WO1998013586A1 - Steam turbine and method of preventing the formation of wet steam in a steam turbine - Google Patents

Steam turbine and method of preventing the formation of wet steam in a steam turbine Download PDF

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WO1998013586A1
WO1998013586A1 PCT/DE1997/002051 DE9702051W WO9813586A1 WO 1998013586 A1 WO1998013586 A1 WO 1998013586A1 DE 9702051 W DE9702051 W DE 9702051W WO 9813586 A1 WO9813586 A1 WO 9813586A1
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temperature
pressure
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Hans-Joachim Endries
Claus Eggert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • 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
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • F01D17/08—Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/20—Properties

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine with a steam inlet area, an exhaust steam area and a blading area arranged axially therebetween, and a method for avoiding wet steam in a steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine.
  • the steam droplets that detach can lead to material abrasion on impact with the rotor blades, especially if the droplets have a diameter of the order of 50 ⁇ m to 400 ⁇ m (so-called drop impact erosion) sucked up directly on the guide vane surface.
  • a hollow guide vane has slots which connect its interior to the condenser of the steam turbine.
  • a complex condensate treatment is therefore necessary.
  • the condensed steam does not stand more available for the steam process. It may therefore be desirable to avoid condensation of steam, in particular wet steam formation, in a steam turbine.
  • DE 43 40 340 C1 exclusively discloses a method and a device for determining the live steam mass flow of the live steam line of a steam power plant aimed at the sole aim of being able to carry out such a determination without loss. In addition to measuring the steam pressure upstream and downstream of the blading, this determination also requires the determination of the fresh steam temperature before the blading. According to the method described in DE 43 40 340 Cl, it is therefore imperative to determine the above three different measured variables.
  • the first-mentioned object is achieved for a steam turbine with a steam inlet area, an exhaust steam area and a blading area arranged axially therebetween in that a pressure detector is located in at least two axially spaced apart turbine areas.
  • Solution unit is provided, which pressure detection units are connected to a temperature determination unit, in which a determination of the minimum steam temperature in the inlet area is made from the values of the steam pressure, at which the steam temperature in the evaporation area is above the saturation temperature, so that steam is still dry in the evaporation area .
  • the minimum steam temperature is determined at
  • the arrangement of the pressure detection units can be largely arbitrary.
  • the first turbine inner region, in which the first pressure detection unit is arranged is preferably in the inlet region and the second turbine inner region, in which the second pressure detection unit is arranged, in the exhaust steam region of the turbine.
  • the vapor pressure upstream and downstream of the blading area can be determined.
  • Steam relaxation can thus be determined from the steam pressure upstream and downstream of the blading (overpressure measurement), the limit curve for the temperature before the first stage and thus for the live steam temperature at which no saturated steam condition has just been reached at the outlet of the blading area.
  • the fresh steam temperature at the entrance to the blading area is determined by the Vapor pressure at the entrance of the blading area and the vapor pressure at the exit of the blading area are clearly determined.
  • the temperature (in ° C.) can be determined using the following equation or an analogous equation:
  • n 0.265 x (le- ° " / p2 - ,) / 0 - 25 ) l.
  • the steam turbine is preferably connected to a control device with which the live steam temperature and / or the live steam pressure in the steam inlet area can be controlled.
  • the control device preferably acts on a steam generator and / or a pressure control device connected downstream of the steam generator, so that the live steam temperature and / or the fresh steam pressure can be regulated via the control device.
  • the steam turbine is preferably a high-pressure steam turbine. This is steam with a fresh steam temperature of over
  • the minimum steam temperature in the inlet area is preferably determined so that the steam temperature in the steam area is 10 ° C., in particular above 15 ° C., above the saturation temperature of the steam in the evaporation area.
  • the second object is achieved in that in a steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine, the steam pressure is determined at two points, preferably in the steam inlet area and in the steam-off area, and a minimum temperature (fresh steam temperature) is determined therefrom which is not yet saturated steam in the exhaust steam area and the fresh steam temperature and / or the fresh steam pressure in the steam inlet area is or are set accordingly.
  • a minimum temperature fresh steam temperature
  • a turbine shaft 13 is arranged in an inner housing 11, which is surrounded by an outer housing 12.
  • the inner housing 11 has a steam inlet area 2, a blading area 4 adjoining it axially, and an axially following evaporation area 3.
  • a first turbine inner area 7 has a first one connected to the inner casing 11 Pressure detection unit 5.
  • a second pressure detection unit 6 is provided in a second turbine inner region 8 of the exhaust steam region 3.
  • Each pressure detection unit 5, 6 is connected to a temperature determination unit 9, which in turn is connected to a control device 10, via electrical connections (not shown).
  • the control device 10 acts on a steam generator (not shown) and / or a steam pressure regulating device.
  • the first pressure detection unit 5 detects the vapor pressure p x in the inlet area 2 and the second pressure detection unit 6 detects the vapor pressure p 2 in the exhaust steam area 3.
  • the steam pressure values p x , p 2 are fed to the temperature determination unit 9, in which a minimum steam temperature T lmin in the steam inlet area 2 is determined therefrom, for example via a determination equation for the polytropic steam relaxation, at which there is still no wet steam state (saturated steam state) in the evaporation area 3 .
  • This minimum steam temperature Ti m or an associated variable is fed to the control device 10, which acts accordingly on a steam generator or a steam control device, so that the
  • Steam inlet area 2 supplied live steam has a live steam temperature above the minimum steam temperature T lm ⁇ n . This ensures that there is no wet steam in the blading area 4 of the steam turbine 1, which would lead to condensation on the blading of the steam turbine 1. Measures for removing condensate in the high-pressure steam turbine 1 and measures for protecting guide vanes and / or moving blades against drop impact erosion are therefore not necessary. The entire steam fed to the steam turbine 1 is therefore still available for the entire steam roasted, whereby a high efficiency of the steam turbine plant in which the high-pressure steam turbine part 1 is arranged is achieved.
  • the steam pressure p x For a given evaporation pressure p 2 and a given fresh steam temperature (taking into account any throttling), the steam pressure p x must be selected accordingly; at a given steam pressure p, the live steam temperature T x must be controlled. If only the steam pressure p 2 is specified in the exhaust steam area, both the fresh steam temperature T x and the inlet steam pressure p x can be varied.
  • the invention is characterized by a steam turbine, in which it is ensured without additional design features that there is no saturated steam condition in the exhaust steam area downstream of the blading. Neither measures to drain condensate nor to avoid drop erosion are therefore mandatory.
  • a temperature for the live steam is determined from the steam pressure values downstream and upstream of the blading, so that the steam temperature upstream of the blading in the exhaust steam area is above the saturation temperature, which ensures that there is no saturated steam state in the exhaust steam area.

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Abstract

The invention concerns a steam turbine (1) comprising a pressure-detecting unit (6) in the steam-inlet region (2) and a pressure-detecting unit (6) in the exhaust steam region (3). Also provided is a temperature-determining unit (9) in which a steam temperature (T1min) is determined from the detected pressure values (P1, P2) in the steam-inlet region (2) such that the steam temperature (T2) in the exhaust steam region (3) is higher than the saturation temperature (Ts). The invention further concerns a method of preventing the formation of wet steam in a steam turbine (1).

Description

Beschreibungdescription
Dampfturbine sowie Verfahren zur Vermeidung der Naßdampfbil- dung in einer DampfturbineSteam turbine and method for avoiding the formation of wet steam in a steam turbine
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem Dampfeinlaßbereich, einem Abdampfbereich und einem axial dazwischen angeordneten Beschaufelungsbereich sowie ein Verfahren zur Naßdampfvermeidung in einer Dampfturbine, insbesondere einer Hochdruckdampfturbine.The invention relates to a steam turbine with a steam inlet area, an exhaust steam area and a blading area arranged axially therebetween, and a method for avoiding wet steam in a steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine.
In Dampfturbinen, insbesondere den sogenannten Naßdampfstufen, findet eine Kondensation des Aktionsdampfes statt, wie es beispielsweise in dem Buch „Strömungsmaschinen" von K. Menny, Teubner-Verlag Stuttgart, 1985, Abschnitt 3.4.6Condensation of the action steam takes place in steam turbines, in particular the so-called wet steam stages, as described, for example, in the book "Flow Machines" by K. Menny, Teubner-Verlag Stuttgart, 1985, section 3.4.6
„Naßdampfstufen" beschrieben ist. Bei einer Entspannung des Dampfes in der Dampfturbine liegt bei einem Unterschreiten der Grenzkurve zum Naßdampfgebiet , beispielsweise bei Kondensationsturbinen, ein unterkühlter Dampf vor, dessen Tempera- tur niedriger als die zum Dampfpunkt gehörige Sättigungstem- peratur ist. Bei einer bestimmten Unterkühlung setzt eine spontane Kondensation ein, bei der kleine Nebeltröpfchen entstehen, die sich in Form eines Wasserfilms oder einzelner Wassersträhnen auf den Leitschaufeln absetzen können. Von den Hinterkanten der Leitschaufeln löst sich der Wasserfilm ab und bildet Sekundärtropfen mit einem Durchmesser bis zu etwa 400 μm. Die sich ablösenden Dampftropfen können bei Aufprall auf die Laufschaufeln zu einem Materialabtrag führen, insbesondere dann, wenn die Tropfen einen Durchmesser in der Grö- ßenordnung von 50 μm bis 400 μm haben (sogenannte Tropfenschlagerosion) . Zur Vermeidung dieser Tropfenschlagerosion wird häufig der Wasserfilm direkt an der Leitschaufeloberfläche abgesaugt. Hierzu weist eine hohle Leitschaufel Schlitze auf, die ihr Inneres mit dem Kondensator der Dampfturbine verbinden. Für die Abführung des in der Dampfturbine gebildeten Kondensats ist somit eine aufwendige Kondensatbehandlung erforderlich. Zudem steht der auskondensierte Dampf nicht mehr für den Dampfprozeß zur Verfügung. Es kann daher wünschenswert sein eine Kondensation von Dampf, insbesondere eine Naßdampfbildung, in einer Dampfturbine zu vermeiden."Wet steam stages" is described. When the steam in the steam turbine relaxes, if the temperature drops below the limit curve for the wet steam region, for example in the case of condensation turbines, there is an undercooled steam, the temperature of which is lower than the saturation temperature associated with the steam point Supercooling causes spontaneous condensation, which creates small mist droplets that can form a water film or individual strands of water on the guide vanes. The water film separates from the rear edges of the guide vanes and forms secondary drops with a diameter of up to approximately 400 μm. The steam droplets that detach can lead to material abrasion on impact with the rotor blades, especially if the droplets have a diameter of the order of 50 μm to 400 μm (so-called drop impact erosion) sucked up directly on the guide vane surface. For this purpose, a hollow guide vane has slots which connect its interior to the condenser of the steam turbine. For the removal of the condensate formed in the steam turbine, a complex condensate treatment is therefore necessary. In addition, the condensed steam does not stand more available for the steam process. It may therefore be desirable to avoid condensation of steam, in particular wet steam formation, in a steam turbine.
Die DE 43 40 340 Cl offenbart ausschließlich ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Frischdampfmassen- stroms der Frischdampfleitung eines Dampfkraftwerks gerichtet auf das einzige Ziel, eine solche Bestimmung verlustfrei durchführen zu können. Zur Durchführung dieser Bestimmung ist neben der Messung des Dampfdruckes vor und hinter der Beschaufelung auch zusätzlich die Ermittlung der Frischdampftemperatur vor der Beschaufelung erforderlich. Gemäß dem in der DE 43 40 340 Cl beschriebenen Verfahren ist es daher zwingend erforderlich, obige drei genannten voneinander ver- schiedenen Meßgrößen zu bestimmen.DE 43 40 340 C1 exclusively discloses a method and a device for determining the live steam mass flow of the live steam line of a steam power plant aimed at the sole aim of being able to carry out such a determination without loss. In addition to measuring the steam pressure upstream and downstream of the blading, this determination also requires the determination of the fresh steam temperature before the blading. According to the method described in DE 43 40 340 Cl, it is therefore imperative to determine the above three different measured variables.
Aus dem Buch "Dampfturbinen, Einführung in Bau und Betrieb" von Hans-Walter Römer, Verlag W. Girardet, Essen, ist in dem Abschnitt 9.3 "Kondensationsturbinen mit Zwischenüberhitzung" auf den Seiten 300 bis 301 in Abb. 9/8a ein vereinfachtes SpannungsSchema einer Anlage mit einfacher Zwischenüberhitzung dargestellt. Aus diesem vereinfachten Schema ist entnehmbar, daß bei einer Entspannung in einem Hochtemperatur- Teil einer Dampfturbine für den dargestellten Dampfprozeß die Temperatur wohl nicht unter die Sättigungstemperatur des Dampfes absinkt.From the book "Steam Turbines, Introduction to Construction and Operation" by Hans-Walter Römer, publisher W. Girardet, Essen, section 9.3 "Condensation Turbines with Reheating" on pages 300 to 301 in Fig. 9 / 8a is a simplified voltage diagram a system with simple reheating. From this simplified diagram it can be seen that when the pressure in the steam process is expanded in a high-temperature part of the steam turbine, the temperature does not drop below the saturation temperature of the steam.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Dampfturbine anzugeben, die so ausgelegt ist, daß eine Naßdampfbildung vermeidbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Verfahren zur NaßdampfVermeidung in einer Dampfturbine anzugeben.The object of the invention is to provide a steam turbine which is designed so that wet steam formation can be avoided. Another object of the invention is to provide a method for avoiding wet steam in a steam turbine.
Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe für eine Dampfturbine mit einem Dampfeinlaßbereich, einem Abdampfbereich und einem axial dazwischen angeordneten Beschaufelungsbereich dadurch gelöst, daß in zumindest zwei voneinander axial beab- standeten Turbineninnenbereichen jeweils eine Druckerfas- sungseinheit vorgesehen ist, welche Druckerfassungseinheiten mit einer Temperaturbestimmungseinheit verbunden sind, in der aus den Werten des Dampfdruckes eine Bestimmung der minimalen Dampftemperatur im Einlaßbereich erfolgt, bei der die Dampf- temperatur im Abdampfbereich oberhalb der Sättigungstemperatur liegt, so daß im Abdampfbereich ein noch trockener Dampf vorliegt . Erfolgt eine Beaufschlagung der Dampfturbine mit einem Dampf, dessen Dampftemperatur vor der ersten Stufe oberhalb dieser minimalen Dampftemperatur liegt, so ist in der Dampfturbine sicher eine Naßdampfbildung, d. h. ein Sattdampfzustand, im Abdampfbereich vermieden. In der Dampfturbine besteht somit weder die Notwendigkeit anfallendes Kondensat abzuführen, noch besteht die Gefahr von Tropfenschlagerosion, ohne daß besondere konstruktive Maßnahmen erforder- lieh sind . Der aus der Dampfturbine, insbesondere einer Hochdruck-Dampfturbine, austretende Dampf steht weiterhin vollständig für den Dampfprozeß zur Verfügung und kann beispielsweise einer Zwischenüberhitzung zugeführt werden.According to the invention, the first-mentioned object is achieved for a steam turbine with a steam inlet area, an exhaust steam area and a blading area arranged axially therebetween in that a pressure detector is located in at least two axially spaced apart turbine areas. Solution unit is provided, which pressure detection units are connected to a temperature determination unit, in which a determination of the minimum steam temperature in the inlet area is made from the values of the steam pressure, at which the steam temperature in the evaporation area is above the saturation temperature, so that steam is still dry in the evaporation area . If a steam is applied to the steam turbine, the steam temperature of which is above this minimum steam temperature before the first stage, then wet steam formation, ie a saturated steam state, is avoided in the steam area in the steam turbine. In the steam turbine there is therefore no need to drain off any condensate, and there is no risk of drop impact erosion without the need for special design measures. The steam emerging from the steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine, is still completely available for the steam process and can be supplied, for example, to reheating.
Die Bestimmung der minimalen Dampftemperatur erfolgt unterThe minimum steam temperature is determined at
Berücksichtigung der thermodynamisehen Bedingungen in der Dampfturbine. Unter Berücksichtigung dieser thermodynamisehen Bedingungen kann die Anordnung der Druckerfassungseinheiten weitgehend beliebig sein. Vorzugsweise liegt der erste Turbi- neninnenbereich, in dem die erste Druckerfassungseinheit angeordnet ist, im Einlaßbereich und der zweite Turbineninnen- bereich, in dem die zweite Druckerfassungseinheit angeordnet ist, im Abdampfbereich der Turbine. Hierdurch ist der Dampfdruck stromauf sowie stromab des Beschaufelungsbereiches be- stimmbar . Durch die Berücksichtigung einer polytropenConsideration of the thermodynamic conditions in the steam turbine. Taking these thermodynamic conditions into account, the arrangement of the pressure detection units can be largely arbitrary. The first turbine inner region, in which the first pressure detection unit is arranged, is preferably in the inlet region and the second turbine inner region, in which the second pressure detection unit is arranged, in the exhaust steam region of the turbine. As a result, the vapor pressure upstream and downstream of the blading area can be determined. By considering a polytropic
DampfentSpannung ist somit aus dem Dampfdruck vor und hinter der Beschaufelung (Überdruck-Messung) die Grenzkurve für die Temperatur vor der ersten Stufe und damit für die Frischdampf-Temperatur bestimmbar, bei der am Austritt des Beschau- felungsbereiches gerade noch kein Sattdampfzustand erreicht ist. Bei polytroper Dampfentspannung ist die Frischdampftemperatur am Eintritt des Beschaufelungsbereiches durch den Dampfdruck am Eintritt des Beschaufelungsbereiches sowie den Dampfdruck am Austritt des Beschaufelungsbereiches eindeutig bestimmt . Für ein Druckverhältnis Dampfdruck im Einlaßbereich px zu Dampfdruck im Abdampfbereich p2 von Pι/p2 ≥ 1,1 ist die Temperatur (in °C) durch folgende Gleichung oder einer analoge Gleichung bestimmbar:Steam relaxation can thus be determined from the steam pressure upstream and downstream of the blading (overpressure measurement), the limit curve for the temperature before the first stage and thus for the live steam temperature at which no saturated steam condition has just been reached at the outlet of the blading area. In the case of polytropic steam relaxation, the fresh steam temperature at the entrance to the blading area is determined by the Vapor pressure at the entrance of the blading area and the vapor pressure at the exit of the blading area are clearly determined. For a pressure ratio of steam pressure in the inlet area p x to steam pressure in the exhaust steam area p 2 of P ι / p 2 ≥ 1.1, the temperature (in ° C.) can be determined using the following equation or an analogous equation:
Figure imgf000006_0001
n = 0,265 x (l-e-°"/p2-,)/0-25) l.
Figure imgf000006_0001
n = 0.265 x (le- ° " / p2 - ,) / 0 - 25 ) l.
Die Dampfturbine ist vorzugsweise mit einer Regeleinrichtung verbunden, mit der die Frischdampftemperatur und/oder der Frischdampfdruck im Dampfeinlaßbereich regelbar ist bzw. sind. Die Regeleinrichtung wirkt vorzugsweise auf einen Dampferzeuger und/oder einer dem Dampferzeuger nachgeschalte- ten Druckregelungseinrichtung ein, so daß über die Regeleinrichtung die Frischdampftemperatur und/oder der Frischdampfdruck regelbar ist bzw. sind.The steam turbine is preferably connected to a control device with which the live steam temperature and / or the live steam pressure in the steam inlet area can be controlled. The control device preferably acts on a steam generator and / or a pressure control device connected downstream of the steam generator, so that the live steam temperature and / or the fresh steam pressure can be regulated via the control device.
Die Dampfturbine ist vorzugsweise eine Hochdruckdampfturbine . Dieser ist Dampf mit einer Frischdampftemperatur von überThe steam turbine is preferably a high-pressure steam turbine. This is steam with a fresh steam temperature of over
500 °C sowie mit einem Frischdampfdruck von über 70 bar, insbesondere über 250 bar, zuführbar. Die minimale Dampftemperatur im Einlaßbereich wird vorzugsweise so bestimmt, daß die Dampf emperatur im Dampfbereich 10 °C, insbesondere über 15 °C, oberhalb der Sättigungstemperatur des Dampfes im Abdampfbereich liegt. Hierdurch ist selbst bei geringen Temperaturschwankungen eine gewisse Temperaturreserve vorhanden, so daß sicher gewährleistet ist, daß im Abdampfbereich stromab des Beschaufelungsbereiches kein Naßdampfzustand vorliegt.500 ° C and with a live steam pressure of over 70 bar, in particular over 250 bar. The minimum steam temperature in the inlet area is preferably determined so that the steam temperature in the steam area is 10 ° C., in particular above 15 ° C., above the saturation temperature of the steam in the evaporation area. As a result, there is a certain temperature reserve even with small temperature fluctuations, so that it is reliably ensured that there is no wet steam state in the evaporation area downstream of the blading area.
Die zweitgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Dampfturbine, insbesondere einer Hochdruckdampfturbine an zwei Stellen, vorzugsweise im Dampfeinlaßbereich und im Abdampfbereich, der Dampfdruck ermittelt und daraus eine mini- male Temperatur (Frischdampftemperatur) bestimmt wird, bei der im Abdampfbereich noch kein Sattdampf vorliegt und entsprechend die Frischdampftemperatur und/oder der Frischdampfdruck im Dampfeinlaßbereich eingestellt wird bzw. werden. Hierdurch ist gewährleistet, daß im Beschaufelungsbereich der Dampfturbine kein Kondensat anfällt, welches ansonsten abgeführt werden müßte und dem Dampfprozeß nicht mehr zur Verfügung stünde. Es sind somit in der Dampfturbine keine gesonderten Maßnahmen zum Schutz vor starken Temperaturänderungen und daraus resultierenden Verformungen erforderlich. Ebenso sind keine Maßnahmen an den Laufschaufeln gegen Tropfenschlagerosion zu treffen sowie zur Ableitung von Kondensat durchzuführen. Der in der Dampfturbine entspannte Dampf steht vollständig weiterhin für den Dampfprozeß zur Verfügung, insbesondere kann er einer Zwischenüberhitzung und anschließend auf hohem Temperaturniveau einer Mitteldruckturbine zugeführt werden.The second object is achieved in that in a steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine, the steam pressure is determined at two points, preferably in the steam inlet area and in the steam-off area, and a minimum temperature (fresh steam temperature) is determined therefrom which is not yet saturated steam in the exhaust steam area and the fresh steam temperature and / or the fresh steam pressure in the steam inlet area is or are set accordingly. This ensures that no condensate is produced in the blading area of the steam turbine, which would otherwise have to be removed and would no longer be available to the steam process. There are therefore no special measures required in the steam turbine to protect against strong temperature changes and the resulting deformations. Likewise, there are no measures to be taken on the rotor blades against drop impact erosion or to remove condensate. The steam released in the steam turbine is still completely available for the steam process, in particular it can be reheated and then fed to a medium-pressure turbine at a high temperature level.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten AusführungsbeiSpieles werden die Dampfturbine sowie das Verfahren zur Naßdampf- Vermeidung in einer Dampfturbine, insbesondere Hochdruck- dampfturbine, näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblichThe steam turbine and the method for avoiding wet steam in a steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine, are explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing. Some of them show schematically and not to scale
FIG 1 eine Dampfturbine in einem Längsschnitt und1 shows a steam turbine in a longitudinal section and
FIG 2 eine Darstellung der minimalen Dampftemperatur im Eintrittsbereich als Funktion unterschiedlicher Druckverhältnisse.2 shows a representation of the minimum steam temperature in the inlet area as a function of different pressure ratios.
FIG 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Hochdruck-Dampftei1- turbine 1 in Topfbauart . Eine Turbinenwelle 13 ist in einem Innengehäuse 11 angeordnet, welches von einem Außengehäuse 12 umgeben ist. Das Innengehäuse 11 weist einen Dampfeinlaßbereich 2, einen sich daran axial anschließenden Beschaufe- lungsbereich 4 und einen axial nachfolgenden Abdampfbereich 3 auf . In dem Dampfeinlaßbereich 2 weist ein erster Turbinenin- nenbereich 7 eine erste mit dem Innengehäuse 11 verbundene Druckerfassungseinheit 5 auf. In einem zweiten Turbineninnen- bereich 8 des Abdampfbereiches 3 ist eine zweite Druckerfassungseinheit 6 vorgesehen. Jede Druckerfassungseinheit 5, 6 ist über nicht näher dargestellte elektrische Verbindungen mit einer Temperaturbestimmungseinheit 9 verbunden, welche wiederum mit einer Regeleinrichtung 10 verbunden ist. Die Regeleinrichtung 10 wirkt auf einen nicht dargestellten Dampferzeuger und/oder eine Dampfdruckregulierungeinrichtung. Mit der ersten Druckerfassungseinheit 5 werden der Dampfdruck px im Einlaßbereich 2 und durch die zweite Druckerfassungs- einheit 6 der Dampfdruck p2 im Abdampfbereich 3 erfaßt. Die Dampfdruckwerte px , p2 werden der Temperaturbestimmungseinheit 9 zugeführt, in der daraus, beispielsweise über eine Bestimmungsgleichung der polytropen DampfentSpannung, eine mi- nimale Dampftemperatur Tlmin im Dampfeinlaßbereich 2 bestimmt wird, bei der im Abdampfbereich 3 noch kein Naßdampfzustand (Sattdampfzustand) vorliegt. Diese minimale Dampftemperatur Tim oder eine zugeordnete Größe wird der Regeleinrichtung 10 zugeführt, welche entsprechend auf einen Dampferzeuger oder eine Dampfregulierungseinrichtung einwirkt, so daß der dem1 shows a longitudinal section of a high-pressure steam egg turbine 1 in pot design. A turbine shaft 13 is arranged in an inner housing 11, which is surrounded by an outer housing 12. The inner housing 11 has a steam inlet area 2, a blading area 4 adjoining it axially, and an axially following evaporation area 3. In the steam inlet area 2, a first turbine inner area 7 has a first one connected to the inner casing 11 Pressure detection unit 5. A second pressure detection unit 6 is provided in a second turbine inner region 8 of the exhaust steam region 3. Each pressure detection unit 5, 6 is connected to a temperature determination unit 9, which in turn is connected to a control device 10, via electrical connections (not shown). The control device 10 acts on a steam generator (not shown) and / or a steam pressure regulating device. The first pressure detection unit 5 detects the vapor pressure p x in the inlet area 2 and the second pressure detection unit 6 detects the vapor pressure p 2 in the exhaust steam area 3. The steam pressure values p x , p 2 are fed to the temperature determination unit 9, in which a minimum steam temperature T lmin in the steam inlet area 2 is determined therefrom, for example via a determination equation for the polytropic steam relaxation, at which there is still no wet steam state (saturated steam state) in the evaporation area 3 . This minimum steam temperature Ti m or an associated variable is fed to the control device 10, which acts accordingly on a steam generator or a steam control device, so that the
Dampfeinlaßbereich 2 zugeführte Frischdampf eine Frischdampf- temperatur oberhalb der minimalen Dampftemperatur Tlmιn aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, daß im Beschaufelungsbereich 4 der Dampfturbine 1 kein Naßdampf vorliegt, welcher zu einer Kondensation an der Beschaufelung der Dampfturbine 1 führen würde. Maßnahmen zur Abführung von Kondensat in der Hochdruck-Dampfteilturbine 1 sowie Maßnahmen zum Schutz von Leit- und/oder Laufschaufeln gegen Tropfenschlagerosion sind somit nicht erforderlich. Der gesamte der Dampfturbine 1 zu- geführte Dampf steht mithin weiter für den gesamten Dampf ro- zeß zur Verfügung, wodurch ein hoher Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage, in der die Hochdruck-Dampfteilturbine 1 angeordnet ist, erreicht wird.Steam inlet area 2 supplied live steam has a live steam temperature above the minimum steam temperature T lmιn . This ensures that there is no wet steam in the blading area 4 of the steam turbine 1, which would lead to condensation on the blading of the steam turbine 1. Measures for removing condensate in the high-pressure steam turbine 1 and measures for protecting guide vanes and / or moving blades against drop impact erosion are therefore not necessary. The entire steam fed to the steam turbine 1 is therefore still available for the entire steam roasted, whereby a high efficiency of the steam turbine plant in which the high-pressure steam turbine part 1 is arranged is achieved.
FIG 2 zeigt den Verlauf der minimalen Dampftemperatur Tlmιn im Dampfeinlaßbereich 2 als Funktion des Dampfdruckes p2 im Abdampfbereich 3. Als Kurvenparameter dient hierbei das Druck- Verhältnis Pι/p2 zwischen Dampfdruck im Einlaßbereich 2 und Dampfdruck im Abdampfbereich 3. Die Temperaturwerte Tlmin ergeben sich für eine Hochdruck-Teilturbine, bei der das Dampf- druckverhältnis px/p2 > 1,1 ist. Man erkennt, daß bei einem vorgegebenen Dampfdruck p2 im Abdampfbereich 3 sowohl die Frischdampf emperatur als auch der Frischdampfdruck x geregelt werden können, um zu erreichen, daß sich im Abdampfbereich 3 kein Naßdampf bildet . Bei vorgegebenem Abdampfdruck p2 und vorgegebener Frischdampftemperatur (unter Berücksich- tigung einer eventuellen Drosselung) ist der Dampfdruck px entsprechend zu wählen; bei vorgegebenem Dampfdruck p ist die Frischdampftemperatur Tx zu steuern. Ist nur der Dampfdruck p2 im Abdampfbereich vorgegeben so können sowohl Frischdampftemperatur Tx als auch Eintrittsdampfdruck px va- riiert werden.2 shows the course of the minimum steam temperature T lmιn in the steam inlet area 2 as a function of the steam pressure p 2 in the exhaust steam area 3. The pressure Ratio P ι / p 2 between steam pressure in the inlet area 2 and steam pressure in the exhaust steam area 3. The temperature values T lmin result for a high-pressure turbine part, in which the steam pressure ratio p x / p 2 > 1.1. It can be seen that both the live steam temperature and the live steam pressure x can be regulated at a predetermined steam pressure p 2 in the evaporation area 3 in order to ensure that no wet steam forms in the evaporation area 3. For a given evaporation pressure p 2 and a given fresh steam temperature (taking into account any throttling), the steam pressure p x must be selected accordingly; at a given steam pressure p, the live steam temperature T x must be controlled. If only the steam pressure p 2 is specified in the exhaust steam area, both the fresh steam temperature T x and the inlet steam pressure p x can be varied.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Dampfturbine aus, bei der ohne zusätzliche konstruktive Merkmale gewährleistet ist, daß im Abdampfbereich stromab der Beschaufelung kein Satt- dampfzustand vorliegt. Es sind daher weder Maßnahmen zur Abführung von Kondensat noch zur Vermeidung von Tropfenschlagerosion zwingend vorzusehen. Aus den Dampfdruckwerten stromab und stromauf der Beschaufelung wird eine Temperatur für den Frischdampf bestimmt, so daß die Dampftemperatur stromauf der Beschaufelung im Abdampfhereich oberhalb der Sättigungstemperatur liegt, wodurch sichergestellt ist, daß im Abdampfbereich kein Sattdampfzustand vorliegt. The invention is characterized by a steam turbine, in which it is ensured without additional design features that there is no saturated steam condition in the exhaust steam area downstream of the blading. Neither measures to drain condensate nor to avoid drop erosion are therefore mandatory. A temperature for the live steam is determined from the steam pressure values downstream and upstream of the blading, so that the steam temperature upstream of the blading in the exhaust steam area is above the saturation temperature, which ensures that there is no saturated steam state in the exhaust steam area.

Claims

Patentansprüche claims
1. Dampfturbine (1) mit einem Dampfeinlaßbereich (2), einem Abdampfbereich (3) und einem axial dazwischen angeordneten Beschaufelungsbereich (4) , wobei eine erste Druckerfassungs- einheit (5) und eine zweite Druckerfassungseinheit (6) zur Erfassung des Dampfdruckes (Pι,p2) in zumindest zwei voneinander axial beabstandeten Turbineninnenbereichen (7,8) sowie eine Temperaturbestimmungseinheit (9) vorgesehen sind, der die Werte des Dampfdruckes (pι,p2) zuführbar und in der aus den Werten (Pι,p2) eine Bestimmung der minimalen Dampftemperatur (Tlmin) im Einlaßbereich (2) erfolgt, bei der die Dampf- temperatur (T2) im Abdampfbereich (3) oberhalb der Sättigungstemperatur (Ts) liegt.1. Steam turbine (1) with a steam inlet area (2), an exhaust steam area (3) and a blading area (4) arranged axially therebetween, a first pressure detection unit (5) and a second pressure detection unit (6) for detecting the steam pressure (P ι , p 2 ) are provided in at least two axially spaced apart turbine interior areas (7, 8) and a temperature determination unit (9) to which the values of the vapor pressure (p ι , p 2 ) can be supplied and in which the values (P ι , p 2 ) the minimum steam temperature (T lmin ) is determined in the inlet area (2), at which the steam temperature (T 2 ) in the evaporation area (3) is above the saturation temperature (T s ).
2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Turbi- neninnenbereich (7) im Einlaßbereich (2) und der zweite Tur- bineninnenbereich (8) im Abdampfbereich (3) liegt.2. Steam turbine (1) according to claim 1, wherein the first turbine inner region (7) lies in the inlet region (2) and the second turbine inner region (8) lies in the exhaust steam region (3).
3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Regeleinrichtung (10) zur Regelung der Frischdampftemperatur und/oder des Eintrittsdampfdruckes (px) im Dampfeinlaßbereich3. Steam turbine (1) according to claim 1 or 2, with a control device (10) for controlling the fresh steam temperature and / or the inlet steam pressure (p x ) in the steam inlet area
(2) .(2).
4. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Frischdampftemperatur über 500 °C und einem Frischdampfdruck von über 70 bar, insbesondere über 250 bar.4. Steam turbine (1) according to one of the preceding claims, with a live steam temperature above 500 ° C and a live steam pressure of over 70 bar, in particular over 250 bar.
5. Verfahren zur NaßdampfVermeidung in einer Dampfturbine (1) , insbesondere einer Hochdruckdampfturbine, bei dem in einem Dampfeinlaßbereich (2) der Eintrittsdampfdruck (px) und in einem Abdampfbereich (3) der Dampfdruck (p2) erfaßt werden und daraus die minimale Temperatur (Tlmin) bestimmt wird, bei der im Abdampfbereich (3) noch kein Sattdampfzustand vorliegt und entsprechend dieser minimalen Temperatur (Tlmin) die5. A method for avoiding wet steam in a steam turbine (1), in particular a high-pressure steam turbine, in which the inlet steam pressure (p x ) in a steam inlet area (2) and the steam pressure (p 2 ) in an exhaust steam area (3) and the minimum temperature therefrom (T lmin ) is determined, in which there is still no saturated steam state in the evaporation area (3) and according to this minimum temperature (T lmin )
Frischdampftemperatur und/oder der Frischdampfdruck (px) im Dampfeinlaßbereich (2) geregelt wird bzw. werden. Live steam temperature and / or live steam pressure (p x ) in the steam inlet area (2) is or are regulated.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Regelung so erfolgt, daß die Temperatur (T2) im Abdampfbereich mehr als 10 °C, insbesondere mehr als 15 °C, oberhalb der Sättigungste - peratur (Ts) liegt. 6. The method according to claim 5, wherein the control is carried out so that the temperature (T 2 ) in the evaporation area is more than 10 ° C, in particular more than 15 ° C, above the saturation temperature (T s ).
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