WO2018036697A1 - Ausströmgehäuse einer dampfturbine - Google Patents

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WO2018036697A1
WO2018036697A1 PCT/EP2017/066556 EP2017066556W WO2018036697A1 WO 2018036697 A1 WO2018036697 A1 WO 2018036697A1 EP 2017066556 W EP2017066556 W EP 2017066556W WO 2018036697 A1 WO2018036697 A1 WO 2018036697A1
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turbine
outflow
steam
steam turbine
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PCT/EP2017/066556
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Robert HILLEKE
Stefan PREIBISCH
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01K7/22—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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the present invention relates to a discharge housing for a turbine section of a steam turbine with intermediate superheating. Furthermore, the present invention relates to a steam turbine with a discharge housing according to the invention.
  • Steam turbines are turbomachines designed to convert the enthalpy of steam into kinetic energy.
  • Conventional steam turbines have a turbine housing, which surrounds a flow space for the passage of steam. In the flow space a rotationally mounted turbine shaft is arranged with a plurality of blades, which are held in the form of successively arranged blade rings on the turbine shaft.
  • vane rings which are each preceded by a blade ring and held on the turbine housing.
  • Group of a vane ring with associated blade ring is also referred to as a turbine stage.
  • Such steam turbines have a heating device for reheating the steam, so that, for example, the high-pressure section leaving steam can be heated by the heater before it is fed to the subsequent turbine sections. It may be provided that in each case between two turbine sections such a heater is arranged. Particularly in the case of steam turbines with such reheating of the steam, severe temperature fluctuations occur along a turbine longitudinal axis of the steam turbine. First of all, the temperature in the high-pressure section drops in a gradual manner, then increases abruptly in the transitional region due to the reheating.
  • An area of the turbine housing which is arranged adjacent to an outflow of the high-pressure section and an inflow of the following middle-pressure section or low-pressure section, is exposed to particularly pronounced temperature differences, particularly in the case of compact steam turbines. Moreover, turbine housings are better for the sake of clarity
  • Turbine housings often have a lower housing part and an upper housing part.
  • the turbine housing can also have a plurality of housing segments along the turbine longitudinal axis, so that the high-pressure section and the medium-pressure section are arranged, for example, in different housing segments.
  • the connection is often made by screwing flanges of the housing parts or housing segments.
  • steam turbines have outflow housings which are arranged inside the turbine housing coaxially with the turbine longitudinal axis.
  • steam turbines with reheating occurs in particular in the region of an outlet opening of the
  • Ausströmgepatuses on the turbine housing on a particularly strong temperature gradient since the steam leaving the Ausströmgepatuse in this area, the turbine housing directly flows. If the temperature gradient is too high, the turbine housing can be damaged, especially in this critical area. For this reason, maximum powers of such steam turbines are severely limited to avoid such high temperature gradients.
  • the object is achieved by a Ausströmgepatuse for a turbine stage of a steam turbine.
  • the discharge housing has a
  • Outflow housing wall which surrounds a central drum space along a housing longitudinal axis, and a connection interface for connecting the Ausströmgephinuses to a turbine housing of the steam turbine.
  • Ausströmgepatusewand arranged a sealing device for sealing one end of the Ausströmgeophuses opposite a turbine shaft of the steam turbine, wherein the sealing device is sealed to Ausströmgeophusewand.
  • the outflow housing is preferably designed as a guide blade carrier.
  • a plurality of vane rings are arranged in the direction of the housing longitudinal axis one behind the other on the Ausströmgecher or can be arranged.
  • Outflow housing has a Ausströmgephasewand through which a central drum space is formed around the housing longitudinal axis.
  • the central drum space may also be referred to as flow space and is designed to pass a steam mass flow for driving a turbine shaft of a steam turbine.
  • the drum space extends to the sealing device and is limited by this in the direction of the housing longitudinal axis.
  • the Ausströmgephaseusewand is preferably impermeable to steam, so that an influx of a turbine housing by the steam in the region of
  • Ausströmgecher preferably multi-part, in particular with an upper part and a lower part formed, and is preferably via a flange by fastening means, such. Screws, held together.
  • Outflow housing is arranged a sealing device such that outflow of the steam from the Ausstrumgepuruse is prevented by the sealing device.
  • the sealing device preferably has an outflow housing wall seal for sealing against the outflow housing wall, and preferably a turbine shaft seal for sealing against a turbine shaft.
  • Outflow housing wall seal and turbine shaft seal formed as an assembly or a component.
  • the sealing device is preferably designed essentially in accordance with a sealing shell or at least in accordance with a sealing element of a sealing shell.
  • the sealing element is preferably designed as a lamellar seal and / or sealing lips and / or labyrinth seal.
  • the outflow housing is designed in such a way that the steam, after flowing through the outflow housing, can be deliberately led out of it and supplied to reheat, without the steam hitting the turbine housing.
  • preferably correspondingly formed lines and / or channels are provided on the discharge housing.
  • An outflow housing has the advantage that by means of the discharge housing, a steam mass flow conducted through a steam turbine is kept away from the turbine housing in the area of the discharge housing and in the flow direction immediately after the discharge housing. A temperature gradient of the steam mass flow, which arises due to the relaxation when flowing through the turbine, is thus at least in places not transmitted directly to the turbine housing. An excessive thermal load of the turbine housing due to an excessive temperature gradient is thus provided.
  • An inventive Ausströmgeophuse is inexpensive to produce and makes a subsequent sealing shell to prevent penetration of the steam mass flow in a subsequent turbine section superfluous. This can reduce part costs and assembly costs. Furthermore, due to the compact design of the discharge housing, an overall length of a steam turbine can be reduced, in particular since the subsequent sealing shell is no longer required.
  • Outflow housing wall has a receiving device for receiving the sealing device.
  • the receiving device is preferably designed in accordance with a corresponding receiving device of a sealing shell for a steam turbine.
  • the receiving device is preferably designed to keep the sealing device detachable relative to the discharge housing.
  • the receiving device preferably has at least one circumferential groove in the circumferential direction.
  • fixing means are provided for fixing the sealing device in the receiving device.
  • the Ausströmgepatusewand on at least one outflow channel, which surrounds the housing longitudinal axis at least partially.
  • At the outflow channel is at least one
  • Outlet connection arranged fluidkommuniticiand, which extends transversely to the housing longitudinal axis, preferably by 90 ° and / or tangentially to the outflow channel, and is designed for the passage of steam. Steam which has flowed through the drum space of the outflow housing flows into the outflow channel and via the outflow channel into a discharge spout in order to pass over the outlet
  • Outlet can be coupled with a line that is designed to guide the steam.
  • the steam can thus be fed to a reheating device of the steam turbine.
  • This has the advantage that it can be prevented by simple means that steam leaving the outflow housing flows against the turbine housing.
  • the sealing device is on one of
  • the sealing device is surrounded by the discharge channel or at least partially surrounded.
  • the steam mass flow which is prevented by the sealing device on a direct flow into a following turbine section, can easily in this way on the outflow and the outflow from the
  • connection interface on an outer side facing away from the drum space
  • connection point is therefore preferably arranged on a region of the outflow housing, which delimits the drum space in the radial direction. This is via the connection interface
  • connection interface is formed, for example, as a circumferential flange or web, which is preferably fixable in a form-fitting manner to the turbine housing.
  • connection interface is preferably already formed on the outer side of the outflow housing wall facing away from the drum space, so that a further connection interface to the sealing device or a region of the outflow housing on which the sealing device is arranged is no longer necessary.
  • a corresponding connection interface on the turbine housing is dispensable. As a result, manufacturing costs and installation costs can be reduced. It is preferred that the connection interface the
  • Housing longitudinal axis surrounds or at least substantially surrounds.
  • Such a connection interface can be produced by simple means and inexpensively and easily mounted on the turbine housing.
  • an inner side of the outflow housing wall facing the drum space has at least one guide vane ring.
  • Guide vane rings are designed to divert the steam mass flow to subsequent rotor blade rings.
  • a final assembly effort of a steam turbine can be reduced.
  • the object is achieved by a steam turbine.
  • the steam turbine has at least a first turbine section, a second turbine section and a turbine housing comprising the first turbine section and the second turbine section, wherein the first turbine section is coupled in a fluid-communicating manner with the second turbine section via an intermediate superheating device.
  • an outflow housing according to the invention is arranged within the turbine housing at an end region of the first turbine section which is in the direction of flow of the steam turbine.
  • the first turbine section is preferably designed as a high-pressure section and the second turbine section as a medium-pressure section or low-pressure section. Due to the intermediate overheating device, a steam mass flow can be heated to a higher temperature level after leaving the first turbine section and before entering the second turbine section, in order thus to increase the efficiency of the steam turbine.
  • the outflow housing is for reasons of mountability preferably in several parts, in particular in two parts, formed.
  • the outflow housing preferably has an upper part and a lower part.
  • the steam turbine according to the invention has the advantage over known steam turbines that it is ensured by means of the discharge housing that a relatively cold steam mass flow leaving the first turbine section can be withdrawn from the turbine without hitting the turbine housing. During operation of the steam turbine is thus avoided that the turbine housing in this area has an excessively high temperature gradient, since the turbine housing is exposed by dissipation of the relatively cold steam substantially warmer steam. Thus, the steam turbine can be dimensioned cost of the same power. Alternatively, thus, a power of the steam turbine can be increased with the same dimensions of the steam turbine. Furthermore, the steam turbine has the advantage that an additional sealing shell, which seals the first turbine section with respect to the second turbine section, is no longer necessary and can therefore be omitted. This allows the
  • Turbine shaft and thus the entire steam turbine shorter and therefore be designed more cost-effective. Moreover, a shorter turbine shaft has improved rotor dynamic properties.
  • the outflow housing is arranged on the steam turbine in such a way that a steam mass flow flowing through the drum space can only strike the turbine housing after it has flowed through the intermediate reheating device downstream of the outflow housing.
  • a discharge nozzle of the discharge housing is coupled with the intermediate reheating device in a fluid-communicating manner directly or via a line.
  • the outflow housing is preferably held on the turbine housing via the connection interface.
  • the turbine housing preferably has a corresponding holding device.
  • the connection interface is positively engaged with the holding device.
  • the connection interface of the outflow housing is screwed, for example, to the holding device of the turbine housing.
  • the discharge housing is securely held on the turbine housing.
  • Figure 2 is a plan view of a detail of a steam turbine according to the invention with a lower part of a Ausströmgepatuses invention
  • Figure 3 is a perspective view of an upper part of a Ausströmgepatuses invention.
  • a steam turbine (3) according to the prior art is shown schematically schematically in a side view.
  • Steam turbine 3 has a plurality of turbine sections 2, which are designed, for example, as a high-pressure turbine stage, medium-pressure turbine stage and low-pressure turbine stage.
  • a Leitschaufelträ- ger 20 is arranged with a plurality of Leitschaufelkränzen 14 each.
  • a central turbine section 2 is delimited in the flow direction S by a sealing shell 21.
  • the sealing shell 21 prevents further flow of a steam mass flow in the flow direction S and directs it towards the turbine housing 8 and further into a removal device.
  • An output is coupled in a fluid-communicating manner with a following turbine section 2.
  • This steam turbine 3 has the disadvantage that during operation of the deflected by the sealing shell 21 steam mass flow, which has a relatively low temperature, flows against the turbine housing 8, wherein relatively hot steam mass flows in the flow direction adjacent before and adjacent afterwards against the turbine housing 8 flow. Accordingly, the turbine housing is first exposed to a relatively high temperature steam mass flow, then to a relatively low temperature steam mass flow, and finally to a relatively high temperature steam mass flow. This results in a high temperature gradient in the turbine housing 8, which heavily loads the steam turbine 3 and limits a maximum power of the steam turbine 3.
  • FIG. 2 schematically shows a detail of a steam turbine 3 according to the invention in a plan view.
  • the steam turbine 3 has a turbine housing 8, of which only one housing lower part 8a is shown in this view.
  • the turbine housing 8 extends along one
  • Housing longitudinal axis 6, surrounds the housing longitudinal axis 6 in full and thus includes or limits a flow space 16 for flowing through a steam mass flow.
  • the steam turbine 3 has a plurality of turbine sections. In a downstream end region 15 of a first turbine section 2 a, which is adjacent to a second turbine section 2 b, in the flow direction S, an outflow housing 1 according to the invention is arranged.
  • the Ausströmgeophuse 1 has a Ausströmgephasewand 4, which extends along the housing longitudinal axis 6, the housing longitudinal axis 6 completely surrounds and thus a central drum space 5 in the radial direction includes or limited.
  • Leitschaufelkränze 14 (see Fig. 1) are arranged, which are not shown in this view.
  • a circumferential connection interface 7 is formed on a side facing away from the drum space 5 outside of Ausströmgeophusewand 4 .
  • the connection interface is formed in this example as a circumferential flange which extends from the Ausströmgeophusewand 4 radially outward.
  • the Ausströmgeophuse 1 is held or fixed via the connection interface 7 on the turbine housing 8, for example via a screw connection.
  • the turbine housing 8 has a corresponding holding device 17.
  • the outflow housing 1 has in the flow direction S a rear end 10, in which a receiving device 11 for receiving a sealing device 9 is arranged.
  • the sealing device 9 is designed for sealing the outflow housing 1 with respect to a turbine shaft, not shown.
  • an outflow channel 12 is formed, which surrounds the housing longitudinal axis 6. A flowing through the drum chamber 5 steam mass flow is thus prevented by the sealing device 9 at a further flow in the flow direction S and in the
  • FIG. 3 shows schematically in a perspective view an upper part 1b of the outflow housing 1 according to the invention from FIG. 2.
  • the upper part 1b extends like the lower part 1a along the housing longitudinal axis 6, surrounds the
  • the outflow channel 12 likewise extends in the circumferential direction over the upper part 1b, wherein the outflow channel 12 has outwardly pointing openings at two locations, on each of which an outflow nozzle 13 is arranged which extends approximately tangentially from the outflow channel 12.
  • the steam mass flow from the Ausströmgephinuse 1 can be derived and in the not dargestell- th intermediate superheating device fed without the steam mass flow hits the turbine housing 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ausströmgehäuse (1) für einen Turbinenabschnitt (2) einer Dampfturbine (3). Das Ausströmgehäuse (1) weist eine Ausströmgehäusewand (4), die einen zentralen Trommelraum (5) entlang einer Gehäuselängsachse (6) umgibt, und eine Anbindungsschnittstelle (7) zum Anbinden des Ausströmgehäuses (1) an ein Turbinengehäuse (8) der Dampfturbine (3) auf. An der Ausströmgehäusewand (4) ist eine Dichtvorrichtung (9) zum Abdichten eines in Strömungsrichtung (S) hinteren Endes (10) des Ausströmgehäuses (1) gegenüber einer Turbinenwelle der Dampfturbine (3) angeordnet, wobei die Dichtvorrichtung (9) zur Ausströmgehäusewand (4) abgedichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Dampfturbine (3) mit einem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse (1).

Description

Beschreibung
AUSSTRÖMGEHÄUSE EINER DAMPFTURBINE Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausströmgehäuse für einen Turbinenabschnitt einer Dampfturbine mit Zwischenüber- hitzung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Dampfturbine mit einem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse. Dampfturbinen sind Strömungsmaschinen, die zur Umwandlung der Enthalpie von Dampf in kinetische Energie ausgebildet sind. Herkömmliche Dampfturbinen weisen ein Turbinengehäuse auf, das einen Strömungsraum zum Durchströmen des Dampfes umgibt. Im Strömungsraum ist eine rotatorisch gelagerte Turbinenwelle mit einer Vielzahl von Laufschaufeln angeordnet, die in Form von hintereinander angeordneten Laufschaufelkränzen an der Turbinenwelle gehalten sind. Zur Optimierung der Anströmung der Laufschaufeln mit Dampf weisen Dampfturbinen Leitschaufelkränze auf, die jeweils einem Laufschaufelkranz vor- geschaltet und an dem Turbinengehäuse gehalten sind. Eine
Gruppe aus einem Leitschaufelkranz mit zugehörigem Laufschaufelkranz wird auch als Turbinenstufe bezeichnet.
Beim Durchströmen der Dampfturbine gibt der Dampf einen Teil seiner inneren Energie ab, der über die Laufschaufein in Rotationsenergie der Turbinenwelle umgewandelt wird. Hierbei findet eine Entspannung des Dampfes statt, so dass Druck und Temperatur des Dampfes beim Durchströmen der Dampfturbine nach jeder Turbinenstufe verringert werden. Das Turbinenge- häuse wird somit zwischen einem Dampfeinlass und einem Dampf- auslass einem Temperaturgradienten ausgesetzt. Dies führt insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen zu einer sehr hohen Belastung des Turbinengehäuses. Dampfturbinen weisen in speziellen Ausführungsformen einen mehrere Turbinenabschnitte, wie z.B. einen Hochdruckabschnitt, einen Mitteldruckabschnitt und/oder Niederdruckabschnitt, auf. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads können der- artige Dampfturbinen eine Heizvorrichtung zur Zwischenüberhitzung des Dampfes aufweisen, so dass beispielsweise den Hochdruckabschnitt verlassender Dampf von der Heizvorrichtung aufheizbar ist, bevor dieser den nachfolgenden Turbinenab- schnitten zugeführt wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass jeweils zwischen zwei Turbinenabschnitten eine derartige Heizvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere bei Dampfturbinen mit einer solchen Zwischenüberhitzung des Dampfes treten starke Temperaturschwankungen entlang einer Turbinenlängsach- se der Dampfturbine auf. Zunächst fällt die Temperatur in dem Hochdruckabschnitt gradierend ab, steigt dann im Übergangsbereich aufgrund der Zwischenüberhitzung sprunghaft an. Ein Bereich des Turbinengehäuses, der einer Abströmung des Hochdruckabschnitts und einer Anströmung des folgenden Mittel- druckabschnitts oder Niederdruckabschnitts benachbart angeordnet ist, ist insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen besonders starken Temperaturunterschieden ausgesetzt . Überdies weisen Turbinengehäuse aus Gründen besserer
Herstellbarkeit sowie Montierbarkeit mehrere Gehäuseteile auf, die zu dem Turbinengehäuse unter Ausbildung von Trennfugen miteinander verbunden sind. Turbinengehäuse weisen dabei oftmals ein Gehäuseunterteil sowie ein Gehäuseoberteil auf. Auch entlang der Turbinenlängsachse kann das Turbinengehäuse mehrere Gehäusesegmente aufweisen, so dass der Hochdruckabschnitt und der Mitteldruckabschnitt beispielsweise in unterschiedlichen Gehäusesegmenten angeordnet sind. Die Verbindung erfolgt oftmals über ein Verschrauben von Flanschen der Gehäuseteile bzw. Gehäusesegmente.
Je größer eine mechanische Belastung der Verbindungen der Gehäuseteile bzw. Gehäusesegmente ist, desto größere Befestigungselemente sind erforderlich, um die Trennfugen öffnende Kräfte zu kompensieren. Insbesondere bei kompakt aufgebauten Dampfturbinen stellt dies ein großes Problem dar, da ein verfügbarer Bauraum der Dampfturbine oftmals stark begrenzt ist. Somit sind Belastungsmöglichkeiten dieser Dampfturbinen stark begrenzt .
Zur Aufnahme der Leitschaufeln bzw. Leitschaufelkränze weisen Dampfturbinen Ausströmgehäuse auf, die innerhalb des Turbinengehäuses koaxial zur der Turbinenlängsachse angeordnet sind. Bei Dampfturbinen mit Zwischenüberhitzung tritt insbesondere im Bereich einer Austrittsöffnung des
Ausströmgehäuses an dem Turbinengehäuse ein besonders starker Temperaturgradient auf, da der das Ausströmgehäuse verlassende Dampf in diesem Bereich das Turbinengehäuse direkt anströmt. Bei einem zu hohen Temperaturgradienten kann das Turbinengehäuse insbesondere in diesem kritischen Bereich beschädigt werden. Aus diesem Grund sind maximale Leistungen derartiger Dampfturbinen zur Vermeidung derart hoher Temperaturgradienten stark begrenzt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausströmgehäuse sowie eine Dampfturbine zu schaffen, die die Nachteile des Stands der Technik beheben oder zumindest teilweise beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausströmgehäuse sowie eine Dampfturbine bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig in kritischen Bereichen einen reduzierten Temperaturgra- dienten und somit bei gleicher Baugröße eine höhere Belastbarkeit aufweisen.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Ausströmgehäuse für eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die voranstehende Aufgabe durch eine Dampfturbine mit einem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ausströmgehäuse beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Of- fenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Ausströmgehäuse für eine Turbinenstufe einer Dampfturbine gelöst. Das Ausströmgehäuse weist eine
Ausströmgehäusewand, die einen zentralen Trommelraum entlang einer Gehäuselängsachse umgibt, und eine Anbindungsschnitt- stelle zum Anbinden des Ausströmgehäuses an ein Turbinenge- häuse der Dampfturbine auf. Erfindungsgemäß ist an der
Ausströmgehäusewand eine Dichtvorrichtung zum Abdichten eines Endes des Ausströmgehäuses gegenüber einer Turbinenwelle der Dampfturbine angeordnet, wobei die Dichtvorrichtung zur Ausströmgehäusewand abgedichtet ist.
Das Ausströmgehäuse ist vorzugsweise als Leitschaufelträger ausgebildet. Somit sind vorzugsweise mehrere Leitschaufelkränze in Richtung der Gehäuselängsachse hintereinander an dem Ausströmgehäuse angeordnet bzw. anordenbar. Das
Ausströmgehäuse weist eine Ausströmgehäusewand auf, durch die um die Gehäuselängsachse herum ein zentraler Trommelraum gebildet wird. Der zentrale Trommelraum kann auch aus Strömungsraum bezeichnet werden und ist zum Durchleiten eines Dampfmassenstroms zum Antreiben einer Turbinenwelle einer Dampfturbine ausgebildet. Der Trommelraum reicht bis an die Dichtungsvorrichtung heran und ist durch diese in Richtung der Gehäuselängsachse begrenzt. Die Ausströmgehäusewand ist vorzugsweise undurchlässig für Dampf, so dass ein Anströmen eines Turbinengehäuses durch den Dampf im Bereich des
Ausströmgehäuses vermieden wird. Zur besseren Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit des Ausströmgehäuses ist das
Ausströmgehäuse vorzugsweise mehrteilig, insbesondere mit einem Oberteil und einem Unterteil, ausgebildet und ist vorzugsweise über einen Flansch durch Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben, zusammengehalten.
An einem in Strömungsrichtung hinteren Ende des
Ausströmgehäuses ist eine Dichtvorrichtung derart angeordnet, dass ein Ausströmen des Dampfes aus dem AusStrömgehäuse durch die Dichtungsvorrichtung verhindert wird. Die Dichtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Ausströmgehäusewanddichtung zum Abdichten gegenüber der Ausströmgehäusewand und vorzugs- weise eine Turbinenwellendichtung zum Abdichten gegenüber einer Turbinenwelle aus. Vorzugsweise sind
Ausströmgehäusewanddichtung und Turbinenwellendichtung als eine Baugruppe oder ein Bauteil ausgebildet. Die Dichtungsvorrichtung ist vorzugsweise im Wesentlichen gemäß einer Dichtschale oder zumindest gemäß eines Dichtungselements einer Dichtschale ausgebildet. Das Dichtungselement ist vorzugsweise als Lamellendichtung und/oder Dichtlippen und/oder Labyrinthdichtung ausgebildet. Durch die Dichtungsvorrichtung ist somit ein unkontrolliertes Ausströmen von Dampf aus dem Ausströmgehäuse in einen nachfolgenden Turbinenabschnitt verhinderbar .
Das Ausströmgehäuse ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass der Dampf nach Durchströmen des Ausströmgehäuses gezielt aus diesem herausgeführt und einer Zwischenüberhitzung zugeführt werden kann, ohne dass der Dampf dabei auf das Turbinengehäuse trifft. Hierfür sind am Ausströmgehäuse vorzugsweise entsprechend ausgebildete Leitungen und/oder Kanäle vorgesehen .
Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse hat den Vorteil, dass mittels des Ausströmgehäuses ein durch eine Dampfturbine geleiteter Dampfmassenstrom im Bereich des Ausströmgehäuses sowie in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Ausströmgehäuse vom Turbinengehäuse ferngehalten wird. Ein Temperaturgradient des Dampfmassenstroms, der aufgrund der Entspannung beim Durchströmen der Turbine entsteht, wird somit zumindest stellenweise nicht direkt auf das Turbinengehäuse übertragen. Eine übermäßige thermische Belastung des Turbinengehäuses auf- grund eines zu hohen Temperaturgradienten ist somit
verhinderbar. Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse ist kostengünstig herstellbar und macht eine nachfolgende Dichtschale zum Verhindern eines Eindringens des Dampfmassenstroms in einen nachfolgenden Turbinenabschnitt überflüssig. Hierdurch können Teilekosten sowie Montagekosten reduziert werden. Ferner kann durch den kompakten Aufbau des Ausströmgehäuses eine Gesamtlänge einer Dampfturbine reduziert werden, insbesondere da die nachfolgende Dichtschale nicht mehr erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Ausströmgehäuse vorgesehen sein, dass die
Ausströmgehäusewand eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Dichtvorrichtung aufweist. Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise gemäß einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung einer Dichtschale für eine Dampfturbine ausgebildet. Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, die Dichtvorrichtung relativ zum Ausströmgehäuse lösbar zu halten. Zur Aufnahme der Dichtvorrichtung weist die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut auf. Vorzugsweise sind Fixiermittel zum Fixieren der Dichtvorrichtung in der Aufnahmevorrichtung vorgesehen. Eine derartige Aufnahmevorrichtung hat den Vorteil, dass mit ein- fachen Mitteln ein sicherer Halt sowie eine einfache Austauschbarkeit der Dichtungsvorrichtung gewährleistet werden.
Weiter bevorzugt weist die Ausströmgehäusewand mindestens einen Ausströmkanal auf, der die Gehäuselängsachse zumindest teilweise umgibt. An dem Ausströmkanal ist mindestens ein
Ausströmstutzen fluidkommunizierend angeordnet, der sich quer zur Gehäuselängsachse, vorzugsweise um 90° und/oder tangential zum Ausströmkanal, erstreckt und zum Durchleiten von Dampf ausgebildet ist. Durch den Trommelraum des Ausströmgehäuses geströmter Dampf strömt in den Ausströmkanal und über den Ausströmkanal in einen Ausströmstutzen, um über den
Ausströmstutzen das Ausströmgehäuse zu verlassen. Der
Ausströmstutzen ist mit einer Leitung koppelbar, die zum Führen des Dampfes ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Dampf somit einer Zwischenüberhitzungsvorrichtung der Dampfturbine zuführbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln verhinderbar ist, dass Dampf, der das Ausströmgehäuse ver- lässt, gegen das Turbinengehäuse strömt. Vorzugsweise ist die Dichtvorrichtung an einer der
Gehäuselängsachse zugewandten Seite des mindestens einen Ausströmkanals dem Ausströmkanal benachbart an der
Ausströmgehäusewand angeordnet. Vorzugsweise ist die Dichtvorrichtung vom Ausströmkanal umgeben oder zumindest teilweise umgeben. Der Dampfmassenstrom, der durch die Dichtvorrichtung an einem direkten Weiterströmen in einen folgenden Turbinenabschnitt gehindert wird, kann auf diese Weise leicht über den Ausströmkanal sowie den Ausströmstutzen aus dem
Ausströmgehäuse herausgeführt werden. Ein Rückstau von Dampf zwischen Dichtungsvorrichtung und Ausströmkanal ist somit vermeidbar bzw. erheblich reduzierbar. Ferner ist bevorzugt, dass die Anbindungsschnittstelle an einer dem Trommelraum abgewandten Außenseite der
Ausströmgehäusewand ausgebildet ist. Die Anbindungsstelle ist demnach vorzugsweise an einem Bereich des Ausströmgehäuses angeordnet, der den Trommelraum in radialer Richtung be- grenzt. Über die Anbindungsschnittstelle ist das
Ausströmgehäuse mit dem Turbinengehäuse koppelbar bzw. an diesem fixierbar. Die Anbindungsschnittstelle ist beispielsweise als umlaufender Flansch oder Steg ausgebildet, der vorzugsweise formschlüssig an dem Turbinengehäuse fixierbar ist.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass an dem
Ausströmgehäuse der Dichtvorrichtung in radialer Richtung benachbart keine Anbindungsschnittstelle zum Anbinden des Ausströmgehäuses an das Turbinengehäuse der Dampfturbine aus- gebildet ist. Eine Anbindungsschnittstelle ist vorzugsweise bereits an der dem Trommelraum abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand ausgebildet, so dass eine weitere Anbindungsschnittstelle an der Dichtvorrichtung bzw. einem Bereich des Ausströmgehäuses, an dem die Dichtvorrichtung angeordnet ist, nicht mehr erforderlich. Somit ist auch eine entsprechende Anbindungsschnittstelle am Turbinengehäuse verzichtbar. Hierdurch können Herstellungskosten sowie Montagekosten reduziert werden. Es ist bevorzugt, dass die Anbindungsschnittstelle die
Gehäuselängsachse umgibt oder zumindest im Wesentlichen umgibt. Eine derartige Anbindungsschnittstelle ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar und leicht an dem Turbinengehäuse montierbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine dem Trommelraum zugewandte Innenseite der Ausströmgehäusewand mindestens einen Leitschaufelkranz auf. Leitschaufelkränze sind zum Umlenken des Dampfmassenstroms auf nachfolgende Laufschaufelkränze ausgebildet. Durch das Kombinieren des Ausströmgehäuses mit mindestens einem Leitschaufelkranz kann ein Endmontageaufwand einer Dampfturbine reduziert werden. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Dampfturbine gelöst. Die Dampfturbine weist mindestens einen ersten Turbinenabschnitt, einen zweiten Turbinenabschnitt sowie ein den ersten Turbinenabschnitt und den zweiten Turbinenabschnitt umfassendes Turbi- nengehäuse, wobei der erste Turbinenabschnitt über eine Zwi- schenüberhitzungsvorrichtung mit dem zweiten Turbinenabschnitt fluidkommunizierend gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist an einem in Strömungsrichtung der Dampfturbine hinteren Endbereich des ersten Turbinenabschnitts ein erfindungsgemä- ßes Ausströmgehäuse innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet .
Der erste Turbinenabschnitt ist vorzugsweise als Hochdruckabschnitt und der zweite Turbinenabschnitt als Mitteldruckab- schnitt oder Niederdruckabschnitt ausgebildet. Durch die Zwi- schenüberhitzungsvorrichtung ist ein Dampfmassenstrom nach Verlassen des ersten Turbinenabschnitts und vor Eintreten in den zweiten Turbinenabschnitt auf ein höheres Temperaturniveau erhitzbar, um somit den Wirkungsgrad der Dampfturbine zu erhöhen.
Das Ausströmgehäuse ist aus Gründen der Montierbarkeit vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet. Vorzugsweise weist das AusStrömgehäuse ein Oberteil und ein Unterteil auf.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine hat gegenüber bekannten Dampfturbinen den Vorteil, dass mittels des Ausströmgehäuses gewährleistet wird, dass ein den ersten Turbinenabschnitt verlassender, relativ kalter Dampfmassenstrom aus der Turbine entommen werden kann, ohne dabei auf das Turbinengehäuse zu treffen. Im Betrieb der Dampfturbine wird somit vermieden, dass das Turbinengehäuse in diesem Bereich einen übermäßig hohen Temperaturgradienten aufweist, da das Turbinengehäuse durch Ableitung des relativ kalten Dampfes im Wesentlichen wärmerem Dampf ausgesetzt ist. Somit kann die Dampfturbine bei gleicher Leistung kostengünstiger dimensioniert werden. Alternativ kann somit eine Leistung der Dampfturbine bei gleichen Dimensionen der Dampfturbine erhöht werden. Ferner hat die Dampfturbine den Vorteil, dass eine zusätzliche Dichtschale, die den ersten Turbinenabschnitt gegenüber dem zweiten Turbinenabschnitt abdichtet, nicht mehr erforderlich ist und somit weggelassen werden kann. Hierdurch können die
Turbinenwelle und somit die komplette Dampfturbine kürzer und demnach kostengünstiger ausgestaltet werden. Überdies hat eine kürzere Turbinenwelle verbesserte rotordynamische Eigenschaften .
Es ist bevorzugt, dass das Ausströmgehäuse derart an der Dampfturbine angeordnet ist, dass ein durch den Trommelraum strömender Dampfmassenstrom erst nach Durchströmen der dem Ausströmgehäuse nachgeschalteten Zwischenüberhitzungsvorrich- tung auf das Turbinengehäuse treffen kann. Hierfür ist es bevorzugt, dass ein Ausströmstutzen des Ausströmgehäuses mit der Zwischenüberhitzungsvorrichtung direkt oder über eine Leitung fluidkommunizierend gekoppelt ist. Somit wird mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet, dass an- statt relativ kalten Dampfes vor der Entnahme relativ heißer Dampf nach einer Entnahme auf das Turbinengehäuse trifft. Da der Dampf vor dem Ausströmgehäuse ebenfalls relativ heiß ist, ist das Turbinengehäuse im Betrieb geringeren Temperaturun- terschieden ausgesetzt. Temperaturgradienten des Turbinengehäuses einer erfindungsgemäßen Dampfturbine sind somit geringer als bei herkömmlichen Dampfturbinen. Vorzugsweise ist das Ausströmgehäuse über die Anbindungs- schnittstelle an dem Turbinengehäuse gehalten. Das Turbinengehäuse weist hierfür vorzugsweise eine entsprechende Haltevorrichtung auf. Vorzugsweise ist die Anbindungsschnittstelle formschlüssig mit der Haltevorrichtung in Eingriff. Zum Fi- xieren ist die Anbindungsschnittstelle des Ausströmgehäuses beispielsweise mit der Haltevorrichtung des Turbinengehäuses verschraubt. Somit ist das Ausströmgehäuse sicher am Turbinengehäuse gehalten. Ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse und eine erfindungsgemäße Dampfturbine werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 in einer Seitenansicht eine Dampfturbine nach dem
Stand der Technik,
Figur 2 in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dampfturbine mit einem Unterteil eines erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses, und
Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht ein Oberteil eines erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses.
In Fig. 1 ist eine Dampfturbine (3) nach dem Stand der Tech- nik schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Die
Dampfturbine 3 weist mehrere Turbinenabschnitte 2 auf, die beispielsweise als Hochdruck-Turbinenstufe, Mitteldruck- Turbinenstufe und Niederdruckturbinenstufe ausgebildet sind. In den Turbinenabschnitten 2 ist jeweils ein Leitschaufelträ- ger 20 mit mehreren Leitschaufelkränzen 14 angeordnet. Ein mittlerer Turbinenabschnitt 2 ist in Strömungsrichtung S durch eine Dichtschale 21 begrenzt. Die Dichtschale 21 ver- hindert ein Weiterströmen eines Dampfmassenstroms in Strömungsrichtung S und lenkt diesen in Richtung Turbinengehäuse 8 und weiter in eine Entnahmevorrichtung. Ein Ausgang ist mit einem folgenden Turbinenabschnitt 2 fluidkommunizierend ge- koppelt.
Diese Dampfturbine 3 nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, dass im Betrieb der durch die Dichtschale 21 umgelenkte Dampfmassenstrom, der eine relativ niedrige Temperatur auf- weist, gegen das Turbinengehäuse 8 strömt, wobei relativ heiße Dampfmassenströme in Strömungsrichtung benachbart vorher sowie benachbart nachher gegen das Turbinengehäuse 8 strömen. Das Turbinengehäuse ist demnach zunächst einem Dampfmassenstrom mit einer relativ hohen Temperatur, anschließend einem Dampfmassenstrom mit einer relativ niedrigen Temperatur und schließlich einem Dampfmassenstrom mit einer relativ hohen Temperatur ausgesetzt. Hierdurch entsteht ein hoher Temperaturgradient im Turbinengehäuse 8, der die Dampfturbine 3 stark belastet und eine maximale Leistung der Dampfturbine 3 begrenzt.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dampfturbine 3 schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Die Dampfturbine 3 weist ein Turbinengehäuse 8 auf, von dem in dieser Ansicht nur ein Gehäuseunterteil 8a dargestellt ist. Das Turbinengehäuse 8 erstreckt sich entlang eine
Gehäuselängsachse 6, umgibt die Gehäuselängsachse 6 vollumfänglich und umfasst bzw. begrenzt somit einen Strömungsraum 16 zum Durchströmen eines Dampfmassenstroms . Die Dampfturbine 3 weist eine Mehrzahl von Turbinenabschnitten auf. In einem in Strömungsrichtung S hinteren Endbereich 15 eines ersten Turbinenabschnitts 2a, der einem zweiten Turbinenabschnitt 2b benachbart ist, ist ein erfindungsgemäßes Ausströmgehäuse 1 angeordnet .
Das Ausströmgehäuse 1 weist eine Ausströmgehäusewand 4 auf, die sich entlang der Gehäuselängsachse 6 erstreckt, die Gehäuselängsachse 6 vollumfänglich umgibt und somit einen zentralen Trommelraum 5 in radialer Richtung umfasst bzw. begrenzt. In dem Trommelraum 5 sind Leitschaufelkränze 14 (vgl. Fig. 1) angeordnet, die in dieser Ansicht nicht dargestellt sind. An einer dem Trommelraum 5 abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand 4 ist eine umlaufende Anbindungsschnitt- stelle 7 ausgebildet. Die Anbindungsschnittstelle ist in diesem Beispiel als umlaufender Flansch ausgebildet, der sich von der Ausströmgehäusewand 4 radial nach außen erstreckt. Das Ausströmgehäuse 1 ist über die Anbindungsschnittstelle 7 an dem Turbinengehäuse 8 gehalten bzw. fixiert, z.B. über eine Schraubverbindung. Hierfür weist das Turbinengehäuse 8 eine entsprechende Haltevorrichtung 17 auf.
Das Ausströmgehäuse 1 weist in Strömungsrichtung S ein hinte- res Ende 10 auf, in dem eine Aufnahmevorrichtung 11 zur Aufnahme einer Dichtungsvorrichtung 9 angeordnet ist. Die Dichtungsvorrichtung 9 ist zum Abdichten des Ausströmgehäuses 1 gegenüber einer nicht dargestellten Turbinenwelle ausgebildet. An dem hinteren Ende 10 des Ausströmgehäuses 1 ist ein Ausströmkanal 12 ausgebildet, der die Gehäuselängsachse 6 umgibt. Ein durch den Trommelraum 5 strömender Dampfmassenstrom wird somit von der Dichtungsvorrichtung 9 an einem Weiterströmen in Strömungsrichtung S gehindert und in den
Ausströmkanal 12 geleitet.
Fig. 3 zeigt schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Oberteil lb des erfindungsgemäßen Ausströmgehäuses 1 aus Fig. 2. Das Oberteil lb erstreckt sich wie das Unterteil la entlang der Gehäuselängsachse 6, umgibt die
Gehäuselängsachse 6 um 180°. Über einen Verbindungsflansch 18 ist das Oberteil lb mit dem Unterteil la verschraubbar . Der Ausströmkanal 12 erstreckt sich ebenfalls in Umfangsrichtung über das Oberteil lb, wobei der Ausströmkanal 12 an zwei Stellen nach außen weisende Öffnungen aufweist, an denen je- weils ein Ausströmstutzen 13 angeordnet ist, die sich etwa tangentialer Richtung vom Ausströmkanal 12 erstrecken. Über die Ausströmstutzen 13 ist der Dampfmassenstrom aus dem Ausströmgehäuse 1 herausleitbar und in der nicht dargestell- ten Zwischenüberhitzungsvorrichtung zuführbar, ohne dass der Dampfmassenstrom auf das Turbinengehäuse 8 trifft.

Claims

Patentansprüche
1. Ausströmgehäuse (1) für einen Turbinenabschnitt (2) einer Dampfturbine (3) , aufweisend eine Ausströmgehäusewand (4) , die einen zentralen Trommelraum (5) entlang einer
Gehäuselängsachse (6) umgibt, und eine Anbindungsschnittstel- le (7) zum Anbinden des Ausströmgehäuses (1) an ein Turbinengehäuse (8) der Dampfturbine (3) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass an der Ausströmgehäusewand (4) eine Dichtvorrichtung (9) zum Abdichten eines in Strömungsrichtung (S) hinteren Endes
(10) des Ausströmgehäuses (1) gegenüber einer Turbinenwelle der Dampfturbine (3) angeordnet ist, wobei die Dichtvorrichtung (9) zur Ausströmgehäusewand (4) abgedichtet ist.
2. Ausströmgehäuse (1) 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 die Ausströmgehäusewand (4) eine Aufnahmevorrichtung
(11) zur Aufnahme der Dichtvorrichtung (9) aufweist.
3. Ausströmgehäuse (1) 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 die Ausströmgehäusewand (4) mindestens einen Ausströmkanal (12) aufweist, der die Gehäuselängsachse (6) zumindest teilweise umgibt, und wobei an dem Ausströmkanal (6) mindestens ein Ausströmstutzen (13) fluidkommunizierend angeordnet ist, der sich quer zur Gehäuselängsachse (6) erstreckt und zum Durchleiten von Dampf ausgebildet ist.
4. Ausströmgehäuse (1) nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Dichtvorrichtung (9) an einer der Gehäuselängsachse (6) zugewandten Seite des mindestens einen Ausströmkanals
(12) dem Ausströmkanal (12) benachbart an der
Ausströmgehäusewand (4) angeordnet ist.
5. Ausströmgehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Anbindungsschnittstelle (7) an einer dem Trommelraum
(5) abgewandten Außenseite der Ausströmgehäusewand (4) ausgebildet ist.
6. Ausströmgehäuse (1) nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass an dem Ausströmgehäuse (1) der Dichtvorrichtung (9) in radialer Richtung benachbart keine Anbindungsschnittstelle (7) zum Anbinden des Ausströmgehäuses (1) an das Turbinengehäuse (8) der Dampfturbine (3) ausgebildet ist.
7. Ausströmgehäuse (1) nach Anspruch 5 oder 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Anbindungsschnittstelle (7) die Gehäuselängsachse
(6) umgibt oder zumindest im Wesentlichen umgibt.
8. Ausströmgehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass eine dem Trommelraum (5) zugewandte Innenseite der Ausströmgehäusewand (4) mindestens einen Leitschaufelkranz (14) aufweist.
9. Dampfturbine (3) aufweisend mindestens einen ersten Turbinenabschnitt (2a) , einen zweiten Turbinenabschnitt (2b) sowie ein den ersten Turbinenabschnitt (2a) und den zweiten Turbinenabschnitt (2b) umfassendes Turbinengehäuse (8) , wobei der erste Turbinenabschnitt (2a) über eine Zwischenüberhitzungs- vorrichtung mit dem zweiten Turbinenabschnitt (2b) fluidkom- munizierend gekoppelt ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass an einem in Strömungsrichtung (S) der Dampfturbine (3) hinteren Endbereich (15) des ersten Turbinenabschnitts (2a) ein Ausströmgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 innerhalb des Turbinengehäuses (8) angeordnet ist.
10. Dampfturbine (3) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Ausströmgehäuse (1) derart an der Dampfturbine (3) angeordnet ist, dass ein durch den Trommelraum (5) strömender Dampfmassenstrom erst nach Durchströmen der dem
Ausströmgehäuse (1) nachgeschalteten Zwischenüberhitzungsvor- richtung auf das Turbinengehäuse (8) treffen kann.
11. Dampfturbine (3) nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Ausströmgehäuse (1) über die Anbindungsschnittstelle (7) an dem Turbinengehäuse (8) gehalten ist.
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