WO2011082984A1 - Dampfturbine in dreischaliger bauweise - Google Patents

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WO2011082984A1
WO2011082984A1 PCT/EP2010/069576 EP2010069576W WO2011082984A1 WO 2011082984 A1 WO2011082984 A1 WO 2011082984A1 EP 2010069576 W EP2010069576 W EP 2010069576W WO 2011082984 A1 WO2011082984 A1 WO 2011082984A1
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WO
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pressure
flow
housing
medium
steam
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Application number
PCT/EP2010/069576
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Cukjati
Heinz Dallinger
Thomas Müller
Rainer Quinkertz
Norbert Thamm
Andreas Ulma
Michael Wechsung
Uwe Zander
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to EP10790445.0A priority patent/EP2513432B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine comprising a rotor rotatably mounted about a rotation axis, an inner inner housing arranged around the rotor and an outer rotor
  • Inner housing wherein an outer housing is disposed around the inner inner housing and the outer inner housing, wherein the
  • Turbomachine has a trained for high-pressure steam first tide and formed for medium-pressure steam second tide, wherein the second tide is oriented opposite to the first tide.
  • a steam turbine ⁇ is meant, for example.
  • a steam turbine conventionally includes a rotatably mounted rotor and a housing disposed about the rotor. Between the rotor and the inner housing, a flow channel is formed.
  • the housing in a steam turbine must be able to fulfill several functions.
  • the guide vanes are arranged in the flow channel on the housing and, secondly, the inner housing must withstand the pressure and the temperatures of the flow medium for all load and special operating cases.
  • the flow medium is steam.
  • the housing must be designed such that supply and Abrawun ⁇ conditions, which are also referred to as taps, are possible. Another feature that a case must meet is the possibility of a shaft end passing through the case.
  • nickel-based alloys are suitable because they withstand the stresses occurring at high temperatures.
  • the use of such a nickel-based alloy is associated with new challenges. So the cost of nickel-based alloys are comparatively high and also the manufacturability of nickel-based alloys, for example be limited by limited ⁇ casting ability. As a result, the use of nickel-based materials must be minimized. Furthermore, the nickel-based materials are poor heat conductors. As a result, the temperature gradients over the wall thickness are so rigid that thermal stresses are comparatively high. Furthermore, it must be taken into account that when using nickel-based materials, the temperature difference between the inlet and outlet of the steam turbine increases.
  • Exterior housing structure incorporate according to the article Y.
  • Inner housing structure disclosed and in DE 103 53 451 AI.
  • the high-pressure part and the medium-pressure part are accommodated in an outer housing.
  • the high pressure part is with
  • Main steam temperature may correspond to heat. This reheated steam is then passed back into the turbomachine in the medium-pressure part and then flows through a medium-pressure blading.
  • High-pressure part and the medium-pressure part in this case have oppositely arranged flow directions. Such embodiments are called reverse flow fluid machines. But there are also known flow machines, which are manufactured in a so-called single-flow design. In this type, the high-pressure part and the medium-pressure part are arranged one after the other and are in the same
  • An essential idea of the invention is a
  • the inner housing is in this case in an inner inner housing and an outer
  • the inner inner housing formed.
  • the inner inner housing is located in the region of the inflow area and must therefore withstand the high temperatures and the high pressures. Therefore, the inner inner housing is made of a suitable material, such as a nickel-based alloy or a higher quality material such as a steel, which comprises 9 - 10 wt .-% chromium. Between the inner inner housing and the rotor of the flow channel is formed.
  • the inner inner housing therefore has means, such as grooves, for carrying vanes therein.
  • To the inner case is a outer inner housing arranged. It is essential that between the inner inner housing and the outer
  • Inner housing adedampf syndromem formed, which is acted upon with cooling medium.
  • the outer inner housing is designed such that it is seen in the flow direction, adjacent to the inner inner housing and a boundary of the
  • Flow channel represents, although in the outer
  • Inner casing devices such as e.g. Grooves are provided to carry vanes.
  • the outer inner casing is acted upon by steam in the simplifieddampf syndromem with a vapor, which is a
  • the outer inner housing is formed of a less high-quality material.
  • an outer housing is arranged around the inner inner housing and the outer inner housing.
  • the turbomachine has a first flood, which is acted upon by a high-pressure steam and flows in a first flow direction. Furthermore, the
  • the second flow direction is opposite to the first flow direction, so that this flow machine is designed in a so-called reverse flow design.
  • the inner housing Surrounded or formed inner housing.
  • the inner housing Surrounded or formed inner housing.
  • Inner housing is made of a higher quality material and absorbs only the high pressure and medium pressure inflow including the balance piston and the Leitschaufelnuten up to the level of temperature and
  • the inner inner housing kept compact to save space and also has a lower weight.
  • a cooling steam flow line For flowing cooling steam into the cooling steam space, a cooling steam flow line is provided.
  • Cooling steam flow line is fluidically connected to the second flood. This means that the medium-pressure steam is mainly flowed into the cooling steam space, which has ideal steam parameters to adequately cool the inner inner housing.
  • the first flood has a high-pressure outflow area and the second flood has a medium-pressure outflow area, wherein the outer inner housing extends from the high-pressure outflow area to the medium-pressure outflow area.
  • the outer inner housing therefore extends almost over the entire blading area of the rotor, with the outer
  • Inner housing has devices to support vanes. However, not the entire flow area is formed with vanes in the outer inner housing. In the area of the inner inner casing, are in the outer
  • Inner housing no vanes arranged.
  • the outer inner housing is in this case formed of an upper part and a lower part.
  • Upper part and the lower part are in turn formed from one piece and extend over the first and second tide.
  • a cooling steam space is formed between the inner inner housing and the outer inner housing.
  • the cooling steam in operation between the inner inner casing and the outer inner casing simultaneously constitutes the insulation to the outer inner casing which defines the cooling steam space and the inner inner casing encloses and the expansion path behind the
  • the outer inner casing is in contact with this cooling steam and therefore may be of a lower quality material than the inner inner casing
  • the primary and secondary stresses in the outer inner casing are only affected by the difference between the vapor state of the steam in the cooling steam space and the medium pressure exhaust steam.
  • Primary stresses are mechanical stresses that result from external loads, e.g. caused by vapor pressures, weight forces and the like.
  • Secondary voltages are, for example, thermoelectric voltages and represent mechanical stresses resulting from unbalanced temperature fields or
  • the turbomachine is formed, inter alia, indedampf syndromem with a drain line that at a
  • cooling steam space is formed with adedampfausströmungstechnisch for outflow of cooling steam from the cooling steam space. Due to the ongoing in operation outflow of the cooling steam from the
  • the inner inner housing is in this case made of a higher quality material than the outer inner housing.
  • the inner inner housing is formed in a first embodiment of a high-chromium material comprising 9 - 10 wt .-% chromium.
  • the inner housing is formed from a nickel-based material.
  • the outer inner casing is formed of a material comprising 1 - 2 wt .-% chromium.
  • Embodiments are not to scale, but the drawing is schematic and / or light
  • Figure 1 is a sectional view through a double-flow
  • the steam turbine 1 shown in Figure 1 is a
  • the steam turbine 1 comprises an outer housing 2, an inner inner housing 3, an outer inner housing 4 and a rotatably mounted rotor 5.
  • the rotor 5 is rotatable about a rotation axis 6
  • the outer housing 2 is formed from an upper part and a lower part, wherein the upper part above the
  • Rotation axis 6 is shown in the drawing plane.
  • Both the inner inner housing 3 and the outer inner housing 4 also has an upper part and a lower part, which, as in the outer housing 2, is constructed above and below the outer housing 2
  • Rotation axis 6 is arranged.
  • Outer housing 2 each have a horizontal parting line.
  • a high-pressure steam flows into a high-pressure inflow region 7. Subsequently, the high-pressure steam flows along a first flow direction 9 through a blading 8 (not shown), the guide vanes and
  • the blades are hereby arranged on the rotor 5 and the guide vanes on the inner inner casing 3 and outer inner casing 4. The temperature and the pressure of the high-pressure steam are thereby reduced. The high-pressure steam subsequently flows out of a high-pressure outflow region 10 out of the turbomachine to a reheater unit (not shown). Furthermore, not shown, the fluidic connection between the Hochdruckausström Society 10 and the
  • this steam flows as medium-pressure steam over a medium-pressure inflow region 11 along a second flow direction 12 along a
  • the medium pressure blading 13 has guide and blades not shown in detail.
  • the blades are here on the rotor 5 and the
  • Inner housing 4 is arranged.
  • the inner inner casing 3 and the outer inner casing 4 are arranged around the rotor 5.
  • the outer casing 2 is arranged.
  • the inner inner housing 3 is formed in the region of the high-pressure inflow region 7 and the medium-pressure inflow region 11. As in the high-pressure inflow 7 and in
  • the inner inner housing 3 is made of a higher quality material.
  • the inner inner casing 3 is formed of a nickel-based alloy.
  • the inner inner casing 3 is formed of a higher-grade material comprising 9-10% by weight of chromium.
  • the outer inner housing 4 may be formed of a less high-quality material.
  • the inner outer housing may be formed of a steel with 1 - 2 wt .-% chromium.
  • the outer inner housing 4 extends at least from
  • High pressure Ausström Scheme 10 along the axis of rotation 6 to the medium-pressure Ausström Scheme 14. That means that the inner inner housing 3 is disposed in the region of the high-pressure inflow region 7 and the medium-pressure inflow region 11 within the outer inner housing 4.
  • Inner housing 4 is adedampfhoffm 16 is formed.
  • Thisdedampfhoffm 16 is formed with a cooling steam flow line for the flow of cooling steam.
  • the cooling steam 16 is removed at a suitable location from the medium-pressure blading 13 and can be removed, for example, to a gap 17 between the inner inner casing 3 and the outer inner casing 4.
  • Blading 8 are sealed.
  • the cooling steam could optionally be supplied via the gap 17 from the medium-pressure blading 13 or via a second gap 22 from the blading 8.
  • the respective other side would have to be closed by a suitable first seal 23 or second seal 24.
  • the outer inner casing 4 is formed along the first flow 18 and the second flow 19.
  • the outer inner housing 4 has a
  • the inner inner casing 3 takes the high pressure inflow portion 7 and the
  • the inner inner housing 3 is characterized relatively small and thus cost-saving and offers a broadening of the potential suppliers because of the low tonnage.
  • Cooling steam may, for example, be led through the outer inner housing 4 into an evacuation space 21 or e.g. by a
  • Condensate dissipates or ensures sufficient residual flow in case of failure of the tap.
  • the inner inner housing 3, the outer inner housing 4 and the outer housing 2 are pressure-bearing.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend einen Rotor (5) sowie ein inneres Innengehäuse (3), ein äußeres Innengehäuse (4) und ein Außengehäuse (2), wobei die Strömungsmaschine eine erste Flut (18) und eine zur ersten Flut (18) entgegengesetzt angeordnete zweite Flut (19) für eine Hochdruck-Beschaufelung bzw. Mitteldruck-Beschaufelung aufweist, wobei das innere Innengehäuse (3) aus einem höherwertigen Material als das äußere Innengehäuse (4) gefertigt ist und lediglich die Hochdruck (7)- und Mitteldruck-Einströmungsbereiche (11) inklusive dem Ausgleichskolben (20) aufnimmt.

Description

Beschreibung
DAMPFTURBINE IN DREISCHALIGER BAUWEISE
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes inneres Innengehäuse und ein äußeres
Innengehäuse, wobei um das innere Innengehäuse und das äußere Innengehäuse ein Außengehäuse angeordnet ist, wobei die
Strömungsmaschine eine für Hochdruckdampf ausgebildete erste Flut und eine für Mitteldruckdampf ausgebildete zweite Flut aufweist, wobei die zweite Flut entgegengesetzt zur ersten Flut ausgerichtet ist.
Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampf¬ turbine verstanden. Eine Dampfturbine weist üblicher Weise einen drehbar gelagerten Rotor und ein Gehäuse, das um den Rotor angeordnet ist auf. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. Das Gehäuse in einer Dampfturbine muss mehrere Funktionen erfüllen können. Zum einen werden die Leitschaufeln im Strömungskanal am Gehäuse angeordnet und zum zweiten muss das Innengehäuse den Druck und den Temperaturen des Strömungsmediums für alle Last- und besondere Betriebsfälle standhalten. Bei einer Dampfturbine ist das Strömungsmedium Dampf. Des Weiteren muss das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass Zu- und Abführun¬ gen, die auch als Anzapfungen bezeichnet werden, möglich sind. Eine weitere Funktion, die ein Gehäuse erfüllen muss, ist die Möglichkeit, dass ein Wellenende durch das Gehäuse durchgeführt werden kann.
Bei den im Betrieb auftretenden hohen Spannungen, Drücken und Temperaturen ist es erforderlich, dass die Werkstoffe geeig¬ net ausgewählt werden sowie die Konstruktion derart gewählt ist, dass die mechanische Integrität und Funktionalität er¬ möglicht wird. Dafür ist es erforderlich, dass hochwertige Werkstoffe zum Einsatz kommen, insbesondere im Bereich der Einströmung und der ersten Leitschaufelnuten.
Für die Anwendungen bei Frischdampftemperaturen von über 650°C, wie z.B. 700°C, sind Nickel-Basis-Legierungen geeignet, da sie den bei hohen Temperaturen auftretenden Belastungen standhalten. Allerdings ist die Verwendung einer solchen Nickel-Basis-Legierung mit neuen Herausforderungen verbunden. So sind die Kosten für Nickel-Basis-Legierungen vergleichs- weise hoch und außerdem ist die Fertigbarkeit von Nickel- Basis-Legierungen, z.B. durch beschränkte Gussmöglichkeit be¬ grenzt. Dies führt dazu, dass die Verwendung von Nickel- Basis-Werkstoffen minimiert werden muss. Des Weiteren sind die Nickel-Basis-Werkstoffe schlechte Wärmeleiter. Dadurch sind die Temperaturgradienten über der Wandstärke so starr, dass Thermospannungen vergleichsweise hoch sind. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei der Verwendung von Nickel- Basis-Werkstoffen die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslass der Dampfturbine steigt.
Es werden derzeit verschiedene Konzepte verfolgt, um eine Dampfturbine bereitzustellen, die für hohe Temperaturen und für hohe Drücke geeignet ist. So ist es bekannt, eine aus mehreren Teilen umfassende Innengehäusestruktur in eine
Außengehäusestruktur einzuarbeiten gemäß dem Artikel Y.
Tanaka et al . "Advanced Design of Mitsubishi Large Steam Turbines", Mitsubishi Heavy Industries, Power Gen Europe, 2003, Düsseldorf, May 06.-08., 2003.
Es ist ebenso bekannt, ein Innengehäuse aus zwei Teilen aus- zubilden gemäß DE 10 2006 027 237 AI.
In der DE 342 1067 wird ebenfalls eine mehrkomponentige
Innengehäusestruktur offenbart sowie in der DE 103 53 451 AI.
In einer besonderen Ausführungsform der Strömungsmaschine sind der Hochdruck-Teil und der Mitteldruck-Teil in einem Außengehäuse untergebracht. Der Hochdruck-Teil wird mit
Frischdampf beaufschlagt, der in der Regel die höchsten
Dampfparameter wie Temperatur und Druck aufweist und direkt vom Dampferzeuger zur Hochdruck-Teilturbine strömt. Der aus dem Hochdruck-Teil nach Expansion ausströmende Dampf wird wiederum aus der Dampfturbine geleitet und zu einer
Zwischenüberhitzereinheit eines Kessels geführt, um dort wieder auf eine höhere Temperatur, die der
Frischdampftemperatur entsprechen kann, zu erhitzen. Dieser zwischenüberhitzte Dampf wird anschließend wieder in die Strömungsmaschine in den Mitteldruck-Teil geleitet und strömt anschließend durch eine Mitteldruck-Beschaufelung. Der
Hochdruck-Teil und der Mitteldruck-Teil weisen hierbei entgegengesetzt angeordnete Strömungsrichtungen auf. Solche Ausführungsformen werden Reverse-Flow-Strömungsmaschinen genannt. Es sind aber auch Strömungsmaschinen bekannt, die in einer so genannten Single-Flow-Bauart gefertigt werden. In dieser Bauart ist der Hochdruck-Teil und der Mitteldruck-Teil nacheinander angeordnet und wird in derselben
Strömungsrichtung durchströmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine weitere Möglichkeit anzubieten, eine Strömungsmaschine auszubilden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben .
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, eine
dreischalige Dampfturbine auszubilden. Das Innengehäuse wird hierbei in ein inneres Innengehäuse und ein äußeres
Innengehäuse ausgebildet. Das innere Innengehäuse ist im Bereich des Einströmbereichs angeordnet und muss daher den hohen Temperaturen und den hohen Drücken standhalten. Daher ist das innere Innengehäuse aus einem geeigneten Material, wie z.B. aus einer Nickel-Basislegierung oder aus einem höherwertigen Werkstoff wie z.B. einen Stahl, der 9 - 10 Gew.-% Chrom umfasst. Zwischen dem inneren Innengehäuse und dem Rotor ist der Strömungskanal ausgebildet. Das innere Innengehäuse weist daher Vorrichtungen wie z.B. Nuten, um darin Leitschaufeln zu tragen. Um das Innengehäuse ist ein äußeres Innengehäuse angeordnet. Wesentlich hierbei ist, dass zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren
Innengehäuse ein Kühldampfräum entsteht, der mit Kühlmedium beaufschlagt wird. Das äußere Innengehäuse ist dabei derart ausgebildet, dass es in Strömungsrichtung gesehen, an das innere Innengehäuse angrenzt und eine Begrenzung des
Strömungskanals darstellt, wobei auch in dem äußeren
Innengehäuse Vorrichtungen wie z.B. Nuten, vorgesehen sind, um Leitschaufeln tragen zu können.
Das äußere Innengehäuse wird durch Dampfeinleitung in den Kühldampfräum mit einem Dampf beaufschlagt, der eine
geringere Temperatur und einen geringeren Druck aufweist, so dass das Material des äußeren Innengehäuses weniger warmfest sein muss als das Material des inneren Innengehäuses.
Insbesondere genügt es, wenn das äußere Innengehäuse aus einem weniger hochwertigen Werkstoff ausgebildet ist. Um das innere Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse ist ein Außengehäuse angeordnet.
Die Strömungsmaschine weist eine erste Flut auf, die mit einem Hochdruckdampf beaufschlagt wird und in einer ersten Strömungsrichtung strömt. Des Weiteren weist die
Strömungsmaschine eine zweite Flut auf, die mit
Mitteldruckdampf beaufschlagt wird und in einer zweiten
Strömungsrichtung strömt. Die zweite Strömungsrichtung ist entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung, so dass diese Strömungsmaschine in einer so genannten Reverse-Flow-Bauart ausgebildet ist. Der Hochdruck-Einströmbereich und der
Mitteldruck-Einströmbereich werden von einem inneren
Innengehäuse umgeben bzw. ausgebildet. Das innere
Innengehäuse wird aus einem höherwertigen Material gefertigt und nimmt nur die Hochdruck- und Mitteldruck-Einströmung inklusive dem Ausgleichskolben sowie den Leitschaufelnuten bis zu der Stufe auf, die aus Temperatur- und
Festigkeitsgründen unbedingt notwendig ist. Dadurch kann das innere Innengehäuse kompakt gehalten platzsparend gefertigt werden und weist darüber hinaus ein geringeres Gewicht auf.
Zum Zuströmen von Kühldampf in den Kühldampfräum ist eine KühldampfStrömungsleitung vorgesehen. Die
KühldampfStrömungsleitung ist strömungstechnisch mit der zweiten Flut verbunden. Das bedeutet, dass der Mitteldruck- Dampf vorwiegend in den Kühldampfräum eingeströmt wird, der ideale Dampfparameter aufweist, um das innere Innengehäuse adäquat zu kühlen.
Die erste Flut weist einen Hochdruck-Ausströmbereich und die zweite Flut einen Mitteldruck-Ausströmbereich auf, wobei das äußere Innengehäuse sich von dem Hochdruck-Ausströmbereich bis zum Mitteldruck-Ausströmbereich erstreckt. Das äußere Innengehäuse erstreckt sich daher nahezu über den gesamten Beschaufelungsbereich des Rotors, wobei das äußere
Innengehäuse Vorrichtungen aufweist, um Leitschaufeln zu tragen. Allerdings wird nicht der gesamte Strömungsbereich mit Leitschaufeln im äußeren Innengehäuse ausgebildet. Im Bereich des inneren Innengehäuses, sind im äußeren
Innengehäuse keine Leitschaufeln angeordnet. In diesem
Bereich wird das innere Innengehäuse durch das äußere
Innengehäuse ummantelt. Das äußere Innengehäuse wird hierbei aus einem Oberteil und einem Unterteil ausgebildet. Das
Oberteil als auch das Unterteil sind wiederum aus einem Stück ausgebildet und erstrecken sich über die erste und zweite Flut .
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das äußere
Innengehäuse entlang der ersten Flut und der zweiten
ausgebildet .
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse ein Kühldampfräum ausgebildet. Der zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse im Betrieb befindliche Kühldampf stellt gleichzeitig die Isolierung zum äußeren Innengehäuse dar, welches den Kühldampfräum und das innere Innengehäuse umschließt und den Expansionspfad hinter der
Kühldampfentnähme ausbildet. Das äußere Innengehäuse befindet sich im Kontakt zu diesem Kühldampf und kann daher aus einem minderwertigeren Material als das innere Innengehäuse
gefertigt bzw. ausgebildet sein. Darüber hinaus werden die Primär- und Sekundärspannungen im äußeren Innengehäuse lediglich durch die Differenz zwischen dem Dampfzustand des Dampfes im Kühldampfräum und des Mitteldruck-Abdampfes beeinflusst. Primärspannungen sind mechanische Spannungen, die in Folge von äußeren Lasten, z.B. durch Dampfdrücke, Gewichtskräfte und ähnliches entstehen. Unter
Sekundärspannungen sind beispielsweise Thermospannungen zu verstehen und stellen mechanische Spannungen dar, die in Folge von nicht ausgeglichenen Temperaturfeldern oder
Behinderungen der Wärmedehnungen (thermische Verzwängungen) entstehen .
Die Strömungsmaschine wird unter anderem im Kühldampfräum mit einer Entwässerungsleitung ausgebildet, die bei einem
Stillstand oder Startvorgang ein anfallendes
Kondensationswasser ableitet oder bei einem Ausfall einer Anzapfung, welche durch Dampfentnähme über Stutzen aus dem Kühlraum beispielhaft realisiert sein könnte, eine
ausreichende Restbeströmung sicherstellt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Kühldampfräum mit einer Kühldampfausströmungsleitung zum Ausströmen von Kühldampf aus dem Kühldampfräum ausgebildet. Durch das im Betrieb fortwährende Ausströmen des Kühldampfes aus dem
Kühldampfräum wird eine sehr gute Kühlung erwirkt, wodurch die Werkstoffauslastungen (insbesondere Primär- und
Sekundärspannungen) in der Strömungsmaschine geringer werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Hochdruck- Ausströmbereich mit einer Zwischenüberhitzerleitung
verbunden. Dadurch kann der Hochdruckdampf zu einem
Zwischenüberhitzer geleitet werden und von einer niedrigen Temperatur auf eine hohe Temperatur erhitzt werden. Das innere Innengehäuse ist hierbei aus einem höherwertigen Werkstoff ausgebildet als das äußere Innengehäuse. Das innere Innengehäuse ist in einer ersten Ausführungsform aus einem hochchromigen Werkstoff, der 9 - 10 Gew.-% Chrom umfasst ausgebildet. In einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist das Innengehäuse aus einem Nickel-Basiswerkstoff ausgebildet. Das äußere Innengehäuse ist aus einem Werkstoff, der 1 - 2 Gew.-% Chrom umfasst ausgebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese sollen die
Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung in schematisierter und/oder leicht
verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird hier auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine zweiflutige
Dampfturbine .
Die in Figur 1 dargestellte Dampfturbine 1 ist eine
Ausführungsform einer Strömungsmaschine. Die Dampfturbine 1 umfasst ein Außengehäuse 2, ein inneres Innengehäuse 3, ein äußeres Innengehäuse 4 sowie einen drehbar gelagerten Rotor 5 auf. Der Rotor 5 ist um eine Rotationsachse 6 drehbar
gelagert. Das Außengehäuse 2 ist aus einem Oberteil und einem Unterteil ausgebildet, wobei das Oberteil oberhalb der
Rotationsachse 6 und das Unterteil unterhalb der
Rotationsachse 6 in der Zeichenebene dargestellt ist. Sowohl das innere Innengehäuse 3 und das äußere Innengehäuse 4 weist ebenfalls ein Oberteil und ein Unterteil auf, das wie beim Außengehäuse 2 ausgeführt, oberhalb und unterhalb der
Rotationsachse 6 angeordnet ist. Somit weisen das innere Innengehäuse 3, das äußere Innengehäuse 4 und das
Außengehäuse 2 jeweils eine horizontale Teilfuge auf. Im Betrieb strömt ein Hochdruckdampf in einen Hochdruck- Einströmbereich 7. Anschließend strömt der Hochdruckdampf entlang einer ersten Strömungsrichtung 9 durch eine nicht näher dargestellte Beschaufelung 8, die Leitschaufeln und
Laufschaufeln umfasst. Die Laufschaufeln sind hierbei auf dem Rotor 5 und die Leitschaufeln am inneren Innengehäuse 3 und äußeren Innengehäuse 4 angeordnet. Die Temperatur und der Druck des Hochdruckdampfes werden dadurch verringert. Der Hochdruckdampf strömt anschließend aus einem Hochdruck- Ausströmbereich 10 aus der Strömungsmaschine zu einer nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzereinheit. Des Weiteren nicht dargestellt, ist die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Hochdruckausströmbereich 10 und der
Zwischenüberhitzereinheit.
Nachdem der Hochdruckdampf nach der Zwischenüberhitzung wieder auf hohe Temperatur erhitzt wurde, strömt dieser Dampf als Mitteldruckdampf über einen Mitteldruck-Einströmbereich 11 entlang einer zweiten Strömungsrichtung 12 entlang einer
Mitteldruck-Beschaufelung 13. Die Mitteldruckbeschaufelung 13 weist nicht näher dargestellte Leit- und Laufschaufeln auf. Die Laufschaufeln sind hierbei auf dem Rotor 5 und die
Leitschaufeln am inneren Innengehäuse 3 und äußeren
Innengehäuse 4 angeordnet. Der durch die Mitteldruck- Beschaufelung 13 strömende Mitteldruckdampf strömt
anschließend aus einem Mitteldruck-Ausströmbereich 14 aus dem äußeren Innengehäuse 4 aus und strömt anschließend über ein Ausströmstutzen 15 aus der Strömungsmaschine 1 heraus. Das innere Innengehäuse 3 und das äußere Innengehäuse 4 sind um den Rotor 5 angeordnet. Um das innere Innengehäuse 3 und das äußere Innengehäuse 4 ist das Außengehäuse 2 angeordnet. Das innere Innengehäuse 3 ist im Bereich des Hochdruck- Einströmbereiches 7 und dem Mitteldruck-Einströmbereiches 11 ausgebildet. Da im Hochdruck-Einströmbereich 7 und im
Mitteldruck-Einströmbereich 11 die Temperaturen des Dampfes am höchsten sind, wird das innere Innengehäuse 3 aus einem höherwertigen Material gefertigt. In einer ersten Ausführungsform wird das innere Innengehäuse 3 aus einer Nickel-Basis-Legierung ausgebildet. In einer zweiten
Ausführungsform wird das innere Innengehäuse 3 aus einem höherwertigen Material, das 9 - 10 Gew.-% Chrom umfasst, ausgebildet. Das äußere Innengehäuse 4 kann aus einem weniger hochwertigen Material ausgebildet sein. In einer
Ausführungsform kann das innere Außengehäuse aus einem Stahl mit 1 - 2 Gew.-% Chrom ausgebildet sein.
Das äußere Innengehäuse 4 erstreckt sich zumindest vom
Hochdruckausströmbereich 10 entlang der Rotationsachse 6 bis zum Mitteldruck-Ausströmbereich 14. Das bedeutet, dass das innere Innengehäuse 3 im Bereich des Hochdruck- Einströmbereichs 7 und dem Mitteldruck-Einströmbereich 11 innerhalb des äußeren Innengehäuses 4 angeordnet wird.
Zwischen dem inneren Innengehäuse 3 und dem äußeren
Innengehäuse 4 ist ein Kühldampfräum 16 ausgebildet. Dieser Kühldampfräum 16 ist mit einer KühldampfStrömungsleitung zum Zuströmen von Kühldampf ausgebildet. Der Kühldampf 16 wird an einer geeigneten Stelle aus der Mitteldruck-Beschaufelung 13 entnommen und kann beispielsweise an einen Spalt 17 zwischen dem inneren Innengehäuse 3 und dem äußeren Innengehäuse 4 entnommen werden. Dabei muss der Kühldampfräum 16 zur
Beschaufelung 8 abgedichtet werden. Der Kühldampf könnte wahlweise über den Spalt 17 aus der Mitteldruck-Beschaufelung 13 oder über einen zweiten Spalt 22 aus der Beschaufelung 8 versorgt werden. Die jeweils andere Seite müsste durch eine geeignete erste Abdichtung 23 bzw. zweite Abdichtung 24 verschlossen werden.
Das äußere Innengehäuse 4 ist entlang der ersten Flut 18 und der zweiten Flut 19 ausgebildet. Die
KühldampfStrömungsleitung ist in der Figur nicht näher dargestellt. Das äußere Innengehäuse 4 weist eine
Kühldampfausströmungsleitung zum Ausströmen von Kühldampf aus dem Kühldampfräum 16 auf. Das innere Innengehäuse 3 nimmt mit anderen Worten den Hochdruck-Einströmbereich 7 und den
Mitteldruck-Einströmbereich 11 inklusive einem Ausgleichskolben 20 und nicht näher dargestellte Leitschaufelnuten bis zu der Stufe auf, die aus Temperatur- und Festigkeitsgründen unbedingt notwendig ist. Das innere Innengehäuse 3 ist dadurch verhältnismäßig klein und somit kostensparend und bietet wegen der geringen Tonnage eine Verbreiterung der potentiellen Lieferanten.
Der aus dem Kühldampfräum 16 wieder ausströmende Kühldampf führt zu einer guten Kühlwirkung. Dieser ausströmende
Kühldampf kann beispielweise durch das äußere Innengehäuse 4 in einen Abdampfräum 21 geführt oder z.B. durch eine
Anzapfung abgeführt werden. Das innere Innengehäuse 3 und das äußere Innengehäuse 4 werden gegeneinander mittels Dichtungen abgedichtet. Im Kühldampfräum 16 ist eine nicht näher
dargestellte Entwässerungsleitung, die bei einem Stillstand oder Startvorgang der Dampfturbine 1 ein anfallendes
Kondenswasser ableitet oder bei einem Ausfall der Anzapfung eine ausreichende Restdurchströmung sicherstellt. Das innere Innengehäuse 3, das äußere Innengehäuse 4 und das Außengehäuse 2 sind drucktragend ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
Strömungsmaschine
umfassend einen um eine Rotationsachse (6) drehbar gelagerten Rotor (5) , ein um den Rotor (5) angeordnetes inneres Innengehäuse (3) und ein äußeres Innengehäuse (4), wobei um das innere Innengehäuse (3) und das äußere Innengehäuse (4) ein Außengehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Strömungsmaschine eine für Hochdruckdampf ausgebildete erste Flut (18) und eine für
Mitteldruckdampf ausgebildete zweite Flut (19) aufweist, wobei die zweite Flut (19) entgegengesetzt zur ersten Flut (18) ausgerichtet ist, wobei
die erste Flut (18) einen Hochdruck-Einströmbereich (7) und die zweite Flut (19) einen Mitteldruck- Einströmbereich (11) aufweist und das innere
Innengehäuse (3) um den Hochdruck-Einströmbereich (7) und den Mitteldruck-Einströmbereich (11) angeordnet ist, wobei die KühldampfStrömungsleitung strömungstechnisch mit der zweiten Flut (19) verbunden ist,
wobei die erste Flut (18) einen Hochdruck- Ausströmbereich (10) und die zweite Flut (19) einen Mitteldruck-Ausströmbereich (14) aufweist, wobei das äußere Innengehäuse (4) sich von dem Hochdruck- Ausströmbereich (10) bis zum Mitteldruck-Ausströmbereich (14) erstreckt.
Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
wobei das äußere Innengehäuse (4) entlang der ersten Flut (18) und der zweiten Flut (19) ausgebildet ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei zwischen dem inneren Innengehäuse (3) und dem äußeren Innengehäuse (4) ein Kühldampfräum (16)
ausgebildet ist. Strömungsmaschine nach Anspruch 3,
wobei eine KühldampfStrömungsleitung zum Zuströmen von Kühldampf in den Kühldampfräum (16) vorgesehen ist.
Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Kühldampfräum (16) mit einer
Kühldampfausströmungsleitung zum Ausströmen von
Kühldampf aus dem Kühldampfräum (16) ausgebildet ist
Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Hochdruck-Ausströmbereich (10) mit einer Zwischenüberhitzer-Leitung verbindbar ist.
Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das innere Innengehäuse (3) aus einem
höherwertigen Werkstoff ausgebildet ist als das äußere Innengehäuse (4) .
Strömungsmaschine nach Anspruch 7,
wobei das innere Innengehäuse (3) aus einem
hochchromigen Werkstoff, der 9 - 10 Gew.-% Chrom umfasst, ausgebildet ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 7,
wobei das innere Innengehäuse (3) aus einem Nickel- Basis-Werkstoff ausgebildet ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 7, 8 oder 9,
wobei das äußere Innengehäuse (4) aus einem Werkstoff, der 1 - 2 Gew.-% Chrom umfasst, ausgebildet ist.
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