Zweigehäuseturbine mit mindestens einem Ventil für horizontale Dampfzuführung

Abstract

 Das für den direkten Anschluß an das Außengehäuse (20) einer zweigehäusigen Dampfturbine (14) bestimmte Ventil (15) hat einen im Ventilgehäuse (17) sitzenden Diffusor (18), der durch das Außengehäuse (20) bis in einen Anschlußstutzen (32) des Innengehäuses (23) hineinragt, wo er dichtend nachgiebig an das Innengehäuse (23) angeschlossen ist. Der Diffusor (18) sitzt bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einem zylindrischen Absatz (29) in einer entsprechenden Bohrung des Ventilgehäuses (17), wobei das Ventilgehäuse (17) aus Ferritguß und der Diffusor (18) aus austenitischem Stahl besteht, dessen Wärmedehnzahl größer ist als jene des Ventilgehäusematerials. Der im kalten Zustand locker sitzende Diffusor (18) dehnt sich bei Erwärmung der Turbine stärker aus als das Ventilgehäuse (17), so daß der Diffusor dann im Ventilgehäuse festsitzt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für horizontale Dampfzuführung an Zweigehäuseturbinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Ueblicherweise sind die bei Dampfturbinen verwendeten Schnellschluss- und Stellventile ausserhalb des Turbinengehäuses getrennt von diesem angeordnet und mit dem Turbinengehäuse durch senkrecht in dasselbe einmündende Rohrkrümmer verbunden, wobei die Rohrkrümmer so geformt sind, dass sie elastische Verformungen zum Ausgleich der Wärmedehnungen zulassen, ohne dass hiebei unzulässig hohe Wärmespannungen auftreten. Bei dieser Auslegung erstrecken sich die Rohrkrümmer vom Turbinengehäuse aus weit nach oben mit entsprechendem Platzbedarf in der Halle, so dass solche grossen senkrechten Rohrkrümmer grosse Hallenhöhen mit entsprechenden Mehrkosten gegenüber einer niedrigeren Kraftwerkshalle verursachen. Die Rohrkrümmer selbst sind aber ebenfalls teuer und stellen zudem im Bereich der Flanschverbindungen wegen der hohen Dampfdrücke erhebliche Dichtungsprobleme. Um diese zu vermeiden, hat man Stellventile in vertikaler Lage direkt am Oberteil des Turbinengehäuses angeflanscht oder an ihrem Gehäuseblock angeschweisst. Dabei besteht aber nach wie vor der Nachteil der grossen Bauhöhe.

[0003] Um diesen zu vermeiden, werden Stellventile, jedoch ausschliesslich bei Eingehäuseturbinen, ebenfalls am Oberteil des Gehäuses in waagrechter Lage direkt angeflanscht oder angeschweisst. Dies konnte aber bisher nur bei Eingehäuseturbinen praktiziert werden, weil nur bei diesen im Falle von Revisionen das oder die Ventile allein oder zusammen mit dem Gehäuse nach oben abgehoben werden können.

[0004] Bei Zweigehäuseturbinen, bei denen in dem von einem Innengehäusemantel und einem Aussengehäusemantel begrenzten Zwischenraum nur der Abdampfdruck herrscht, das Aussengehäuse demnach vom hohen Druck des Arbeitsdampfes entlastet ist, wurden die Stellventile entweder in senkrechter Lage direkt am Aussengehäuse befestigt und mit dem Innengehäuse beweglich dichtend verbunden oder es wurden die Ventile mit dem Innengehäuse über ein in dasselbe senkrecht einmündendes Rohr verbunden, das am Aussengehäuse angeflanscht war. Diese Anordnung ermöglicht es daher nicht, bei Revisionen den Gehäuseoberteil abzuheben, ohne auch die Zuleitungen und die zugehörigen Befestigungseinrichtungen entfernen zu müssen.

[0005] Es besteht daher seit längerem das Bedürfnis nach einer Ventilausführung, die unter Vermeidung der erwähnten Zuleitungen zwischen Ventil und Turbinengehäuseoberteil direkt an diesem waagrecht angebaut werden kann und es ermöglicht, nach Abbau des Ventils den Turbinengehäuseoberteil ohne weiteres abzuheben.

[0006] Mit der vorliegenden, im Patentanspruch 1 definierten Erfindung soll also bei Zweigehäuseturbinen vor allem der Nachteil vermieden werden, der darin besteht, dass die bisher verwendeten Ventile mit Rücksicht auf den Ausbau nur mit dazwischengeschalteten, senkrecht von oben in den Turbinengehäuseoberteil einmündenden Rohrkrümmern installiert werden können, was, wie gesagt, grössere und daher teurere Hallenhöhen bedingt. Durch die horizontale Anordnung der erfindungsgemässen Stellventile im Oberteil des Turbinengehäuses werden die Montage-und Demontagearbeiten erleichtert und damit auch die Revisionsarbeiten verbilligt.

[0007] Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung des Hochdruckteiles einer Dampfturbinenanlage mit je einem Paar von Schnellschluss- und Stellventilen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den zweigehäusigen Hochdruckteil einer Dampfturbine mit zwei im Gehäuseoberteil vorgesehenen, direkt aufgeflanschten Stellventilen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den zweigehäusigen Hochdruckteil einer Dampfturbine mit je einem Stellventil im oberen und unteren Gehäuseteil, und die

Fig. 4 in grösserem Massstab die Ausbildung eines Diffusors, wie er in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

[0008] In Fig. 1 bezeichnet 1 einen zweigehäusigen Hochdruckteil einer Dampfturbinenanlage mit je einer durch die Pfeile 2 und 3 angedeuteten Dampfzuführung in den Aussengehäuseoberteil 4 bzw. in den Aussengehäuseunterteil 5. Der vom Kessel gelieferte Dampf tritt bei 2 und.3 in Schnellschlussventile 6 bzw. 7 ein und gelangt bei geöffneten Ventilen 6 und 7 in Stellventile 8 und 9, durch welche der jeweils erforderliche Dampfstrom zur Turbine eingestellt und geregelt werden kann. Die Einstellung und Regelung der Stellventile erfolgt durch mit den St_-ellven- tilen baulich vereinigte Stellmotoren 10 und 11. Die Schnellschlussventile 6 und 7 werden durch Stellmotoren 12 und 13 betätigt, deren Aufgabe u.a. darin besteht, die Dampfzuleitung im Katastrophenfall schlagartig abzusperren.

[0009] Die Fig. 2 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch die Einlaufspirale einer Dampfturbine 14, wobei die Schnittebene senkrecht durch die Achsen von zwei am Aussengehäuseoberteil 20 angeschraubten Stellventilen 15 und 16 gelegt ist, von denen auf der linken Seite nur ein Teil des Ventilgehäuses 17 und der Diffusor 18 dargestellt sind, auf der rechten Seite hingegen nur ein Teil des Diffusors 19. Bei dieser Turbine mit Vierfachspiraleneinlauf sind zwei der Stellventile, nämlich 15 und 16, auf gleicher Höhe am Aussengehäuseoberteil 20 befestigt, wogegen bei der Turbine nach Fig. 1 je ein Ventil am Aussengehäuseoberteil 4 und am Aussengehäuseunterteil 5 vorgesehen ist. Für die zwei weiteren Einläufe sind bei der Ausführung nach Fig. 2 am Aussengehäuseunterteil 21 Befestigungsstellen vorgesehen zum Anbau von zwei nicht dargestellten Dampfzuleitungen, die zwei Stellventile mit den Anschlussstutzen 22 am Innengehäuseunterteil 23 verbinden.

[0010] Bei dem links oben dargestellten, waagrecht eingebauten Stellventil 15 ist auch ein Teil des mit dem Ventilsitz am Diffusor 18 zusammenwirkenden Ventilschliesskörpers 25 dargestellt.

[0011] Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine zweigehäusige Dampfturbine mit Doppeleinlauf und je einem waagrecht angebauten Stellventil am Aussengehäuseoberteil und Aussengehäuseunterteil. Den zur Ausführung nach Fig. 2 analogen Teilen sind in Fig. 3 die gleichen Bezugszahlen zugeordnet. Aus Fig. 4, die den Einbau des in Fig. 2 links oben angeordneten Stellventils 15 in grösserem Massstab zeigt, geht die genaue Gestaltung des Diffusors 18 und seine Lage gegenüber dem Ventilgehäuse 17 und dem Innengehäuseoberteil 24 hervor. Der voll ausgezogene Umriss des Diffusors definiert eine erste Ausführungsform, bei der ein ringförmiger Kragen im Bereich des Ventilsitzes 27 eine Aussenkegelfläche 28 aufweist, die an einer entsprechenden Innenkegelfläche im Ventilgehäuse 17 anliegt. In diesem Falle schliesst sich stromabwärts des Kragens 26 ein zylindrischer Absatz 29 an, der im kalten Zustand des Ventils mit einer engen Spielpassung in einer entsprechenden Bohrung des Ventilgehäuses 17 sitzt. Stromabwärts dieses zylindrischen Absatzes 29 schliesst sich ein langer, aussen zylindrischer Diffusorteil 30 an, der am inneren Ende in einem Führungszapfen 31 von kleinerem Durchmesser endet. Dieser ist innerhalb eines Anschlussstutzens 32 des Innengehäuseoberteils 24 der Turbine in einer schematisch dargestellten Kolbenringdichtung 33 bekannter Bauart längs- und querverschieblich geführt, so dass eine unbehinderte Wärmedehnung möglich ist.

[0012] Im Bereich des zylindrischen Absatzes 29 des Diffusors ist im Gehäuse 17 eine Sicherungsschraube 34 vorgesehen, die mit axialem Spiel in eine Anbohrung 35 im zylindrischen Absatz 29 eingreift und ein Verschieben des Diffusors 18 im kalten Zustand der Turbine verhindert, wenn der Diffusor im Ventilgehäuse nicht festsitzt. Damit im Betrieb der Turbine der Diffusor 18 im Ventilgehäuse 17 absolut fest und dampfdicht sitzt, besteht das Ventilgehäuse 17 aus Ferritguss, der Diffusor 18 dagegen aus austenitischem Stahl, dessen Wärmedehnzahl grösser ist als jene des Ferritgusses, so dass infolge der engen Passung des Diffusors im Ventilgehäuse der Diffusor bei warmer Turbine im Ventilgehäuse festgeklemmt ist. Bei erkalteter Turbine wird der Diffusor im Ventilgehäuse wieder locker, so dass er bei einer Demontage des Ventils ohne Schwierigkeiten herausgezogen werden kann.

[0013] Bei einer zweiten Ausführungsform wird anstelle des praktisch spielfrei im Ventilgehäuse eingebauten zylindrischen Absatzes 29 ein zylindrischer Absatz 36 mit grösserem Spiel gegenüber der Bohrung im Ventilgehäuse vorgesehen, dessen Umriss durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die Auflageschulter kann dabei in gleicher Weise wie bei der erstgenannten Ausführung kegelförmig oder aber als ebene ringförmige Auflagefläche ausgebildet sein.

[0014] Diese Ausführung sorgt im Verein mit dem sphärisch ausgebildeten Ventilschliesskörper 25, der mit der nicht dargestellten Ventilspindel beweglich verbunden ist, dafür, dass sich der Diffusor bei durch unterschiedliche Wärmedehnungen verursachten Relativbewegungen zwischen Aussen-und Innengehäuseoberteil 20 bzw. 24 ohne Verspannung, d.h., ohne Deformation, auf die jeweilige Lage des Anschlussstutzens 32 gegenüber dem Ventilgehäuse 17 einstellen kann. Das Bolzenende der Sicherungsschraube muss bei dieser Ausführung ebenfalls mit Spiel in der Bolzenlängsachse in die entsprechende Anbohrung im zylindrischen Absatz 36 eingreifen, um die Einstellbewegung des Diffusors nicht zu behindern.

[0015] In der Dichtfuge zwischen dem Aussengehäuseoberteil 20 und dem Ventilgehäuse 17 kann, besonders bei langen Diffusoren, ein den Diffusor 18 mit kleinem Spiel umschliessender Stützring 37 vorgesehen sein. Dieser ist an seinem Umfang in der Dichtfuge eingespannt und kann bei der Montage auch als Führung zum Einschieben des Diffusors in die Turbine dienen.

[0016] Mit dieser Ventilbauart ist es möglich, Montagen und Demontagen durchzuführen, ohne dabei von den Ventilen in die Turbine führende Leitungen abbauen zu müssen. Bei den Ventilen der bekannten Bauarten ist es bei horizontalem Einbau wegen des in das Aussengehäuse hineinragenden Diffusors nicht möglich, sie vom Gehäuse abzubauen, ohne auch die zum Ventil führenden Leitungen abbauen zu müssen. Bei eingebautem Ventil lässt sich der Diffusor nämlich nicht herausziehen, so dass das Ventil um eine Strecke, die mindestens gleich der Länge des in die Turbine hineinragenden Diffusorteiles ist, aus der Turbine herausverschoben werden muss. Da dies aber, wie gesagt, nur nach Abbau der Leitung vor dem Ventil möglich ist, verbietet sich wegen der damit verbundenen Schwierigkeiten! der horizontale Einbau solcher Ventile bei zweigehäusigen Turbinen.

[0017] Bei einem Ventil gemäss vorliegender Erfindung dagegen kann nach Demontage des aus Fig. 1 ersichtlichen Stellmotors und der Ventileinbauten der Diffusor nach Lösen der Sicherungsschraube 34 herausgezogen werden, worauf der Turbinengehäuseoberteil zwecks Revision abgebaut werden kann.

Ansprüche

1. Ventil für horizontale Dampfzuführung an Zweigehäuseturbinen, mit einem Ventilgehäuse, das einen Diffusor, einen Ventilsitz und einen Ventilschliesskörper aufnimmt, und das zur direkten Befestigung an einem Aussengehäuse einer Zweigehäuseturbine ausgebildet ist, ferner mit einem Stellmotor und Elementen zur Uebertragung der Stellmotorbewegung auf den Ventilschliesskörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (18) einen den Ventilsitz (27) umschliessenden Kragen (26), einen, in der Durchströmungsrichtung des Diffusors gesehen, an diesen anschliessenden zylindrischen Absatz (29; 36) sowie einen an letzteren anschliessenden Diffusorteil (30) aufweist, dass am Kragen (26) eine konvexe Anlagefläche (28; Kugelzonenfläche mit dem Radius R) zur axialen Abstützung an einer der genannten Anlagefläche entsprechenden konkaven Anlagefläche des Ventilgehäuses (17) vorgesehen ist, dass der zylindrische Absatz (29; 36) mit einer Spielpassung in einer entsprechenden Bohrung des Ventilgehäuses (17) sitzt, und dass der Diffusor (18) so weit über die Flanschdichtfläche des Ventilgehäuses (17) hinausreicht, dass eine bewegliche Abdichtung am Anschlussstutzen des Innengehäuses der Turbine möglich ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Anlagefläche des Kragens (26) eine Aussenkegelfläche (28) ist, dass das Ventilgehäuse (17) aus Ferritguss und der Diffusor (18) aus austenitischem Stahl besteht, dessen Wärmedehnzahl grösser ist als jene des Ferritgusses, und dass der zylindrische Absatz (29) mit enger Spielpassung in der entsprechenden Bohrung des Ventilgehäuses sitzt, derart, dass bei erwärmter Turbine sich der Diffusor (18) stärker ausdehnt als das Ventilgehäuse (17) und der Diffusor (18) demnach zum Festsitzen im Ventilgehäuse (17) kommt.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Anlagefläche des Kragens (26) eine Aussenkugelzone (Radius R) ist, und dass der zylindrische Absatz (36) mit grossem Spiel in der entsprechenden Bohrung des Ventilgehäuses (17) sitzt, derart, dass der Diffusor (18) Relativbewegungen zwischen dem Aussengehäuse (20) und dem Innengehäuse (24) der Turbine zu folgen vermag.

4. Ventil nach .Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sicherungsschraube (34) im Ventilgehäuse (17), die mit einem zylindrisch ausgebildeten Ende in eine Anbohrung (35) im zylindrischen Absatz (29) eingreift, um eine Axialverschiebung des Diffusors zu verhindern.

5. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stützring (37) für den Diffusor (18) an der Flanschdichtfläche des Ventilgehäuses (17).

Zeichnung