WO2015113661A1 - Dampfturbine mit einer drosseleinrichtung - Google Patents

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WO2015113661A1
WO2015113661A1 PCT/EP2014/074171 EP2014074171W WO2015113661A1 WO 2015113661 A1 WO2015113661 A1 WO 2015113661A1 EP 2014074171 W EP2014074171 W EP 2014074171W WO 2015113661 A1 WO2015113661 A1 WO 2015113661A1
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steam
turbine
steam turbine
rotary
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PCT/EP2014/074171
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Richard Geist
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F05D2250/411—Movement of components with one degree of freedom in rotation

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine.
  • a steam turbine the total enthalpy of process steam, in particular water vapor, is used to drive a work machine mechanically coupled to the steam turbine, for example a generator.
  • steam usually in the overheated state, is introduced into the steam turbine, which then flows through a flow channel formed between a housing and a rotor of the steam turbine and as a rule has a plurality of so-called turbine stages, usually divided into at least one high-pressure turbine part with one or more several high-pressure stages and a low-pressure turbine part with one or more low-pressure stages, overcomes.
  • Each of the turbine stages is thereby formed by a set of blades of the rotor and a set of vanes of the housing.
  • the released enthalpy is largely used for driving the machine.
  • the steam is made available independently of possibly changing operating conditions of the steam turbine with a defined, as constant as possible a pressure and a similar temperature in the extraction point.
  • a throttle device may be provided by means of a more or less strong throttling of the process steam, the required steam parameters are adjustable in the sampling point.
  • the control valve device is intended, on the one hand, to regulate the volume flow of the steam which flows over from the high-pressure turbine part into the low-pressure turbine part.
  • the entire volume flow or a partial volume flow of the steam should be conducted via a reheater in order to keep the water content of the steam entering the low-pressure part below a defined limit value.
  • a generic steam turbine having a first turbine stage and a second turbine stage and a throttling device for the process steam arranged between the first turbine stage and the second turbine stage is inventively characterized in that the throttle device comprises a first rotary valve and a second rotary valve, which are actuated separately , It is understood by "separately operable" that at least one of the rotary valve can be opened independently of the other rotary valve.
  • the (total) passage cross-section released by these can be better adapted to different operating states of the steam turbine.
  • first rotary slide valve and the second rotary slide valve release different passage cross-sections in the respectively fully opened state.
  • first turbine stage is part of a first stage group comprising several turbine stages
  • second turbine stage is part of a second stage group comprising several turbine stages.
  • first and second stage group (and thus also the first and second turbine stage) may be part of the same or, preferably, different partial turbines.
  • Sub-turbines are understood to mean, in particular, the high-pressure turbine part, the mid-pressure turbine part and the low-pressure turbine part (if present) of a steam turbine.
  • both rotary valves can be provided that this immovably within a housing of the steam turbine arranged (in particular annular or disk-shaped) fixed part and an axially (with respect to a rotation axis of the fixed part) offset and rotatable to this, preferably coaxially arranged (in particular annular or disk-shaped ),
  • both the fixed part and the rotating part in overlapping (in particular annular) sections form one or more passage openings, which by turning the rotary part relative to the fixed part in the most complete coverage (corresponding to the fully open position of the corresponding rotary valve) , in a non-overlapping position (corresponds to the fully closed position of the rotary valve) and in one or more (any number) intermediate positions are movable.
  • the improved adaptation of the volumetric flow of the process steam entering the second turbine stage can preferably be used to provide steam with a defined pressure for external use in one or more consumers connected to the steam turbine, at the same time a loss of efficiency due to throttling caused by the rotary valves the steam turbine is kept as low as possible.
  • the steam turbine preferably before (upstream) of the throttle device on a steam extraction point.
  • a particularly compact arrangement of the at least two rotary valves can be achieved if they are arranged coaxially. Particularly preferably, it can be provided when the second rotary valve radially surrounds the first rotary valve.
  • a design of the steam turbine with the greatest possible efficiency in two defined operating load states can be achieved if a first feed channel is formed downstream of the first rotary vane and a second feed channel is formed downstream of the second rotary vane.
  • binencut is integrated into the first feed channel and wherein the first feed channel and the second feed channel open downstream of the intermediate turbine stage in a second turbine stage integrating flow space.
  • a first load operating state which may be a (first) partial load operating state of the steam turbine
  • the steam (not drawn) can be conducted essentially exclusively through the first rotary slide valve (for which the second rotary slide valve is complete) should be closed), causing the steam
  • the first rotary valve should preferably be opened as completely as possible so that the flow loss caused by it can be kept as low as possible.
  • the steam turbine is equipped with a removal point for at least one consumer supplied steam, but can also be provided to partially close the first rotary valve to adjust the pressure in the sampling point to a defined pressure.
  • a second load operating state in particular a full-load operating state or a second partial-load operating state of the steam turbine, which is characterized by a higher load compared to the first part-load operating state, however, can be provided to open the second rotary valve, which can be achieved that substantially total volume flow of the (not removed) steam via the second feed channel bypassing the intermediate turbine stage is guided to the second turbine stage adapted to the higher pressure and / or the higher volume flow.
  • the first rotary valve is closed or opened, since even with the first rotary valve open the majority of the volume flow of the (not removed) steam because of the arranged in the first feed channel, representing a considerable flow resistance intermediate turbine stage by the second rotary valve and the second feed channel will flow.
  • the second rotary valve should preferably be as completely open as possible so that the flow loss caused by this can be kept as low as possible.
  • first rotary valve can be structurally and in particular manufacturing technically complex
  • second rotary valve followed by the second supply channel, in which preferably no turbine stage is integrated to provide a structurally simpler embodiment.
  • this can easily be introduced, rectilinear passage openings form.
  • the (total) passage cross section of the second rotary valve is greater than that of the first rotary valve (in each case in the fully open position of the rotary valve).
  • FIG. 1 shows a steam turbine according to the invention in a
  • FIG. 2 shows a first rotary valve of the steam turbine in a view from the front
  • FIG. 3 shows the first rotary slide in a radial section along the sectional plane III - III in FIG. 2;
  • Figure 4 shows a cross section through two webs of
  • Figure 5 shows a cross section through two webs of
  • FIG. 6 shows a second rotary valve of the steam turbine in a view from the front
  • FIG. 7 shows the second rotary valve in a radial section along the sectional plane VII - VII in FIG. 6.
  • the steam turbine shown in FIG. 1 comprises a rotor 1, which is rotatably mounted within a housing 2.
  • the rotor 1 comprises a shaft 3 connected to an input shaft a driven by the steam turbine working machine (not shown) or a switched between the steam turbine and the machine gear (not shown) may be mechanically coupled.
  • a circumferential flow channel 4 is formed for steam, in which a plurality, here a total of five stage group 5 are integrated.
  • Each stage group 5 comprises a plurality of turbine stages which are formed by a plurality of guide blade sets and rotor blades, arranged alternately in the longitudinal direction of the shaft 3.
  • Each rotor blade comprises a plurality of uniformly distributed over the circumference of the shaft 3 arranged, connected to this Laufschaufein.
  • Each set of vanes includes a plurality of evenly spaced circumferentially spaced apart circumferentially of the shaft 3 vanes connected to the housing 2 via vane carriers 6.
  • the rotor blades and guide vanes protruding into the flow channel 4 cause multiple acceleration and deflection of the steam flow, wherein enthalpy of the steam is converted into kinetic energy of the then rotatably driven rotor 1.
  • An annular flow around the rotor 1 inlet channel 7 is in fluid communication with a supply line 8 for the steam.
  • Steam introduced into the steam turbine thus first enters the inflow channel 7 and can be distributed in this. From there, the steam flows over a plurality of uniformly spaced over the circumference of the inflow channel 7 arranged, axially (with respect to the longitudinal or rotational axis 9 of the rotor 1) aligned overflow 10 in a
  • Radraum 11 designated portion of the flow channel 4. While the overflow channels 10 may be formed nozzle-shaped in order to achieve an acceleration of the vapor flow. From the wheel chamber 11 from the steam then flows through the individual stage groups 5 of the steam turbine, which is relaxed and cools. After flowing through all the turbine stages 5, the (not removed) steam is discharged via an end stage 12 from the flow channel 4 and fed via an exhaust steam 30 to a downstream capacitor (not shown).
  • the steam turbine has a high-pressure turbine section 13 with a total of three step groups 5 and a low-pressure turbine section 14 with a total of two step groups 5.
  • the individual step groups 5 of the high-pressure turbine part 13 on the one hand and the low-pressure turbine part 14 on the other hand differ with regard to the design of the guide blade set and the rotor blade sets.
  • the sizes of the guide and rotor blades are adapted to the different pressures and temperatures of the steam flowing through in the individual stage groups 5.
  • a throttle device 15 is arranged, which has to flow through the steam in order to be able to reach the low-pressure turbine part 14.
  • the throttle device 15 comprises two rotary valves 16, 17.
  • a first rotary valve 16 is arranged such that it connects a first, downstream of this feed channel 18 in the open position fluidly connected to the upstream of the throttle device 15 located portion of the flow channel 4.
  • a second rotary valve 17 surrounds the first rotary valve 16 and is arranged coaxially thereto. In the open position, the second rotary valve 17 connects a second, downstream of this feed channel 19 to the upstream of the throttle device 15 located portion of the flow channel 4.
  • the first feed channel 18 and the second feed channel 19 open into a flow chamber 20, the last in the flow direction stage group 5 integrated.
  • the flow space 20 as well as the two feed channels 18, 19 constitute sections of the flow channel 4.
  • a removal point 21 for steam Upstream of the throttle device 15 is a removal point 21 for steam, which is to be supplied to one or more consumers, not shown, for example, heating or industrial purposes arranged.
  • the extracted steam should have a defined pressure, which is adjustable by an adjustment, ie by closing or a more or less wide opening of the rotary valve 16, 17. In principle, an increasing closing of the rotary slides 16, 17 leads to a regulation of the pressure in the area of the removal point 21.
  • the invention it is provided to allow the non-extracted steam to be overflowed from the high-pressure turbine part 13 into the low-pressure turbine part 14 in two ways.
  • a first defined (partial) load operating state of the steam turbine the first rotary valve 16 is open and the second rotary valve 17 is closed (compare FIG. 1).
  • the vapor not drawn off flows through a passage cross-section released from the first rotary slide 16 into the first feed channel 18.
  • the steam flows through an (intermediate) stage group 5 integrated therein, which converts several intermediate turbine stages 5c according to the invention - sums up.
  • the intermediate stage group 5 is adapted as optimally as possible to the pressure and the volume flow in this first (partial) load operating state, in particular with regard to the size of the rotor blades and the guide vanes of the individual intermediate turbine stages 5c. Subsequently, the steam still flows through the last stage group 5 of the steam turbine in front of the output stage 12, which comprises a plurality of second turbine stages 5b in the sense of the invention. As the first turbine stage 5a in the sense of the invention, each of the turbine stages of the stage groups 5 of the high-pressure turbine part 13 can be considered.
  • the steam turbine is designed such that the first rotary valve 16 in the defined first (partial
  • Load operating state is substantially completely open, while a defined volume flow of the steam with a defined pressure can be removed. If this is temporarily not the case because of fluctuating operating parameters of the steam turbine, the pressure and thus also the volumetric flow of the extracted steam can be increased by a partial closing of the first rotary valve 16.
  • a second defined (full or partial) load operating state of the steam turbine which is characterized by a higher load and thus a greater pressure and a larger volume flow of the steam compared to the first Lastbe-, the second rotary valve 17 is opened.
  • essentially the entire volume flow of the vapor not drawn off flows through a passage cross-section released by the second rotary valve 17 and the second feed channel 19 adjoining it, and thus becomes direct, i.e., unobstructed. bypassing the intermediate group 5, the last stage group 5 fed (see dash-dotted arrow in Figure 1).
  • the last stage group 5 is adapted as optimally as possible to the pressure and the volume flow in this second load operating state, in particular with regard to the size of the rotor blades and the guide vanes of the individual (second) turbine stages 5b.
  • the steam turbine is in turn designed such that the second rotary valve 17 is substantially completely opened in the second load operating state and in this case a defined volume flow of the steam can be taken with a defined pressure. If this is temporarily not the case because of fluctuating operating parameters of the steam turbine, the pressure and thus also the volume flow of the extracted steam can be increased by a partial closing of the second rotary valve 17.
  • FIGS. 2 to 5 show a possible embodiment of the first rotary valve 16 of the steam turbine shown in FIG.
  • the rotary valve 16 includes a fixed ring 22 which is immovably connected to the guide blade carrier 6 of the intermediate stage group 5, for example screwed. Axially offset and in a coaxial arrangement, a rotary ring 23 is rotatably mounted on the fixed ring 22. In mutually covering annular portions of the fixed ring 22 and the rotary ring 23, these have a plurality of regularly spaced webs 24, 25 on. Adjacent webs 24, 25 of fixed ring 22 and rotary ring 23 each define a passage opening 26, 27 for steam.
  • Webs 24 of the rotary ring 22, the passage openings 27 of the fixed ring 22 completely release, and be placed in any intermediate positions between these end positions.
  • This may for example comprise a servo motor which engages via a spindle on a eccentrically mounted on the outer circumference of the rotary ring 23 lever member 28 and causes by a movement along the double arrow shown in Figure 2, the defined rotational movement of the rotary ring.
  • the webs 25 of the fixed ring 22 together with the webs 24 of the rotary ring 23 in the fully open position of the first rotary valve 16 vanes which are similar in shape and arrangement to the vanes of the guide blade sets of the intermediate turbine stage 5c or correspond.
  • the first rotary valve 16 therefore serves as the (first upstream) first guide blade set for the intermediate stage group 5.
  • the first rotary valve 16 is thus followed by a rotor assembly of the intermediate stage group 5.
  • the special shape of the webs 24, 25 leads to the smallest possible flow resistance caused by the first rotary valve 16, in particular in its fully open position.
  • Figures 6 and 7 show the alternative embodiment of the second rotary valve 17. Also for this is a
  • Fixed ring 22 is provided which is immovably connected to the (combined) guide vane carrier 6 of the intermediate stage group 5 and the last stage group 5. Axially offset in turn a rotary ring 23 is rotatably mounted on the fixed ring 22.
  • Fixed ring 22 and rotary ring 23 each have a plurality of uniformly spaced staggered passage openings 26, 27, wherein the passage openings 27 of the Festrings ring 22 on the one hand and the passage openings 26 of the rotary ring 23 on the other hand have substantially the same shape and size and in particular one rectilinear, parallel to the axis of rotation 29 of the rotary ring 23 aligned course.
  • the rotary ring 23 can be rotated relative to the fixed ring 22 in the second rotary slide 17 by means of an actuating element, not shown, which acts on a lever element 28 eccentrically arranged on the outer circumference of the rotary ring 23, whereby the passage openings 26 , 27 of fixed ring 22 and rotary ring 23 in a fully overlapping position (corresponding to the fully open position of the second rotary valve 17), in a non-overlapping position (corresponding to the fully closed position of the second rotary valve 17) and any partially overlapping positions are movable.

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Abstract

Eine Dampfturbine mit einer ersten Turbinenstufe (5a) und einer zweiten Turbinenstufe (5b) sowie einer zwischen der ersten Turbinenstufe (5a) und der zweiten Turbinenstufe (5b) angeordneten Drosseleinrichtung (15) für Dampf ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (15) einen ersten Drehschieber (16) und einen zweiten Drehschieber (17) umfasst, die getrennt betätigbar sind.

Description

Beschreibung
DAMPFTURBINE MIT EINER DROSSELEINRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine. In einer Dampfturbine wird die Totalenthalpie von Prozessdampf, insbesondere Wasserdampf, genutzt, um eine mit der Dampfturbine mechanisch gekoppelte Arbeitsmaschine, beispielsweise einen Generator, anzutreiben. Dazu wird dampf, in der Regel im überhitzten Zustand, in die Dampfturbine einge- bracht, der dann ein zwischen einem Gehäuse und einem Rotor der Dampfturbine ausgebildeten Strömungskanal durchströmt und dabei in der Regel mehrere sogenannte Turbinenstufen, zumeist aufgeteilt in zumindest einen Hochdruckturbinenteil mit einer oder mehreren Hochdruckstufen und einen Niederdruckturbinen- teil mit einer oder mehreren Niederdruckstufen, überwindet. Jede der Turbinenstufen wird dabei von einem Satz Laufschaufeln des Rotors und einem Satz Leitschaufeln des Gehäuses gebildet. Beim Durchströmen der Dampfturbine wird der Dampf entspannt und abgekühlt. Die dabei freiwerdende Enthalpie wird weitgehend für den Antrieb der Arbeitsmaschine genutzt.
Es ist auch bekannt, einer Dampfturbine Dampf zu entnehmen, um diesen einem oder mehreren Verbrauchern zuzuführen. Dies erfolgt in der Regel stromab der letzten Hochdruckstufe und stromauf der ersten Niederdruckstufe, da dann bereits ein
Großteil der Enthalpie des Dampfs auf die Welle der Dampfturbine übertragen wurde und der Dampf dennoch einen (Über- ) Druck und eine Temperatur aufweist, die diesen für die
Fremdnutzung in angeschlossenen Verbrauchern geeignet machen.
In der Regel wird gefordert, dass der Dampf unabhängig von möglicherweise sich verändernden Betriebsbedingungen der Dampfturbine mit einem definierten, möglichst konstanten Druck und einer ebensolchen Temperatur in der Entnahmestelle zur Verfügung gestellt wird. Um dies zu gewährleisten kann eine Drosselvorrichtung vorgesehen sein, durch die mittels einer mehr oder weniger starken Drosselung des Prozessdampfs die geforderten Dampfparameter in der Entnahmestelle einstellbar sind. Aus der DE 10 2010 041 627 AI ist eine Dampfturbine mit einer zwischen dem Hochdruckturbinenteil und dem Niederdruckturbinenteil angeordneten Regelventileinrichtung bekannt. Durch die Regelventileinrichtung soll zum einen der von dem Hochdruckturbinenteil in den Niederdruckturbinenteil überströmen- de Volumenstrom des Dampfs geregelt werden. Zudem soll damit bedarfsweise der gesamte Volumenstrom oder ein Teilvolumenstrom des Dampfs über einen Zwischenüberhitzer geleitet werden, um den Wassergehalt des in den Niederdruckteil eintretenden Dampfs unterhalb eines definierten Grenzwerts zu hal- ten.
Aus der WO 2009/007383 AI ist es bekannt, anstelle einer Regelventileinrichtung gemäß der DE 10 2010 041 627 AI einen Drehschieber mit einem unbeweglich angeordneten, eine Mehr- zahl von Durchlassöffnungen ausbildenden Festring sowie einem koaxial zu dem Festring angeordneten, an diesem axial versetzt anliegenden Drehring vorzusehen. Der Drehring weist ebenfalls Durchlassöffnungen auf, die durch ein Verdrehen des Drehrings mehr oder weniger in Überdeckung mit den Durchlass- Öffnungen gebracht werden können, wodurch der Gesamtdurchlassquerschnitt veränderbar ist.
Vorteilhaft an dem aus der WO 2009/007383 AI bekannten Drehschieber im Vergleich zu der aus der DE 10 2010 041 627 AI bekannten Regelventileinrichtung sind der deutlich geringere konstruktive Aufwand und Bauraumbedarf. Nachteilig ist dagegen, dass nur bei voll geöffnetem Drehschieber der bestmögliche Wirkungsgrad für die Dampfturbine erzielt werden kann. Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Drehschieber als Drosseleinrichtung versehene Dampfturbine insbesondere hinsichtlich eines Teillastwirkungsgrads zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Dampfturbine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Pa- tentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Eine gattungsgemäße Dampfturbine mit einer ersten Turbinenstufe und einer zweiten Turbinenstufe sowie einer zwischen der ersten Turbinenstufe und der zweiten Turbinenstufe ange- ordneten Drosseleinrichtung für den Prozessdampf, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung einen ersten Drehschieber und einen zweiten Drehschieber umfasst, die getrennt betätigbar sind. Dabei wird unter „getrennt betätigbar" verstanden, dass zumindest einer der Drehschieber unabhängig von dem anderen Drehschieber geöffnet werden kann.
Durch die mindestens zwei Drehschieber kann der von diesen freigegebene (Gesamt- ) Durchlassquerschnitt besser an verschiedene Betriebszustände der Dampfturbine angepasst werden.
Dies gilt insbesondere, wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, der erste Drehschieber und der zweite Drehschieber im jeweils voll geöffneten Zustand unterschiedliche Durchlassquerschnitte freigeben.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Turbinenstufe Teil einer ersten, mehrere Turbinenstufen umfassenden Stufengruppe und die zweite Turbinenstufe Teil einer zweiten, mehrere Turbinenstufen umfassenden Stufengruppe ist. Dabei können die erste und zweite Stufengruppe (und damit auch die erste und zweite Turbinenstufe) Teil derselben oder, bevorzugt, unterschiedlicher Teilturbinen sein. Als Teilturbinen werden dabei insbesondere der Hochdruckturbinenteil, der Mit- tedruckturbinenteil und der Niederdruckturbinenteil (soweit vorhanden) einer Dampfturbine verstanden. Für beide Drehschieber kann vorgesehen sein, dass diese einen unbeweglich innerhalb eines Gehäuses der Dampfturbine angeordneten (insbesondere ring- oder scheibenförmigen) Festteil und einen axial (bezüglich einer Drehachse des Festteils) versetzt und drehbar zu diesem, vorzugsweise koaxial angeordneten (insbesondere ring- oder scheibenförmigen) Drehteil aufweisen, wobei sowohl der Festteil als auch der Drehteil in sich überdeckenden (insbesondere ringförmigen) Abschnitten eine oder mehrere Durchlassöffnungen ausbilden, die durch ein Verdrehen des Drehteils relativ zu dem Festteils in möglichst vollständige Überdeckung (entspricht der vollständig geöffneten Stellung des entsprechenden Drehschiebers) , in eine nicht überdeckende Stellung (entspricht der vollständig geschlossenen Stellung des Drehschiebers) und in eine oder mehrere (auch beliebig viele) Zwischenstellungen bewegbar sind.
Die verbesserte Anpassung des Volumenstroms des in die zweite Turbinenstufe eintretenden Prozessdampfs kann vorzugsweise dazu genutzt werden, Dampf mit einem definierten Druck für eine Fremdnutzung in einem oder mehreren an die Dampfturbine angeschlossenen Verbrauchern bereitzustellen, wobei gleichzeitig ein in einer durch die Drehschieber bedingten Drosselung begründeter Wirkungsgradverlust für die Dampfturbine möglichst gering gehalten wird. Für die Bereitstellung des Dampfs weist die Dampfturbine vorzugsweise vor (stromauf) der Drosseleinrichtung eine Dampfentnahmestelle auf.
Eine insbesondere kompakte Anordnung der mindestens zwei Drehschieber kann erreicht werden, wenn diese koaxial ange- ordnet sind. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, wenn der zweite Drehschieber den ersten Drehschieber dabei radial umgibt .
Eine Auslegung der Dampfturbine mit möglichst großem Wir- kungsgrad in zwei definierten Betriebslastzuständen kann erreicht werden, wenn stromab des ersten Drehschiebers ein erster Zuführkanal und stromab des zweiten Drehschiebers ein zweiter Zuführkanal ausgebildet ist, wobei eine Zwischentur- binenstufe in den ersten Zuführkanal integriert ist und wobei der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal stromab der Zwischenturbinenstufe in einen die zweite Turbinenstufe integrierenden Strömungsraum münden. Dadurch kann in vorteil - hafter Weise erreicht werden, dass der Dampf in Abhängigkeit von dessen Druck und/oder Volumenstrom nach dem Durchströmen der Drosseleinrichtung durch insbesondere hinsichtlich der Größe der Turbinenschaufeln angepasste Turbinenstufen geführt wird. Dies kann sich besonders positiv auf den Wirkungsgrad der Dampfturbine auswirken.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass in einem ersten Lastbetriebszustand, bei dem es sich um einen (ersten) Teil- lastbetriebszustand der Dampfturbine handeln kann, der (nicht entnommene) Dampf im Wesentlichen ausschließlich durch den ersten Drehschieber zu leiten (wozu der zweite Drehschieber vollständig geschlossen sein sollte) , wodurch der Dampf
(auch) die Zwischenturbinenstufe durchströmt. Dabei sollte der erste Drehschieber vorzugsweise möglichst vollständig ge- öffnet sein, da so der von diesem verursachte Strömungsverlust möglichst gering gehalten werden kann.
Sofern die Dampfturbine mit einer Entnahmestelle für mindestens einem Verbraucher zuzuführenden Dampf ausgestattet ist, kann aber auch vorgesehen sein, den ersten Drehschieber teilweise zu schließen, um den Druck in der Entnahmestelle auf einen definierten Druck einzustellen.
In einem zweiten Lastbetriebszustand, insbesondere einem Vollastbetriebszustand oder einem zweiten Teillastbetriebszu- stand der Dampfturbine, der durch eine im Vergleich zum ersten Teillastbetriebszustand höhere Last gekennzeichnet ist, kann dagegen vorgesehen sein, den zweiten Drehschieber zu öffnen, wodurch erreicht werden kann, dass im Wesentlichen der gesamte Volumenstrom des (nicht entnommenen) Dampfs über den zweiten Zuführkanal unter Umgehung der Zwischenturbinenstufe zu der an den höheren Druck und/oder den höheren Volumenstrom angepassten zweiten Turbinenstufe geführt wird. Da- bei kann vorgesehen sein, dass der erste Drehschieber geschlossen oder geöffnet ist, da auch bei geöffnetem ersten Drehschieber der Großteil des Volumenstroms des (nicht entnommenen) Dampfs wegen der im ersten Zuführkanal angeordne- ten, einen erheblichen Strömungswiderstand darstellenden Zwischenturbinenstufe durch den zweiten Drehschieber und den zweiten Zuführkanal strömen wird.
Dabei sollte der zweite Drehschieber vorzugsweise möglichst vollständig geöffnet sein, da so der von diesem verursachte Strömungsverlust möglichst gering gehalten werden kann.
Auch in dem zweiten Lastbetriebszustand kann, sofern die Dampfturbine mit einer Entnahmestelle für mindestens einem Verbraucher zuzuführenden Dampf ausgestattet ist, vorgesehen sein, den zweiten Drehschieber teilweise zu schließen, um den Druck des Dampfs in der Entnahmestelle auf den für die Entnahme vorgesehenen Druck einzustellen. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform einer solchen erfindungsgemäßen Dampfturbine kann vorgesehen sein, dass Durchlassöffnungen ausbildende Stege des ersten Drehschiebers in dessen vollständig geöffneter Stellung als Leitschaufel - satz für die Zwischenturbinenstufe ausgebildet sind. Dadurch kann für den ersten Drehschieber eine vorteilhafte Doppelfunktion realisiert werden. Zudem kann diese spezifische Form der Stege für einen besonders geringen Strömungswiderstand, insbesondere in der vollständig geöffneten Stellung des ersten Drehschiebers, sorgen.
Da eine solche Ausgestaltung des ersten Drehschiebers konstruktiv und insbesondere herstellungstechnisch aufwändig sein kann, kann vorzugsweise vorgesehen sein, für den zweiten Drehschieber, an den sich der zweite Zuführkanal anschließt, in den vorzugsweise keine Turbinenstufe integriert ist, eine konstruktiv einfachere Ausführungsform vorzusehen. Insbesondere kann dieser einfach einzubringende, geradlinig verlaufende Durchlassöffnungen ausbilden. Insbesondere um die Drehschieber an die unterschiedlichen Volumenströme in den verschiedenen Lastbetriebszuständen anzupassen kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der (Gesamt-) Durchlassquerschnitt des zweiten Drehschiebers größer als derjenige des ersten Drehschiebers ist (jeweils in vollständig geöffneter Stellung der Drehschieber) .
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeich- nungsfiguren näher erläutert. Es zeigt schematisch:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Dampfturbine in einem
Längsschnitt ; Figur 2 einen ersten Drehschieber der Dampfturbine in einer Ansicht von vorne;
Figur 3 den ersten Drehschieber in einem Radialschnitt entlang der Schnittebene III - III in Figur 2 ;
Figur 4 einen Querschnitt durch zwei Stege von
Festring und Drehring des ersten Drehschiebers in dessen vollständig geschlossener Stellung; Figur 5 einen Querschnitt durch zwei Stege von
Festring und Drehring des ersten Drehschiebers in dessen vollständig geöffneter Stellung;
Figur 6 einen zweiten Drehschieber der Dampfturbine in einer Ansicht von vorne; und
Figur 7 den zweiten Drehschieber in einem Radial - schnitt entlang der Schnittebene VII - VII in der Figur 6.
Die in der Figur 1 dargestellte Dampfturbine umfasst einen Rotor 1, der drehbar innerhalb eines Gehäuses 2 gelagert ist. Der Rotor 1 umfasst eine Welle 3, die mit einer Eingangswelle einer mittels der Dampfturbine anzutreibenden Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) oder eines zwischen die Dampfturbine und die Arbeitsmaschine geschalteten Getriebes (nicht dargestellt) mechanisch gekoppelt sein kann.
Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Rotor 1 ist ein umlaufender Strömungskanal 4 für Dampf ausgebildet, in den mehrere, hier insgesamt fünf Stufengruppe 5 integriert sind. Jede Stufengruppe 5 umfasst mehrere Turbinenstufen, die - in abwechseln- der Anordnung in Längsrichtung der Welle 3 - von einer Mehrzahl von Leitschaufelsätzen und Laufschaufeisätzen ausgebildet werden. Jeder Laufschaufeisatz umfasst eine Mehrzahl von in gleichmäßiger Teilung über dem Umfang der Welle 3 verteilt angeordneten, mit dieser verbundenen Laufschaufein . Jeder Leitschaufelsatz umfasst eine Mehrzahl von in gleichmäßiger Teilung über dem Umfang der Welle 3 verteilt angeordneten, mit dem Gehäuse 2 über Leitschaufelträger 6 verbundenen Leitschaufeln . Die in den Strömungskanal 4 ragenden Laufschaufein und Leit- schaufeln bewirken eine mehrfache Beschleunigung und Umlen- kung der DampfStrömung, wobei Enthalpie des Dampfs in Bewegungsenergie des dann rotierend angetriebenen Rotors 1 umgesetzt wird.
Ein um den Rotor 1 ringförmig umlaufender Einströmkanal 7 steht in fluidleitender Verbindung mit einer Zuleitung 8 für den Dampf . In die Dampfturbine eingebrachter Dampf gelangt somit zuerst in den Einströmkanal 7 und kann sich in diesem verteilen. Von dort strömt der Dampf über mehrere, in gleichmäßiger Teilung über dem Umfang des Einströmkanals 7 angeordnete, axial (bezüglich der Längs- bzw. Rotationsachse 9 des Rotors 1) ausgerichtete Überströmkanäle 10 in einen als
Radraum 11 bezeichneten Abschnitt des Strömungskanals 4. Da- bei können die Überströmkanäle 10 düsenförmig ausgebildet sein, um eine Beschleunigung der DampfStrömung zu erreichen. Von dem Radraum 11 aus strömt der Dampf dann durch die einzelnen Stufengruppen 5 der Dampfturbine, wobei dieser entspannt wird und abkühlt. Nach dem Durchströmen aller Turbinenstufen 5 wird der (nicht entnommene) Dampf über eine End- stufe 12 aus dem Strömungskanal 4 abgeführt und über einen Abdampf 30 einem nachgeschalteten Kondensator (nicht dargestellt) zugeführt.
Die Dampfturbine weist einen Hochdruckturbinenteil 13 mit insgesamt drei Stufengruppen 5 sowie einen Niederdruckturbinenteil 14 mit insgesamt zwei Stufengruppen 5 auf. Die einzelnen Stufengruppen 5 des Hochdruckturbinenteils 13 einerseits und des Niederdruckturbinenteils 14 andererseits unterscheiden sich hinsichtlich der Auslegung der Leitschaufelsät- ze und der Laufschaufeisätze . Dabei sind unter anderem die Größen der Leit- und Laufschaufein an die in den einzelnen Stufengruppen 5 herrschenden, unterschiedlichen Drücke und Temperaturen des durchströmenden Dampfs angepasst. Zwischen dem Hochdruckturbinenteil 13 und dem Niederdruckturbinenteil 14 ist eine Drosseleinrichtung 15 angeordnet, die der Dampf durchströmen muss, um in den Niederdruckturbinenteil 14 gelangen zu können. Die Drosseleinrichtung 15 umfasst zwei Drehschieber 16, 17. Dabei ist ein erster Drehschieber 16 derart angeordnet, dass dieser einen ersten, stromab von diesem gelegenen Zuführkanal 18 in geöffneter Stellung fluid- leitend mit dem stromauf der Drosseleinrichtung 15 gelegenen Abschnitt des Strömungskanals 4 verbindet. Ein zweiter Drehschieber 17 umgibt den ersten Drehschieber 16 und ist koaxial zu diesem angeordnet. In geöffneter Stellung verbindet der zweite Drehschieber 17 einen zweiten, stromab von diesem gelegenen Zuführkanal 19 mit dem stromauf der Drosseleinrichtung 15 gelegenen Abschnitt des Strömungskanals 4. Der erste Zuführkanal 18 und der zweite Zuführkanal 19 münden in einen Strömungsraum 20, der die in Strömungsrichtung letzte Stufengruppe 5 integriert. Der Strömungsraum 20 ebenso wie die zwei Zuführkanäle 18, 19 stellen Abschnitte des Strömungskanals 4 dar . Stromauf der Drosseleinrichtung 15 ist eine Entnahmestelle 21 für Dampf, der einem oder mehreren nicht dargestellten Verbrauchern für beispielsweise Heiz- oder industrielle Zwecke zugeführt werden soll, angeordnet. Dabei soll der entnommene Dampf einen definierten Druck aufweisen, der durch ein Verstellen, d.h. durch ein Verschließen oder ein mehr oder weniger weites Öffnen der Drehschieber 16, 17 einstellbar ist. Grundsätzlich führt dabei ein zunehmendes Schließen der Dreh- Schieber 16, 17 zu einer Regulierung des Drucks im Bereich der Entnahmestelle 21.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den nicht entnommenen Dampf auf zwei Wegen von dem Hochdruckturbinenteil 13 in den Nie- derdruckturbinenteil 14 überströmen zu lassen. In einem ersten definierten (Teil -) Lastbetriebszustand der Dampfturbine ist der erste Drehschieber 16 geöffnet und der zweite Drehschieber 17 geschlossen (vgl. Fig. 1) . Dadurch strömt der nicht entnommene Dampf durch einen von dem ersten Drehschie- ber 16 freigegebenen Durchlassquerschnitt in den ersten Zuführkanal 18. In dem ersten Zuführkanal 18 durchströmt der Dampf eine darin integrierte (Zwischen- ) Stufengruppe 5, die mehrere Zwischenturbinenstufen 5c im Sinne der Erfindung um- fasst. Die Zwischenstufengruppe 5ist insbesondere hinsicht- lieh der Größe der Laufschaufeln und der Leitschaufeln der einzelnen Zwischenturbinenstufen 5c möglichst optimal an den Druck und den Volumenstrom in diesem ersten (Teil- ) Lastbetriebszustand angepasst. Anschließend durchströmt der Dampf noch die letzte Stufengruppe 5 der Dampfturbine vor der Endstufe 12, die mehrere zweite Turbinenstufen 5b im Sinne der Erfindung umfasst. Als erste Turbinenstufe 5a im Sinne der Erfindung kann jede der Turbinenstufen der Stufengruppen 5 des Hochdruckturbinenteils 13 angesehen werden. Die Dampfturbine ist derart ausgelegt, dass der erste Drehschieber 16 in dem definierten ersten (Teil-
) Lastbetriebszustand im Wesentlichen vollständig geöffnet ist und dabei ein definierter Volumenstrom des Dampfs mit einem definierten Druck entnommen werden kann. Ist dies wegen schwankender Betriebsparameter der Dampfturbine temporär nicht der Fall, kann der Druck und damit auch der Volumenstrom des entnommenen Dampfs durch ein teilweises Verschlie- ßen des ersten Drehschiebers 16 erhöht werden.
In einem zweiten definierten (Voll- oder Teil-) Lastbetriebs- zustand der Dampfturbine, der gegenüber dem ersten Lastbe- triebszustand durch eine höhere Last und damit einen größeren Druck und einen größeren Volumenstrom des Dampfs gekennzeichnet ist, wird der zweite Drehschieber 17 geöffnet. Dadurch strömt im Wesentlichen der gesamte Volumenstrom des nicht entnommenen Dampfs durch einen von dem zweiten Drehschieber 17 freigegebenen Durchlassquerschnitt und den sich daran an- schließenden zweiten Zuführkanal 19 und wird so direkt, d.h. unter Umgehung der Zwischenstufengruppe 5, der letzten Stufengruppe 5 zugeführt (vgl. strichpunktierter Pfeil in der Figur 1) . Die letzte Stufengruppe 5 ist insbesondere hinsichtlich der Größe der Laufschaufeln und der Leitschaufeln der einzelnen (zweiten) Turbinenstufen 5b möglichst optimal an den Druck und den Volumenstrom in diesem zweiten Lastbe- triebszustand angepasst.
Die Dampfturbine ist wiederum derart ausgelegt, dass der zweite Drehschieber 17 in dem zweiten Lastbetriebszustand im Wesentlichen vollständig geöffnet ist und dabei ein definierter Volumenstrom des Dampfs mit einem definierten Druck entnommen werden kann. Ist dies wegen schwankender Betriebsparameter der Dampfturbine temporär nicht der Fall, kann der Druck und damit auch der Volumenstrom des entnommenen Dampfs durch ein teilweises Verschließen des zweiten Drehschiebers 17 erhöht werden.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen eine mögliche Ausführungsform des ersten Drehschiebers 16 der in der Figur 1 dargestellten Dampfturbine . Der Drehschieber 16 umfasst einen Festring 22, der unbeweglich mit dem Leitschaufelträger 6 der Zwischenstufengruppe 5 verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Axial versetzt und in koaxialer Anordnung ist ein Drehring 23 auf dem Festring 22 drehbar gelagert. In einander überdeckenden ringförmigen Abschnitten des Festrings 22 und des Drehrings 23 weisen diese eine Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen zueinander angeordneten Stegen 24, 25 auf. Benachbarte Stege 24, 25 von Festring 22 und Drehring 23 begrenzen jeweils eine Durchlass- Öffnung 26, 27 für Dampf. Durch ein definiertes Verdrehen des Drehrings 23 relativ zu dem Festring 22 kann der erste Drehschieber 16 in eine vollständig geschlossene Stellung (vgl. Figur 4), in der die Stege 24 des Drehrings 23 die Durchlassöffnungen 27 des Festrings 22 vollständig überdecken, in eine vollständig geöffnete Stellung (vgl. Figur 5), in der die
Stege 24 des Drehrings 22 die Durchlassöffnungen 27 des Festrings 22 vollständig freigeben, sowie in beliebige Zwischenstellungen zwischen diesen Endstellungen gestellt werden. Ein Verdrehen des Drehrings 23 erfolgt über einen nicht dargestellten Stellantrieb. Dieser kann beispielsweise einen Servomotor umfassen, der über eine Spindel an einem exzentrisch am Außenumfang des Drehrings 23 befestigtes Hebelelement 28 angreift und durch eine Bewegung entlang des in der Figur 2 dargestellten Doppelpfeils die definierte Drehbewegung des Drehrings bewirkt.
Wie sich aus der Figur 5 ergibt, bilden die Stege 25 des Festrings 22 gemeinsam mit den Stegen 24 des Drehrings 23 in der vollständig geöffneten Stellung des ersten Drehschiebers 16 Leitschaufeln aus, die hinsichtlich der Form und Anordnung den Leitschaufeln der Leitschaufelsätze der Zwischenturbinenstufe 5c ähneln oder entsprechen. In einer geöffneten Stellung dient der erste Drehschieber 16 daher als (stromaufwärts geleger) erster Leitschaufelsatz für die Zwischenstufengruppe 5. Dem ersten Drehschieber 16 folgt somit ein Laufschaufei - satz der Zwischenstufengruppe 5 nach. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Doppelfunktion für den ersten Drehschieber 16 realisiert werden. Gleichzeitig führt die spezielle Form der Stege 24, 25 zu einem möglichst geringen durch den ersten Drehschieber 16 bewirkten Strömungswiderstand, insbesondere in dessen voll geöffneter Stellung.
Die Figuren 6 und 7 zeigen die alternative Ausführungsform des zweiten Drehschiebers 17. Auch für diesen ist ein
Festring 22 vorgesehen, der unbeweglich mit dem (kombinierten) Leitschaufelträger 6 der Zwischenstufengruppe 5 und der letzten Stufengruppe 5 verbunden ist. Axial versetzt ist wiederum ein Drehring 23 auf dem Festring 22 drehbar gelagert. Festring 22 und Drehring 23 weisen jeweils eine Mehrzahl von in gleichmäßiger Teilung versetzt angeordneten Durchlassöffnungen 26, 27 auf, wobei die Durchlassöffnungen 27 des Fest- rings 22 einerseits und die Durchlassöffnungen 26 des Drehrings 23 andererseits im Wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweisen und insbesondere einen geradlinigen, parallel zur Drehachse 29 des Drehrings 23 ausgerichteten Verlauf aufweisen .
Wie bei dem ersten Drehschieber 16 kann bei dem zweiten Drehschieber 17 mittels eines nicht dargestellten Stellantriebs, der an einem exzentrisch am Außenumfang des Drehrings 23 angeordneten Hebelelement 28 angreift, der Drehring 23 defi- niert relativ zu dem Festring 22 verdreht werden, wodurch die Durchgangsöffnungen 26, 27 von Festring 22 und Drehring 23 in eine vollständig überdeckende Stellung (entspricht der vollständig geöffneten Stellung des zweiten Drehschiebers 17) , in eine nicht überdeckende Stellung (entspricht der vollständig geschlossenen Stellung des zweiten Drehschiebers 17) und beliebige teilweise überdeckende Stellungen bewegbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine mit einer ersten Turbinenstufe (5a) und einer zweiten Turbinenstufe (5b) sowie einer zwischen der ersten Turbinenstufe (5a) und der zweiten Turbinenstufe (5b) angeordneten Drosseleinrichtung (15) für Dampf,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Drosseleinrichtung (15) einen ersten Drehschieber
(16) und einen zweiten Drehschieber (17) umfasst, die getrennt betätigbar sind.
2. Dampfturbine 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 der erste Drehschieber (16) und der zweite Drehschieber
(17) im jeweils voll geöffneten Zustand unterschiedliche Durchlassquerschnitte freigeben.
3. Dampfturbine 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 stromauf der Drosseleinrichtung (15) eine
Dampfentnahmestelle (21) angeordnet ist.
4. Dampfturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Drehschieber (16, 17) koaxial angeordnet sind.
5. Dampfturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der zweite Drehschieber (17) den ersten Drehschieber (16) radial umgibt.
6. Dampfturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Durchlassquerschnitt des zweiten Drehschiebers größer als derjenige des ersten Drehschiebers ist.
7. Dampfturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass stromab des ersten Drehschiebers (16) ein erster Zuführkanal (18) und stromab des zweiten Drehschiebers (17) ein zweiter Zuführkanal (19) ausgebildet ist, wobei eine Zwischenturbinenstufe (5c) in den ersten Zuführkanal (18) integriert ist und wobei der erste Zuführkanal (18) und der zweite Zuführkanal (19) stromab der Zwischenturbinenstufe (5c) in einen die zweite Turbinenstufe (5b) integrierenden Strömungsraum (20) münden .
8. Dampfturbine nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass Durchlassöffnungen (26, 27) ausbildende Stege (24, 25) des ersten Drehschiebers (16) in einer geöffneter Stellung des ersten Drehschiebers (16) als Leitschaufelsatz für die Zwischenturbinenstufe (5c) ausgebildet sind.
9. Dampfturbine nach Anspruch 7 oder 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der zweite Drehschieber (17) geradlinig verlaufende Durchlassöffnungen (26, 27) ausbildet.
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