Dampfturbine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die eine erste Teilturbine (2) aufweist, die mit einer zweiten Teilturbine (3) über einen Übergangsbereich (1) strömungstechnisch miteinander verbunden ist wobei der Übergangsbereich (1) eine Strömungsumlenkanordnung (13) aufweist, die eine erste Leitschaufel (14) und eine Wellenabdeckung (15) umfasst.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die eine erste Teilturbine aufweist, die mit einer zweiten Teilturbine über einen Übergangsbereich strömungstechnisch miteinander verbunden ist.

[0002] Im Dampfturbinenbau werden Dampfturbinen mit mittlerer Leistung üblicherweise als eingehäusige oder zweigehäusige Teilturbinen ausgeführt. Eine Ausführungsform eines eingehäusigen Teilturbinentyps zeichnet sich zum Beispiel dadurch aus, dass eine Mitteldruck-Turbine und eine Niederdruck-Turbine in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

[0003] An den Übergangsbereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine werden besondere Anforderungen gestellt. Die Eigenschaften des Rotors sind in der Mitteldruck-Turbine anders als in der Niederdruck-Turbine. Zum Beispiel muss der Rotor in der Mitteldruck-Turbine warmfeste Eigenschaften und in der Niederdruck-Turbine kaltfeste Eigenschaften aufweisen. Des weiteren sind die Rotordurchmesser im Bereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine verschieden. Der Rotordurchmesser am Austritt einer Mitteldruck-Turbine ist bei Turbinen mit großem Abdampfvolumenstrom deutlich kleiner als der Rotordurchmesser am Eintritt einer Niederdruck-Turbine.

[0004] Die unterschiedlichen Materialeigenschaften des Rotors werden für kleinere Abströmflächen durch Vergüten des Rotors ausgeglichen. Bei großen Abströmflächen wird aus Kosten- und Festigkeitsgründen die Welle zwischen Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine verschweißt. Wenn die Welle verschweißt wird, werden noch weitere Anforderungen an diesen Bereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine gestellt. Es wird hierbei zusätzlich axialer Raum benötigt, um z. B. für qualitätssichernde Maßnahmen, wie z. B. Ultraschallprüfung oder Laserbestrahlung, Platz zu haben.

[0005] Des weiteren erfolgt der Übergang von der Mitteldruck-Turbine zur Niederdruck-Turbine stufenartig, da der Niederdruck-Turbinendurchmesser des Rotors in der Regel größer ist als der Durchmesser des Rotors der Mitteldruck-Turbine. Bisher wurde der Bereich zwischen der Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine aus den vorgenannten Gründen nicht beschaufelt und auch nicht als ausgedehnter Übergangsbereich zur Niederdruck-Turbine ausgeformt.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dampfturbine mit einer ersten Teilturbine und einer zweiten Teilturbine anzugeben mit einer verkürzten axialen Baulänge.

[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

[0008] Vorteilhafte Weitergestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0009] Der Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, dass in dem Übergangsbereich der Dampfturbine trotz verkürzter axialer Baulänge genügend Platz für z.B. qualitätssichernde Maßnahmen vorhanden ist und das die axiale Baulänge der Dampfturbine verkürzt wird.

[0010] Die im Unteranspruch 5 beschriebene Weitergestaltung der Erfindung zeigt den Vorteil, dass ein Strömungsmedium gezielt umlenkbar ist.

[0011] Die im Unteranspruch 6 beschriebene Weitergestaltung der Erfindung zeigt den Vorteil, dass eine Wellenabdeckung günstig an eine erste Leitschaufel anbringbar ist.

[0012] Anhand der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert.

Dabei zeigt:

[0013] Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Übergangsbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Teilturbine.

[0014] In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Übergangsbereich 1 zwischen einer ersten Teilturbine 2 und einer zweiten Teilturbine 3 dargestellt. Die erste Teilturbine 2 ist als Mitteldruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine 3 ist als Niederdruck-Teilturbine ausgebildet. Genauso könnte in einem weiteren Ausführungsbeispiel die erste Teilturbine 2 als Hochdruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine 3 als Mitteldruck-Teilturbine ausgebildet sein. Ein Strömungsmedium strömt durch einen Strömungskanal der ersten Teilturbine 2 und tritt nach der letzten Stufe, die aus einer Leitschaufel 4 und einer Laufschaufel 5 besteht aus der ersten Teilturbine 2 aus. Ein um eine Rotationsachse 6 drehbar gelagerter Rotor 7 umfasst einen ersten Längsabschnitt 8, der im Bereich der ersten Teilturbine 2 angeordnet ist und einen zweiten Längsabschnitt 9, der in einem Bereich der zweiten Teilturbine 3 angeordnet ist.

[0015] Für den Fall, dass die erste Teilturbine 2 als eine Mitteldruck-Turbine und die zweite Teilturbine 3 als Niederdruck-Turbine ausgebildet ist, weist der Rotor 7 im ersten Längsabschnitt 8 warmfeste und im zweiten Längsabschnitt 9 kaltzähe Eigenschaften auf. Der erste Längsabschnitt 8 und der zweite Längsabschnitt 9 werden an einem äußeren Bereich 10 des Rotors 7 mittels einer Schweißnaht 11 verbunden. Der Rotor 7 weist im Bereich der Schweißnaht 11 einen Durchmesser 12 auf. Der äußere Bereich 10 ist am Ende des Durchmessers 12 zu finden.

[0016] Der Übergangsbereich 1 weist eine Strömungsumlenkanordnung 13 auf. Die Strömungsumlenkanordnung 13 umfasst eine erste Leitschaufel 14 einer um den Rotor 7 angeordneten Leitschaufelreihe und eine zugeordnete Wellenabdeckung 15.

[0017] Das Strömungsmedium strömt überwiegend in eine Richtung die parallel zur Rotationsachse 6 liegt. Die Strömungsumlenkanordnung 13 ist um einen Winkel α gegenüber der Richtung 16, die im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 6 ist, geneigt. Der Winkel α kann Werte annehmen zwischen 0° und 90° und beträgt im Wesentlichen 45°.

[0018] Das Strömungsmedium strömt durch den Übergangsbereich 1 an der ersten Leitschaufel 14 vorbei zur ersten Laufschaufel 17 der zweiten Teilturbine.

[0019] Die Wellenabdeckung 15 ist derart gestaltet, dass das Strömungsmedium zur ersten Leitschaufel 14 umgelenkt wird, und an der Leitschaufel 14 befestigt ist.

[0020] Durch diese Gestaltung des Übergangsbereiches 1 ist es möglich, axialen Bauraum einzusparen. Für die Schweißnaht 11 können die Anforderungen an die Schweißtechnik eingehalten werden. Es wird für die zweite Teilturbine der axiale Bauraum für die erste Leitschaufelreihe eingespart. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist es, dass die Strömung in diesem Übergangsbereich 1 gezielt beeinflusst werden kann. Die Zuströmung zur ersten Laufschaufelreihe der Niederdruck-Turbine als auch die Strömungsablösung kann optimiert bzw. unterdrückt werden. Es ist auch möglich, den Winkel α über 45° auszubilden, was zu einer zusätzlichen Einsparung von axialem Bauraum führt. Diese Ausführung führt auch bei vergüteten Rotoren zu einer Reduzierung der axialen Baulänge. Genauso ist eine Gewichtsreduzierung von dem Rotor und einem Gehäuse möglich. Dadurch ist ein Einsatz von leichteren Lagern ermöglicht.

[0021] Da die erste Leitschaufel 14 im Übergangsbereich 1 die als die Strömungsumlenkungsanordnung 13 ausgebildet ist, gegenüber dem Rotor 7 über einen niedrigeren Durchmesser ausgebildet ist, erhält man niedrigere Spaltverluste. Darüber hinaus wird durch die Strömungsumlenkungsanordnung 13 in dem Übergangsbereich 1 der Wirkungsgrad der Dampfturbine erhöht.

Ansprüche

1. Dampfturbine,
die eine erste Teilturbine (2) aufweist, die mit einer zweiten Teilturbine (3) über einen Übergangsbereich (1) strömungstechnisch miteinander verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Übergangsbereich (1) eine Strömungsumlenkanordnung (13) aufweist.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsumlenkanordnung (13) eine erste Leitschaufel (14) der zweiten Teilturbine (3) umfasst.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Leitschaufel (14) unter einem Winkel α gegenüber einer Rotationsachse (6) eines in der Dampfturbine drehbar gelagerten Rotors (7) geneigt ist.

4. Dampfturbine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel α Werte im Bereich von 10° bis 80° hat.

5. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsumlenkanordnung (13) eine Wellenabdeckung (15) aufweist.

6. Dampfturbine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wellenabdeckung (15) an der ersten Leitschaufel (14) angebracht ist.

7. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine einen zwei Materialien aufweisenden und im Übergangsbereich (1) verschweißten Rotor (7) aufweist.

8. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Teilturbine (2) eine Mitteldruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine (3) eine Niederdruck-Teilturbine ist.

9. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Teilturbine (2) eine Hochdruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine (3) eine Mitteldruck-Teilturbine ist.

Zeichnung