[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem Außengehäuse und einem Innengehäuse,
wobei das Außengehäuse und das Innengehäuse einen Frischdampfzuführungskanal aufweisen,
wobei ein einen Schubausgleichskolben aufweisender Rotor umfassend mehrere Laufschaufeln
drehgelagert innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist, und das Innengehäuse mehrere
Leitschaufeln aufweist, die derart angeordnet sind, dass entlang einer Strömungsrichtung
ein Strömungskanal mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln
und eine Reihe Leitschaufeln aufweist, gebildet ist.
[0002] Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Dampfturbine
mit einem Außengehäuse und einem Innengehäuse, wobei das Außengehäuse und das Innengehäuse
einen Frischdampfzuführungskanal aufweisen, wobei ein einen Schubausgleichskolben
aufweisender Rotor umfassend mehrere Laufschaufeln drehgelagert innerhalb des Innengehäuses
angeordnet wird und an dem Innengehäuse mehrere Leitschaufeln derart angeordnet werden,
dass ein Strömungskanal entlang einer Strömungsrichtung mit mehreren Schaufelstufen,
die jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, ausgebildet
wird, durch den im Betrieb ein Dampf strömt.
[0003] Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder
Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt
wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium
durchströmt, das jedoch völlig anderen Temperatur- und Druckbedingungen unterliegt
als der Dampf bei einer Dampfturbine. Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen
z. B. das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur
gleichzeitig den höchsten Druck auf. Ein offenes Kühlsystem, das zum Strömungskanal
offen ist, ist bei Gasturbinen auch ohne Teilturbinen-externe Zuführung von Kühlmedium
realisierbar. Für eine Dampfturbine sollte eine externe Zuführung für Kühlmedium vorgesehen
sein. Der Stand der Technik betreffend Gasturbinen kann schon deswegen nicht für die
Beurteilung des vorliegenden Anmeldungsgegenstands herangezogen werden.
[0004] Eine Dampfturbine umfasst üblicherweise einen mit Schaufeln besetzten drehbar gelagerten
Rotor, der innerhalb eines Gehäuses bzw. Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung
des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strömungskanals mit erhitztem und
unter Druck stehendem Dampf wird der Rotor über die Schaufeln durch den Dampf in Drehung
versetzt. Die Schaufeln des Rotors werden auch als Laufschaufeln bezeichnet. Am Innengehäuse
sind darüber hinaus üblicherweise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche entlang
einer axialen Ausdehnung des Körpers in die Zwischenräume der Rotorschaufeln greifen.
Eine Leitschaufel ist üblicherweise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite
des Dampfturbinen-Gehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicherweise Teil einer Leitschaufelreihe,
welche eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an der
Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel
mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen. Eine Leitschaufelreihe an der genannten
ersten Stelle entlang der axialen Ausdehnung wird auch als Leitschaufelgitter oder
-kranz bezeichnet. Üblicherweise sind eine Anzahl von Leitschaufelreihen hintereinander
geschaltet. Entsprechend ist an einer zweiten Stelle entlang der axialen Ausdehnung
hinter der ersten Stelle eine weitere zweite Schaufel entlang der Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses
gehalten. Ein Paar einer Leitschaufelreihe und einer Laufschaufelreihe wird auch als
Schaufelstufe bezeichnet.
[0005] Der Gehäusemantel einer derartigen Dampfturbine kann aus einer Anzahl von Gehäusesegmenten
gebildet sein. Unter dem Gehäusemantel der Dampfturbine ist insbesondere das stationäre
Gehäusebauteil einer Dampfturbine oder einer Teilturbine zu verstehen, das entlang
der Längsrichtung der Dampfturbine einen Innenraum in Form eines Strömungskanals aufweist,
der zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium in Form von Dampf vorgesehen ist. Dies
kann, je nach Dampfturbinenart, ein Innengehäuse und/oder ein Leitschaufelträger sein.
Es kann aber auch ein Turbinengehäuse vorgesehen sein, welches kein Innengehäuse oder
keinen Leitschaufelträger aufweist.
[0006] Aus Wirkungsgradgründen kann die Auslegung einer derartigen Dampfturbine für so genannte
"hohe Dampfparameter", also insbesondere hohe Dampfdrücke und/oder hohe Dampftemperaturen,
wünschenswert sein. Allerdings ist insbesondere eine Temperaturerhöhung aus materialtechnischen
Gründen nicht unbegrenzt möglich. Um dabei einen sicheren Betrieb der Dampfturbine
auch bei besonders hohen Temperaturen zu ermöglichen, kann daher eine Kühlung einzelner
Bauteile oder Komponenten wünschenswert sein. Die Bauteile sind nämlich in ihrer Temperaturfestigkeit
begrenzt. Ohne effiziente Kühlung würden bei steigenden Temperaturen wesentlich teurere
Materialien (z. B. Nickelbasislegierungen) nötig.
[0007] Bei den bisher bekannten Kühlmethoden, insbesondere für einen Dampfturbinen-Körper
in Form eines Dampfturbinen-Gehäuses oder eines Rotors, ist zwischen einer aktiven
Kühlung und einer passiven Kühlung zu unterscheiden. Bei einer aktiven Kühlung wird
eine Kühlung durch ein dem Dampfturbinen-Körper separat, d. h. zusätzlich zum Arbeitsmedium
zugeführtes Kühlmedium bewirkt. Dagegen erfolgt eine passive Kühlung lediglich durch
eine geeignete Führung oder Verwendung des Arbeitsmediums. Bisher wurden Dampfturbinen-Körper
vorzugsweise passiv gekühlt.
[0008] So ist beispielsweise aus der DE 34 21 067 C2 bekannt, ein Innengehäuse einer Dampfturbine
mit kühlem, bereits expandiertem Dampf zu umströmen. Dies hat jedoch den Nachteil,
dass eine Temperaturdifferenz über die Innengehäusewandung beschränkt bleiben muss,
da sich sonst bei einer zu großen Temperaturdifferenz das Innengehäuse thermisch zu
stark verformen würde. Bei einer Umströmung des Innengehäuses findet zwar eine Wärmeabfuhr
statt, jedoch erfolgt die Wärmeabfuhr relativ weit entfernt von der Stelle der Wärmezufuhr.
Eine Wärmeabfuhr in unmittelbarer Nähe der Wärmezufuhr ist bisher nicht in ausreichendem
Maße verwirklicht worden. Eine weitere passive Kühlung kann mittels einer geeigneten
Gestaltung der Expansion des Arbeitsmediums in einer so genannten Diagonalstufe erreicht
werden. Hierüber lässt sich allerdings nur eine sehr begrenzte Kühlwirkung für das
Gehäuse erzielen.
[0009] In der US 6,102,654 ist eine aktive Kühlung einzelner Komponenten innerhalb eines
Dampfturbinen-Gehäuses beschrieben, wobei die Kühlung auf den Einströmbereich des
heißen Arbeitsmediums beschränkt ist. Ein Teil des Kühlmediums wird dem Arbeitsmedium
beigemischt. Die Kühlung soll dabei durch ein Anströmen der zu kühlenden Komponenten
erreicht werden.
[0010] Aus der WO 97/49901 und WO 97/49900 ist bekannt, einen einzelnen Leitschaufelkranz
zur Abschirmung einzelner Rotorbereiche selektiv durch einen von einem zentralen Hohlraum
bespeisten separaten radialen Kanal im Rotor mit einem Medium zu beaufschlagen. Dazu
wird das Medium über den Kanal dem Arbeitsmedium beigemischt und der Leitschaufelkranz
selektiv angeströmt. Bei der dazu vorgesehenen mittigen Hohlbohrung des Rotors sind
jedoch erhöhte Fliehkraftspannungen in Kauf zu nehmen, was einen erheblichen Nachteil
in Auslegung und Betrieb darstellt.
[0011] In der EP 1 154 123 ist eine Möglichkeit der Entnahme und Führung eines Kühlmediums
aus anderen Bereichen eines Dampfsystems und die Zuführung des Kühlmediums im Einströmbereich
des Arbeitsmediums beschrieben.
[0012] Zur Erzielung höherer Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen
besteht das Bedürfnis, bei einer Turbine höhere Dampfparameter, d. h. höhere Drücke
und Temperaturen als bisher üblich anzuwenden. Bei Hochtemperatur-Dampfturbinen sind
beim Dampf als Arbeitsmedium Temperaturen zum Teil weit über 500 °C, insbesondere
über 540 °C, vorgesehen. Im Detail sind solche Dampfparameter für Hochtemperatur-Dampfturbinen
in dem Artikel "Neue Dampfturbinenkonzepte für höhere Eintrittsparameter und längere
Endschaufeln" von H. G. Neft und G. Franconville in der Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik,
Nr. 73 (1993), Heft 5, angegeben. Der Offenbarungsgehalt des Artikels wird hiermit
in die Beschreibung dieser Anmeldung aufgenommen, um verschiedene Ausführungen einer
Hochtemperatur-Dampfturbine anzugeben. Insbesondere sind Beispiele höherer Dampfparameter
für Hochtemperatur-Dampfturbinen in Bild 13 des Artikels genannt. In dem genannten
Artikel wird zur Verbesserung der Kühlung eines Hochtemperatur-Dampfturbinen-Gehäuses
eine Kühldampfzufuhr und Weiterleitung des Kühldampfs durch die erste Leitschaufelreihe
vorgeschlagen. Damit wird zwar eine aktive Kühlung bereitgestellt. Diese ist jedoch
auf den Hauptströmungsbereich des Arbeitsmediums beschränkt und noch verbesserungswürdig.
[0013] Alle bisher bekannten Kühlverfahren für ein Dampfturbinen-Gehäuse sehen also, soweit
es sich überhaupt um aktive Kühlverfahren handelt, allenfalls ein gezieltes Anströmen
eines separaten und zu kühlenden Turbinenteiles vor und sind auf den Einströmbereich
des Arbeitsmediums, allenfalls unter Einbeziehung des ersten Leitschaufelkranzes,
beschränkt. Dies kann bei einer Belastung üblicher Dampfturbinen mit höheren Dampfparametern
zu einer auf die ganze Turbine wirkenden, erhöhten thermischen Belastung führen, welche
durch eine oben beschriebene übliche Kühlung des Gehäuses nur unzureichend vermindert
werden könnte. Dampfturbinen, die zur Erzielung höherer Wirkungsgrade grundsätzlich
mit höheren Dampfparametern arbeiten, benötigen eine verbesserte Kühlung, insbesondere
des Gehäuses und/oder des Rotors, um eine höhere thermische Belastung der Dampfturbine
in genügendem Maße abzubauen. Dabei besteht das Problem, dass bei der Nutzung bisher
üblicher Turbinenmaterialien die zunehmende Beanspruchung des Dampfturbinen-Körpers
durch erhöhte Dampfparameter, z. B. gemäß dem "Neft"-Artikel, zu einer nachteiligen
thermischen Belastung der Dampfturbine führen kann. Mit der Folge, dass eine Herstellung
dieser Dampfturbine kaum mehr möglich ist.
[0014] Wünschenswert ist eine effektive Kühlung bei einer Dampfturbinen-Komponente, insbesondere
für eine im Hochtemperaturbereich betriebene Dampfturbine.
[0015] An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Dampfturbine
und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, bei denen die Dampfturbine selbst im Hochtemperatur-Bereich
besonders effektiv gekühlt wird.
[0016] Hinsichtlich der Dampfturbine wird die Aufgabe mit einer eingangs genannten Dampfturbine
mit einem Außengehäuse und einem Innengehäuse gelöst, wobei das Außengehäuse und das
Innengehäuse einen Frischdampfzuführungskanal aufweisen, wobei ein einen Schubausgleichskolben
aufweisender Rotor umfassend mehrere Laufschaufeln drehgelagert innerhalb des Innengehäuses
angeordnet ist, und das Innengehäuse mehrere Leitschaufeln aufweist, die derart angeordnet
sind, dass entlang einer Strömungsrichtung ein Strömungskanal mit mehreren Schaufelstufen,
die jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, gebildet
ist, wobei das Innengehäuse eine Verbindung aufweist, die als kommunizierende Röhre
zwischen dem Strömungskanal nach einer Schaufelstufe und einem Schubausgleichskolbenvorraum
zwischen dem Schubausgleichskolben des Rotors und des Innengehäuses ausgebildet ist.
[0017] In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Verbindung einen Rückführungskanal,
der als eine kommunizierende Röhre zwischen einem Raum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse
und dem Strömungskanal nach einer Schaufelstufe ausgebildet ist. Die Verbindung umfasst
darüber hinaus in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen Zuführungskanal, der als
eine kommunizierende Röhre zwischen dem Raum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse
und einem Schubausgleichskolbenvorraum zwischen dem Schubausgleichskolben des Rotors
und des Innengehäuses ausgebildet ist.
[0018] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Strömungsmedium, hier Dampf, nach
einer gewissen Anzahl von Turbinenstufen entnommen und dieser expandierte und abgekühlte
Dampf in einen Schubausgleichkolbenvorraum eingeleitet werden kann. Die Erfindung
geht von dem Gedanken aus, dass für Dampfturbinen, die für höchste Dampfparameter
ausgelegt sind, es wichtig ist, sowohl den Rotor gegen hohe Temperaturen als auch
Gehäuseteile, wie das Innengehäuse oder das Außengehäuse und deren Verschraubung für
hohe Temperaturen und Drücke auszulegen.
[0019] Mit der Rückführung von abgekühltem und entspanntem Dampf in den Raum zwischen dem
Innengehäuse und dem Außengehäuse erfährt die Außenseite des Innengehäuses, dessen
Verschraubung und die Innenseite des Außengehäuses eine geringere Temperatur. Somit
können für das Außengehäuse als auch für das Innengehäuse sowie deren Verschraubungen
andere und ggf. kostengünstigere Materialien verwendet werden. Ebenso ist es vorstellbar,
dass das Außengehäuse dünner ausgeführt werden kann. Der Rückführungskanal und der
Zuführungskanal sind dabei derart ausgebildet, dass stets Dampf aus dem Strömungskanal
in den Schubausgleichskolbenvorraum strömt.
[0020] In einer vorteilhaften Ausbildung ist der Schubausgleichskolbenvorraum in einer axialen
Richtung zwischen Schubausgleichskolben und Innengehäuse angeordnet. Somit erfüllt
der in den Schubausgleichskolbenvorraum strömende Dampf zum einen die Aufgabe einer
Kraftausübung zum Schubausgleich und zum anderen einer Kühlung des Schubausgleichskolbens
der, insbesondere in Hochdruck-Teilturbinen, besonders thermisch belastet ist.
[0021] In einer vorteilhaften Ausbildung werden der Rückführungskanal und der Zuführungskanal
im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung im Innengehäuse ausgebildet. Der Raum
zwischen dem Innengehäuse und Außengehäuse ist hierbei ausgebildet zum Verbinden des
Rückführungskanals mit dem Zuführungskanals. Für diese Anordnung stehen fertigungstechnische
Aspekte im Vordergrund. Außerdem werden vertikale Ausrichtänderungen von Gehäuse-
zu Turbinenachse vermieden, da durch die erzielte Zwangsbeströmung des Raumes zwischen
Innen- und Außengehäuse eine unkontrollierte Ausbildung von mit Naturkonvektion verbundenen
Temperaturschichtungen an den Gehäusen vermieden werden.
[0022] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Innengehäuse einen Kreuz-Rückführungskanal
auf, der als eine kommunizierende Röhre zwischen einem Dichtraum zwischen dem Rotor
und dem Innengehäuse und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zustromraum im
Strömungskanal ausgebildet ist.
[0023] Ein in die Dampfturbine einströmender Frischdampf strömt zum größten Teil durch den
Strömungskanal. Ein geringer Teil des Frischdampfes strömt nicht durch den Strömungskanal,
sondern durch einen Dichtraum der zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordnet
ist. Dieser Teil des Dampfes wird auch als Leckdampf bezeichnet und führt zu einem
Wirkungsgradverlust der Dampfturbine. Dieser Leckdampf, der annähernd Frischdampftemperatur
und Frischdampfdruck aufweist, belastet thermisch den Rotor und das Innengehäuse im
Dichtraum stark. Dieser heiße und unter hohem Druck stehende Dichtdampf wird über
den Kreuz-Rückführungskanal aus dem Dichtraum durch das Innengehäuse wieder in den
Strömungskanal nach einer Schaufelstufe geleitet und expandiert nachfolgend.
[0024] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kreuz-Rückführungskanal vom
Dichtraum weg im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung, nach einer Umlenkung
im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung und nach einer zweiten Umlenkung im
Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung ausgebildet. Somit kann man den Kreuz-Rückführungskanal
besonders fertigungstechnisch einfach ausbilden, was die Investitionskosten erheblich
senkt.
[0025] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mündet eine durch das Außengehäuse
und Innengehäuse führende Überlasteinleitung in den Zustromraum. Beim Betrieb einer
Dampfturbine ist es durchaus üblich, kurzzeitig über eine Überlasteinleitung zusätzlichen
Dampf in die Dampfturbine zu führen, um dadurch größere Leistung zu erreichen. Durch
den Kreuz-Rückführungskanal, der genauso wie die Überlasteinleitung in den Zustromraum
mündet, wird zusätzlich Dampf geliefert, der insgesamt zu einer Wirkungsgraderhöhung
der Dampfturbine führt.
[0026] Vorteilhafterweise ist der Rückführungskanal mit dem Strömungskanal nach einer Rückführungs-Schaufelstufe
verbunden und der Kreuz-Rückführungskanal mit dem Strömungskanal nach einer Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe
verbunden, wobei die Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe in der Strömungsrichtung des
Strömungskanals nach der Rückführungs-Schaufelstufe angeordnet ist.
[0027] Insbesondere ist die Rückführungs-Schaufelstufe die vierte Schaufelstufe und die
Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe die fünfte Schaufelstufe. Je nach Ausführungsform
der Dampfturbine ist auch eine andere Schaufelstufe möglich.
[0028] Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung einer Dampfturbine mit einem Außengehäuse und einem Innengehäuse, wobei
dass Außengehäuse und das Innengehäuse einen Frischdampfzuführungskanal aufweisen,
wobei ein einen Schubausgleichskolben aufweisender Rotor umfassend mehrere Laufschaufeln
drehgelagert innerhalb des Innengehäuses angeordnet wird und an dem Innengehäuse mehrere
Leitschaufeln derart angeordnet werden, dass ein Strömungskanal entlang einer Strömungsrichtung
mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufeln
aufweisen, ausgebildet wird, durch den im Betrieb ein Dampf strömt, wobei Dampf nach
einer Schaufelstufe über eine Verbindung in einen zwischen dem Schubausgleichskolben
des Rotors und des Innengehäuses befindlichen Schubausgleichskolbenvorraum strömt.
[0029] In einer vorteilhaften Ausgestaltung strömt der Dampf nach der Schaufelstufe über
einen im Innengehäuse befindlichen Rückführungskanal in einen Raum zwischen Innengehäuse
und Außengehäuse und von dort über einen im Innengehäuse befindlichen Zuführungskanal
in den zwischen dem Schubausgleichskolben des Rotors und des Innengehäuses befindlichen
Schubausgleichskolbenvorraum.
[0030] Die auf das Verfahren hin bezogenen Vorteile ergeben sich entsprechend den vorgenannten,
auf die Dampfturbine bezogenen, Vorteile.
[0031] Insbesondere ist es vorteilhaft, dass mit dem Dampf im Schubausgleichskolbenvorraum
ein Schubausgleich erreicht wird.
[0032] Vorteilhafterweise liegen die Frischdampftemperaturen zwischen 550°C bis 600°C und
die Temperatur des Dampfes, der in den Rückführungskanal strömt, zwischen 520°C und
550°C. Weiter vorteilhaft ist, dass der Dampf mit Temperaturen zwischen 550°C bis
600°C in die Überlasteinleitung strömt. Genauso vorteilhaft ist es, dass der Dampf
mit Temperaturen zwischen 540°C bis 560°C in den Kreuz-Rückführungskanal strömt.
[0033] Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher
beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Querschnitt durch eine Dampfturbine gemäß Stand der Technik,
- Figur 2
- einen Teilschnitt durch eine Dampfturbine mit einer ersten Anordnung,
[0034] In der Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine Dampfturbine 1 gemäß dem Stand der
Technik dargestellt. Die Dampfturbine 1 weist ein Außengehäuse 2 und ein Innengehäuse
3 auf. Das Innengehäuse 3 und das Außengehäuse 2 weisen einen nicht näher dargestellten
Frischdampfzuführungskanal auf. Innerhalb des Innengehäuses 3 ist ein einen Schubausgleichskolben
4 aufweisender Rotor 5 drehgelagert angeordnet. Üblicherweise ist der Rotor um eine
Rotationsachse 6 rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Rotor 5 umfasst mehrere Laufschaufeln
7. Das Innengehäuse 3 weist mehrere Leitschaufeln 8 auf. Zwischen dem Innengehäuse
3 und dem Rotor 5 wird ein Strömungskanal 9 ausgebildet. Ein Strömungskanal 9 umfasst
mehrere Schaufelstufen, die jeweils aus einer Reihe Laufschaufeln 7 und einer Reihe
Leitschaufeln 8 ausgebildet sind.
Über den Frischdampfzuführungskanal strömt Frischdampf in eine Einströmöffnung 10
und strömt von dort aus in einer Strömungsrichtung 11 durch den Strömungskanal 9,
die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 6 verläuft. Der Frischdampf expandiert
und kühlt sich hierbei ab. Thermische Energie wird hierbei in Rotationsenergie umgewandelt.
Der Rotor 5 wird in eine Drehbewegung versetzt und kann einen Generator zur elektrischen
Energieerzeugung antreiben.
[0035] Je nach Beschaufelungstyp der Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 7 entsteht ein mehr
oder weniger großer Schub des Rotors 5 in Strömungsrichtung 11. Üblicherweise wird
ein Schubausgleichskolben 4 derart ausgebildet, dass ein Schubausgleichskolbenvorraum
12 ausgebildet wird. Durch Zuführung von Dampf in den Schubausgleichskolbenvorraum
12 entsteht eine Gegenkraft, die einer Schubkraft 13 entgegenwirkt.
[0036] In der Figur 2 ist ein Teilschnitt einer Dampfturbine 1 zu sehen. Im Betrieb strömt
Dampf über dem nicht näher dargestellten Frischdampfzuführungskanal in den Eingangsraum
10. Die Frischdampfzuführung wird symbolisch mit dem Pfeil 13 dargestellt. Der Frischdampf
hat hierbei üblicherweise Temperaturwerte bis zu 600°C und einen Druck bis zu 258
bar. Der Frischdampf strömt in der Strömungsrichtung 11 durch den Strömungskanal 9.
Nach einer Schaufelstufe strömt der Dampf über eine Verbindung 14, 15, 16, die als
eine kommunizierende Röhre zwischen dem Strömungskanal 9 und einem Schubausgleichkolben
4 des Rotors 5 und des Innengehäuses 3.
[0037] Insbesondere strömt der Dampf über einen Rückführungskanal 14, der als eine kommunizierende
Röhre zwischen einem Raum 15 zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 2 und dem Strömungskanal
9 nach einer Schaufelstufe ausgebildet ist, in den Raum 15 zwischen Innengehäuse 3
und Außengehäuse 2. Der im Raum 15 zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 2 befindliche
Dampf weist nun eine Temperatur um 532°C und einen Druck um 176 bar auf. Der Dampf
strömt über einen Zuführungskanal 16, der als eine kommunizierende Röhre zwischen
dem Raum 15 zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 2 und dem Schubausgleichskolbenvorraum
12 zwischen dem Schubausgleichskolben 4 des Rotors 5 und des Innengehäuses 3 in den
Schubausgleichskolbenvorraum 12.
[0038] In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schubausgleichskolbenvorraum
12 in einer axialen Richtung 17 zwischen Schubausgleichskolben 4 und Innengehäuse
3 angeordnet. Ein in den Raum 10 strömender Frischdampf strömt zum größten Teil in
Strömungsrichtung 11 in den Strömungskanal 9. Ein kleinerer Teil strömt als Leckdampf
in einen Dichtraum 18. Der Leckdampf strömt hierbei im Wesentlichen in einer Gegenrichtung
19. Der Leckdampf strömt über einen Kreuz-Rückführungskanal 20, der als eine kommunizierende
Röhre zwischen einem zwischen dem Dichtraum 18 zwischen dem Rotor 5 und dem Gehäuse
3 und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zustromraum 21 im Strömungskanal
9 in den Strömungskanal 9. Der Kreuz-Rückführungskanal 20 ist hierbei vom Dichtraum
18 weg in im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 11, nach einer Umlenkung
21 im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 11 und nach einer zweiten Umlenkung
22 im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 11 ausgebildet.
[0039] In einer alternativen Ausführungsform kann das Innengehäuse und Außengehäuse mit
einer nicht näher dargestellten Überlasteinleitung ausgebildet werden. In die Überlasteinleitung
strömt externer Dampf, der durch den Pfeil 23 symbolisiert wird.
[0040] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rückführungskanal 14 mit dem Strömungskanal
9 nach einer Rückführungs-Schaufelstufe 24 verbunden und der Kreuz-Rückführungskanal
20 ist mit dem Strömungskanal 9 nach einer Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe 25 verbunden.
Die Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe 25 ist hierbei in der Strömungsrichtung 11 des
Strömungskanals 9 nach der Rückführungs-Schaufelstufe 24 angeordnet.
[0041] In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Rückführungs-Schaufelstufe
24 die vierte Schaufelstufe und die Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe die fünfte Schaufelstufe.
1. Dampfturbine (1) mit einem Außengehäuse (2) und einem Innengehäuse (3), wobei das
Außengehäuse (2) und das Innengehäuse (3) einen Frischdampfzuführungskanal (10) aufweisen,
wobei ein einen Schubausgleichskolben (4) aufweisender Rotor (5) umfassend mehrere
Laufschaufeln (7) drehgelagert innerhalb des Innengehäuses (3) angeordnet ist,
und das Innengehäuse (3) mehrere Leitschaufeln (8) aufweist, die derart angeordnet
sind, dass entlang einer Strömungsrichtung (11) ein Strömungskanal (9) mit mehreren
Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln (7) und eine Reihe Leitschaufeln
(8) aufweisen, gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innengehäuse (3) eine Verbindung (14, 15, 16) aufweist, die als eine kommunizierende
Röhre zwischen dem Strömungskanal (9) nach einer Schaufelstufe und einem Schubausgleichskolbenvorraum
(12) zwischen dem Schubausgleichskolben (4) des Rotors (5) und des Innengehäuses (3)
ausgebildet ist.
2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung (14, 15, 16) einen Rückführungskanal (14) umfasst, der als eine kommunizierende
Röhre zwischen einem Raum (15) zwischen Innengehäuse (3) und Außengehäuse (2) und
dem Strömungskanal (9) nach einer Schaufelstufe ausgebildet ist und die Verbindung
einen Zuführungskanal (16) umfasst, der als eine kommunizierende Röhre zwischen dem
Raum (15) zwischen Innengehäuse (3) und Außengehäuse (2) und einem Schubausgleichskolbenvorraum
(12) zwischen dem Schubausgleichskolben (4) des Rotors (5) und des Innengehäuses (3)
ausgebildet ist.
3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schubausgleichskolbenvorraum (12) in einer axialen Richtung (17) zwischen Schubausgleichskolben
(4) und Innengehäuse (3) angeordnet ist.
4. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rückführungskanal (14) und der Zuführungskanal (16) im Wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung (11) im Innengehäuse (3) ausgebildet sind und der Raum (15)
zwischen Innengehäuse (3) und Außengehäuse (2) ausgebildet ist zum Verbinden des Rückführungskanals
(14) mit dem Zuführungskanals (16).
5. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,2,3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innengehäuse (3) einen Kreuz-Rückführungskanal (20) aufweist, der als eine kommunizierende
Röhre zwischen einem Dichtraum (18) zwischen dem Rotor (5) und dem Innengehäuse (3)
und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zustromraum (21') im Strömungskanal
(9) ausgebildet ist.
6. Dampfturbine (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kreuz-Rückführungskanal (20) vom Dichtraum (18) weg im Wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung (11), nach einer Umlenkung (21) im Wesentlichen parallel zur
Strömungsrichtung (11) und nach einer zweiten Umlenkung (22) im Wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung (11) ausgebildet ist.
7. Dampfturbine (1) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine durch das Außengehäuse (2) und Innengehäuse (3) führende in den Zustromraum (21') mündende
Überlasteinleitung (23).
8. Dampfturbine (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rückführungskanal (14) mit dem Strömungskanal (9) nach einer Rückführungs-Schaufelstufe
(24) verbunden ist und der Kreuz-Rückführungskanal (20) mit dem Strömungskanal (9)
nach einer Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe (25) verbunden ist, wobei die Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe
(25) in der Strömungsrichtung (11) des Strömungskanals (9) nach der Rückführungs-Schaufelstufe
(24) angeordnet ist.
9. Dampfturbine (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rückführungs-Schaufelstufe (24) die vierte Schaufelstufe und die Kreuz-Rückführungs-Schaufelstufe
(25) die fünfte Schaufelstufe ist.
10. Verfahren zu Herstellung einer Dampfturbine (1) mit einem Außengehäuse (2) und einem
Innengehäuse (3), wobei das Außengehäuse (2) und das Innengehäuse (3) einen Frischdampfzuführungskanal
(10) aufweisen,
wobei ein einen Schubausgleichskolben (4) aufweisender Rotor (5) umfassend mehrere
Laufschaufeln (7) drehgelagert innerhalb des Innengehäuses (3) angeordnet wird
und an dem Innengehäuse (3) mehrere Leitschaufeln (8) derart angeordnet werden, dass
ein Strömungskanal (9) entlang einer Strömungsrichtung (11) mit mehreren Schaufelstufen,
die jeweils eine Reihe Laufschaufeln (7) und eine Reihe Leitschaufeln (8) aufweisen,
ausgebildet wird, durch den im Betrieb ein Dampf strömt,
dadurch gekennzeichnet, dass
Dampf nach einer Schaufelstufe über eine Verbindung (14, 15, 16) in einen zwischen
dem Schubausgleichskolben (4) des Rotors (5) und des Innengehäuses (3) befindlichen
Schubausgleichskolbenvorraum (12) strömt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampf nach der Schaufelstufe über einen im Innengehäuse (3) befindlichen Rückführungskanal
(14) in einen Raum (15) zwischen Innengehäuse (3) und Außengehäuse (2) strömt und
von dort über einen im Innengehäuse (3) befindlichen Zuführungskanal (16) in den zwischen
dem Schubausgleichskolben (4) des Rotors (5) und des Innengehäuses (3) befindlichen
Schubausgleichskolbenvorraum (12) strömt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Dampf im Schubausgleichskolbenvorraum (12) ein Schubausgleich erreicht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein in einem zwischen Rotor (5) und Innengehäuse (3) befindlichen Dichtraum (18) befindlicher
Dampf über einen Kreuz-Rückführungskanal (20) in einem nach einer Schaufelstufe angeordneten
Zustromraum (21') strömt.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Überlastdampf über eine Überlasteinleitung (23) in den Zustromraum (21') strömt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampf mit Frischdampftemperaturen zwischen 550°C bis 600°C in den Frischdampfzuführungskanal
(10) strömt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampf mit Temperaturen zwischen 520°C bis 550°C in den Rückführungskanal (14)
strömt.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Überlastdampf mit Temperaturen zwischen 550°C bis 600°C in die Überlasteinleitung
(23) strömt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampf mit Temperaturen zwischen 540°C bis 560°C in den Kreuz-Rückführungskanal
(20) strömt.