. schräg zur Hauptachse verläuft. In diese Verschiebungεnut greift vorzugsweiεe ein in Umfangεrichtung drehbarer Drehring, inεbeεondere über einen Steuerbolzen, ein. Bei einer Drehung deε Drehringeε in Umfangrichtung er¬ folgt aufgrund der schräg zur Hauptachse ausgerichteten Ver¬ schiebungεnut eine Umεetzung der Drehbewegung deε Drehringε in eine Axialbewegung des Drosselorgans. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise und unter Aufwendung lediglich gerin- ger Kräfte eine Verschiebung des Drosselorgans in axialer Richtung bewerkstelligt.
Vorzugsweiεe wird die Dampfturbinenkomponente mit Droεsel- organ in einer Dampfturbine, insbeεondere in einer Dampftur- bine mit hohem Entnahmedampfdruck, verwendet.
Anhand der in der Zeichnung gezeigten εchematiεch Auεfüh- rungεbeiεpiele wird die Dampfturbine mit verεchieblichem Drosselorgan sowie das Verfahren zur Regulierung des Dampf- durchsatzes in einer Dampfturbine näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Längsschnitt durch eine Dampfturbine mit einem
Drosεelorgan, FIG 2 eine Draufεicht auf daε Drosεelorgan gemäß FIG 1 und FIG 3 einen Querεchnitt der Dampfturbine gemäß FIG 1.
In FIG 1 iεt ein Ausschnitt einer Dampfturbine in einem Längsεchnitt am Beginn deε Niederdruckteilε vor dem Bereich der Niederdruckbeεchaufelung dargestellt. Die um eine Haupt- achse 1 rotationsεymmetriεche Dampfturbine hat ein Turbinen- gehäuεe 9, welcheε den Turbinenläufer 17 umschließt. Die Querschnittsfläche 2 der Dampfturbine zwischen Turbinenläufer 17 und Turbinengehäuse 9 ist von einem Trennelement 3, einem sogenannten Fensterring, ausgefüllt. Das Trennelement 3 weiεt einen Strömungεdurchgang 4 auf, der gebildet ist aus einer kreisringförmigen Öffnung 18 mit zwischenliegenden Stegen im Trennelement 3, einer in Richtung der Hauptachse 1 gestreck¬ ten Hülse 16 und einer kreisringförmigen Wandung 8. Die Hülse 16 ist an den Trennelement 3 unmittelbar in der Umgebung der Öffnung 18, an der dem Turbinenläufer 17 zugewandten Seite befestigt. Die kreisringförmige Wandung 8 ist mit der Hülse 16 dicht verbunden und liegt auf dem Turbinenläufer 17 abge¬ wandten Seite der Hülse 16. Die Wandung 8 steht somit in Form eines Ringkragens auf der Hülse 16, so daß eine parallel zu dem Trennelement 8 verlaufende von diesem beabstandete Fläche gebildet ist. Zwischen Strömungsdurchgang 4 und Turbinenge- häuεe 9 ist ein axial verschiebliches Dros'selorgan 5 ange¬ ordnet .
In dem Turbinengehäuse 9 εind Führungsbolzen lla, Ilb befe- εtigt, die in jeweils einer Ebene senkrecht zur Hauptachse 1 gestreckt sind. Am Umfang deε Turbinengehäuεeε 9 εind jeweils zumindeεt drei Paare der Führungεbolzen lla, Ilb befeεtigt. Die dargeεtellten Führungεbolzen lla, Ilb εind gegeneinander verεetzt, εo daß εie jeweils in eine entεprechende Nut 10a, 10b des Droεεelorgans 5 eingreifen. Das Drosselorgan 5 hat eine entlang der Hauptachse 1 gestreckt verlaufende Drossel¬ hülse 19 sowie zwei voneinander beabεtandete kreiεringförmige Stege 20a, 20b, die an der dem Turbinenläufer 17 zugewandten Seite der Droεεelhülεe 19 befeεtigt und von dieεer zur Haupt¬ achse 1 hin gestreckt sind. Das Drosεelorgan 5 iεt über einen am Umfang deε Turbinengehäuseε 9 verlaufenden Drehringeε 13 in Richtung der Hauptachεe 1, d.h. in axialer Richtung, ver¬ schieblich. An den Stegen 20a, 20b greifen jeweilε in axialer Richtung zu dem Trennelement 3 hin gestreckte Drosselnasen 21a, 21b an. Die Drosεelnase 20a bildet eine erste kreisring- förmige Dichtfläche 6 und die Drosεelnase 21b eine zweite kreisringförmige Dichtfläche 7. Die erste Dichtfläche 6 liegt an der Wandung 8 an und die zweite Dichtfläche 7 unmittelbar an dem Trennelement 3 in einem Bereich zwiεchen dem Turbinen- gehäuεe 9 und der Öffnung 18. Hierdurch iεt ein dichter Ver- εchluß deε Strömungεwegeε 4 erreicht. An der Wandung 8 εowie an dem Trennelement 3 ist jeweilε ein hülεenartiger Droεεel- kragen 15a, 15b befeεtigt, welcher jeweilε in axialer Rich¬ tung von der Querεchnittεflache 2 weggerichtet ist. Die Droε- εelnaεen 21a, 21b des Drosselorgans 5 sowie die dem Strö¬ mungsdurchgang 4 zugeordneten Drosεelkragen 15a, 15b liegen εomit unmittelbar übereinander. Hierdurch ist das Verhältnis zwischen Dampfdurchsatz und dem entlang der Hauptachse 1 durchgeführten Hub der Drosselvorgang 5 vorgebbar. Insbeson¬ dere ist eine Linearisierung des Verhältnisses zwischen Dampfdurchsatz und Hub des Droεεelorganε erreichbar. In FIG 1 ist das Drosεelorgan 5 zusätzlich in einer strichliert ge- zeichneten Poεition dargestellt, in welcher die erste Dicht¬ fläche 6 sowie die zweite Dichtfläche 7 jeweils von der Wan¬ dung '8 bzw. dem Trennelement 3 beabεtandet sind, so daß der Strömungsdurchgang 4 für eine Strömung von Dampf zumindest teilweiεe freigegeben ist. Durch den Drehring 13 erfolgt eine Verschiebung des Drosεelorganε 5 in axialer Richtung, εo daß von einem vollεtändigen Verεchluß deε Strömungεdurchgangeε 4 biε zu einem vollεtändigen Öffnen deε Strömungεdurchgangeε 4 der Dampfdurchεatz durch das Trennelement 3 regelbar ist. Durch eine Aufhängung deε Droεεelorganε 5 über in Nuten 10a, 10b geführte Führungεbolzen lla, Ilb iεt εowohl eine zentri¬ sche, d.h. zur Hauptachse 1 εymmetriεche Aufhängung deε Dros¬ selorgans 5 sowie eine freie Wärmedehnung gewährleistet. Die Größe der ersten Dichtungsfläche 6 und der zweiten Dichtungε- fläche 7 εowie die Höhe der Stege 20a, 20b, d.h. die radiale Auεdehnung deε Droεεelorganε 5 εind weitgehend frei wählbar, εo daß εelbst eine völlige Entlastung von Dampfkräften mög¬ lich ist. Zur Vereinfachung der Montage sind sowohl das Tren¬ nelement 3 mit dem Strömungsdurchgang 4, der Drehring 13 so¬ wie daε Drosεelorgan 5 auε jeweilε passenden Halbkreisεeg- menten zuεammengeεetzt . FIG 2 zeigt ein wie in FIG 1 beεchriebeneε und als Doppel¬ sitzring 5a ausgebildeteε Droεselorgan 5 in einer Draufsicht. Der Doppelεitzring 5a hat drei Paar Fuhrungsnuten 10a, 10b, die jeweils entlang der Hauptachse 1, d.h. in axialer Rich- tung, gerichtet sind. Die Paare der Führungεnuten 10a, 10b sind symmetrisch über den Umfang des Doppelsitzringε 5a ver¬ teilt, wobei der Überεichtlichkeit halber nur ein Paar darge¬ εtellt iεt. Zwiεchen den Fuhrungsnuten 10a, 10b ist eine Ver¬ schiebungsnut 12 vorgesehen, die gegenüber der Hauptachse 1 schräg verläuft. Über dem Umfang εind inεgeεamt drei Ver- εchiebungεnuten 12 vorgeεehen. Die Führungεnuten 10a, 10b dienen der Aufhängung deε Drosselorgans 5a über jeweils ent¬ sprechende Führungsbolzen lla, Ilb, die in die Fuhrungsnuten 10a, 10b eingreifen und in dem Turbinengehäuse 9 befestigt sind. Die Führungsbolzen lla, Ilb εind wie in FIG 3 darge¬ stellt als Exzenterbolzen ausgebildet, wodurch eine exakte Ausrichtung des Doppelsitzringeε 5a zur Hauptachεe 1 erreicht ist. In die Verschiebungεnuten 12 greift ein am Umfang deε Turbinengehäuεeε 9 verlaufender Drehring 13 ein, εo daß über eine Drehung deε Drehringeε 13 eine Verεchiebung des Droεεel¬ organε 5 in axialer Richtung erreicht wird.
FIG 3 zeigt einen Auεεchnitt der Dampfturbine gemäß FIG 1 in einem Querεchnitt, in dem ein als Exzenterbolzen ausgebilde- ter Führungεbolzen lla, der Drehring 13, das Drosselorgan 5
(der Doppelεitzring 5a) sowie ein Antrieb 14 für den Drehring 13 gezeigt sind.
Der Drehring 13 weist in radialer Richtung gestreckte Steuer- bolzen 22 auf, die in jeweilige Verschiebungsnuten 12 deε
Droεεelorganε 5 eingreifen. Vorzugsweiεe εind in Umfangεrich¬ tung drei Paar Führungεbolzen lla, Ilb εowie eine entεpre¬ chende Zahl von Fuhrungsnuten 10a, 10b und Verschiebungsnuten 12 vorgesehen.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein in axialer Richtung verschieblicheε Droεεelorgan auε, welcheε über zwei Dichtflä- chen verfügt, die jeweils an zwei voneinander beabstandeten in Querεchnittεrichtung einer Dampfturbine verlaufende Be¬ grenzungswände eines Strömungsdurchgangε dieεen dichtend ab¬ schließen. Die Dichtflächen εind so ausgelegt, daß bei einer den Strömungsdurchgang öffnenden Bewegung des Drosselorganε nahezu keine Reibkräfte zu überwinden sind. Das Drosselorgan ist über mehrere Führungsbolzen wärmebeweglich und zur Haupt¬ achse der Dampfturbine zentriεch aufgehängt . Ober am Umfang deε Drosselorgans schräg zur Hauptachse verlaufende Verschie- bungsnuten ist eine Verschiebung deε Droεεelorganε in Rich¬ tung der Hauptachse erreichbar. Diese erfolgt über einen in Umfangsrichtung drehbaren Drehring, der über zumindest einen, vorzugsweise drei, Steuerbolzen verfügt, der in eine entεpre¬ chende Verεchiebungεnut eingreift. Das Drosselorgan eignet sich vorzugsweiεe für eine beliebig einstellbare Drosεelung von Dampfεtrömen durch ringförmig und zentrisch zur Turbinen¬ achse' angeordneten Öffnungen vor dem Niederdruckteil von Dampfturbinen. Sie ist besonders bei Überdruckturbinen und für hohe Entnahmedampfdrücke geeignet .

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbinenkomponente mit einer Hauptachse (1) , einem Trennelement (3) , welches in einer Querschnittεflache (2) diese ausfüllend senkrecht zur Hauptachse (1) angeordnet ist und zumindest einen Strömungsdurchgang (4) zur Durchströmung von Dampf aufweiεt, und mit einem im weεentlichen entlang der Hauptachse (1) verschieblichen Drosεelorgan (5) zur Regulie¬ rung der DampfStrömung durch den Strömungsdurchgang (4), wobei das Drosselorgan (5) eine erste Dichtfläche (6) und eine zweite Dichtfläche (7) hat, wobei in einer den Strömungsdurchgang (4) verεchließenden Stellung die Dichtflächen (6,7) an dem Trennelement (3) dichtend anliegen und in einer den Strömungεdurchgang (4) zumindest teilweise öffnenden Stellung die Dichtflächen (6,7) von dem Trennelement (3) beabstandet sind, wobei der
Strömungsdurchgang (4) von der Querschnittsfläche (2) entlang der Hauptachεe (1) gestreckt ist und eine im wesentlichen parallel zur Querεchnittεflache (2) verlaufende und von dieεer beabεtandete Wandung (8) aufweiεt, an welcher in der den Strömungsdurchgang (4) verεchließenden Stellung die erεte Dichtfläche (6) anliegt, und wobei in der den Strömungsdurchgang (4) verschließenden Stellung die zweite Dichtfläche (7) unmittelbar in der Querschnittsebene (2) an dem Trennelement (3) anliegt.
2. Dampfturbinenkomponente nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε Droεselorgan (5) ein kreisförmiger Doppelsitzring (5a) iεt, der zentriεch zur Hauptachεe angeordnet ist.
3. Dampfturbinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Doppelsitzring (5a) aus zwei Halbkreis-Segmenten (5b, 5c) zuεammengeεetzt ist.
4. Dampfturbinenkomponente nach einem der vorhergehenden Anεprüche mit einem Gehäuεe (9) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε Droεεelorgan (5) zumindeεt zwei parallel zur Hauptachse (1) verlaufende Fuhrungsnuten (10a, 10b) aufweist, die jeweilε in zumindeεt je einen Führungεbolzen (lla, Ilb) eingreifen, welcher an dem Gehäuse (9) befestigt iεt.
5. Dampfturbinenkomponente nach Anεpruch 4-, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungεbolzen (lla, Ilb) Exzenterbolzen εind.
6. Dampfturbinenkomponente nach einem der vorhergehenden Anεprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε Droεεelorgan (5) zumindeεt eine Verεchiebungsnut (12) aufweiεt, die εowohl in Umfangεrichtung alε auch in Richtung der Hauptachεe (1) geεtreckt iεt.
7. Dampfturbinenkomponente nach Anεpruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein in die Verεchiebungεnut (12) eingreifender in Umfangsrichtung drehbarer Drehring (13) vorgesehen iεt, welcher durch eine Drehung in Umfangεrichtung eine Verεchiebung deε Droεselorgans (5) in Richtung der Hauptachse (1) bewirkt.
8. Dampfturbinenkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest eine der Dichtflächen (6, 7) als dünnwandiger Kreisring ausgeführt ist.
9. Dampfturbine mit einer Dampfturbinenkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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