Dampfturbine mit zwei Dampfräumen

Abstract

 Eine Dampfturbine mit mindestens zwei Dampfräumen, die von einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse umgeben und durch mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Trennwand (14a-d) voneinander getrennt sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (14a-d) aus mindestens zwei ebenen Teilflächen (32,34) gestaltet ist, die relativ zueinander geneigt gestaltet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit zwei Dampfräumen, die von einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse umgeben und durch mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Trennwand voneinander getrennt sind.

[0002] Bei Dampfturbinen der oben genannten Art sind in zylindrischen Turbinengehäusen einzelne Dampfräume durch Trennwände abgetrennt. Zum Zu- und Abführen von Dampf an den Dampfräumen sind am Gehäuse Anschlüsse vorgesehen.

[0003] Die Trennwände, welche die Dampfräume voneinander trennen, müssen dabei einfach herstellbar sein und trotzdem der auftretenden Druckbeanspruchung dauerhaft standhalten. Die Anschlüsse müssen mit Querschnittsflächen gestaltet sein, die entsprechend den durch die Dampfräume zu führenden Fluidmengen oft vergleichsweise groß dimensioniert sind.

[0004] Ein großes Problem bei der Gestaltung der Gehäuse und der zugehörigen Trennwände stellen ferner die Wärmedehnungsspannungen dar, die sich an den Dampfturbinen wegen der hohen Temperaturunterschiede ergeben.

[0005] Bei bekannten Dampfturbinen sind die einzelnen Dampfräume mit rotationssystemmetrischen, kegelförmigen Wänden abgetrennt, an denen sich bei Temperatureinwirkung durch Wärmedehnung die Kegelwinkel aufweiten. Dies führt zu verhältnismäßig hohen Dehnungsspannungen an den Trennwänden.

[0006] Darüber hinaus sind bei bekannten Gehäusen die Außenflächen der einzelnen Dampfräume teilweise nur verhältnismäßig schmale Streifen, an denen nicht ausreichend Raum zum Anordnen der genannten Anschlüsse vorhanden ist.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dampfturbine bereitzustellen, an der sich an den Trennwänden besonders geringe Wärmespannungen ergeben, die aber zugleich besonders kompakt gestaltet ist.

[0008] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer eingangs genannten Dampfturbine gelöst, bei der die Trennwand aus mindestens zwei ebenen Teilflächen gestaltet ist, die relativ zueinander geneigt gestaltet sind.

[0009] Erfindungsgemäß ist die in einem Gehäuse einer Dampfturbine vorzusehene Trennwand nicht allein als ebene oder als gekrümmte Fläche gestaltet, sondern es sind gezielt Falten bzw. Knicke in der Trennwand ausgebildet, an denen ebene Teilflächen aneinander angrenzen. Die derart gefalteten Wände können je nach Größe und Dicke der Trennwand tatsächlich durch einen Faltvorgang oder durch Verbinden zweier ebener Stücke, beispielsweise durch Schweißen, hergestellt werden. Durch die Falten dehnen sich die erfindungsgemäßen Trennwände und insbesondere deren ebene Teilflächen gleichmäßig ohne besondere Gestaltänderung aus und es werden am zugehörigen Gehäuse keine zusätzlichen Spannungen erzeugt. Die Falten führen ferner zu einer Versteifung der Wände und ermöglichen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, eine flexiblere Aufteilung der Dampfräume. Bei entsprechender Gestaltung kann eine ebene Teilfläche einer Trennwand aus dem eigentlichen Gehäusebereich hinaus verlängert werden und darum einen Teil einer Wand eines Anschlussstutzens am Gehäuse bilden. Dadurch ergibt sich eine günstigere Einleitung von äußeren Stutzenkräften in die Gehäusestruktur.

[0010] Die erfindungsgemäßen Falten sind besonders vorteilhaft als gerade Faltkanten gestaltet, an denen Teilflächen aneinander anschließen. Solche geraden Faltkanten können kostengünstig durch einfaches Knicken oder durch Verschweißen von geraden Plattenkanten hergestellt werden.

[0011] Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäß mit Faltkanten gestalteten Teilflächen an Faltkanten aneinander anschließen, die bezogen auf eine Längsachse des rohrförmigen Gehäuses unsymmetrisch angeordnet sind. Damit wird erreicht, dass die erfindungsgemäßen Trennwände insbesondere nicht rotationssymmetrisch aufgebaut sind. Eine solche Gestaltung ist hinsichtlich der bei Temperaturbehaltung sich ergebenen Wärmedehnungsspannungen besonders von Vorteil.

[0012] Darüber hinaus ist es hinsichtlich der Entstehung von Spannungen an der Gehäusestruktur der erfindungsgemäßen Dampfturbine ferner vorteilhaft, wenn die Teilflächen auch in ihrer Neigung bezogen auf eine Längsachse des rohrförmigen Gehäuses unsymmetrisch insbesondere nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind. Solche hinsichtlich der Längsachse des rohrförmigen Gehäuses unsymmetrisch geneigte Teilflächen ermöglichen durch eine flexible Gestaltung über den Umfang des Gehäuses hinweg insbesondere auch eine bessere Platzierung von Einstiegsöffnungen, so genannten Mannlöchern, wodurch über die Betriebsdauer der Dampfturbine hinweg die relevanten Bereiche im Inneren des Gehäuses besser erreichbar sind.

[0013] Eine besonders kostengünstig zu entwickelnde und herzustellende erfindungsgemäße Trennwand ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer zentralen Teilfläche gestaltet ist, an der über den Umfang verteilt mehrere weitere Teilflächen anschließen, die zur zentralen Teilfläche geneigt sind. Während die zentrale Teilfläche zum Abtrennen der Dampfräume unmittelbar an einem in dem Gehäuse sich drehenden Rotor vorgesehen ist, können die um diese zentrale Teilfläche herum verteilten weiteren Teilflächen je nach Platzbedarf in den jeweiligen Dampfräumen und an dem umgebenden rohrförmigen Gehäuse verschieden geneigt angeordnet werden. Zugleich ergeben sich vergleichsweise einfache Falt- und/oder Verbindungskanten.

[0014] Eine weitere Standardisierung der erfindungsgemäßen Trennwände und eine damit verbundene Reduzierung von Kosten ist möglich, indem an der zentralen Teilfläche über deren Umfang verteilt geneigte Teilflächen anschließen, die gleich groß sind. Dabei kann die oben genannte unsymmetrische Gestalt der erfindungsgemäßen Trennwände besonders vorteilhaft durch drei geneigte Teilflächen erzielt werden.

[0015] Diese drei geneigten Teilflächen können zum Beispiel vorteilhaft an jeweils einer Seite einer im Wesentlichen rechteckigen zentralen Teilfläche angeordnet sein, wobei die zentrale Teilfläche selbst an der vierten Seite der im Wesentlichen rechteckigen Grundform eben bis an das Gehäuse fortgesetzt gestaltet ist.

[0016] Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Trennwand ist es ferner vorteilhaft, wenn die zentrale Fläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des rohrförmigen Gehäuses und damit senkrecht zu einem sich in dem Gehäuse drehenden Rotor ausgerichtet ist.

[0017] Wie bereits oben angedeutet worden ist, kann mit den erfindungsgemäß geneigt gestalteten Teilflächen auch ein am Gehäuse als Anschluss dienender Stutzen zumindest teilweise ausgebildet werden. Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn mit einer der geneigten Teilflächen im Inneren des Gehäuses ein zumindest einseitig trichterförmiger Einlass oder Auslass gebildet ist. Derartige trichterförmige Ein- oder Auslässe ergeben an der erfindungsgemäßen Dampfturbine die strömungstechnisch jeweils gewünschte Verengung oder Aufweitung der Querschnittsflächen der zugehörigen Strömungswege.

[0018] Darüber hinaus wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei einer gattungsgemäßen Dampfturbine mindestens zwei Anschlüsse für Dampf am Gehäuse derart gestaltet sind, dass einer der Dampfräume ausgehend von einem zugehörigen Anschluss in das Gehäuse hinein sich verkleinernde Querschnittsflächen bzw. -breiten aufweist während der jenseits der Trennwand befindliche Dampfraum in Richtung auf einen zugehörigen Anschluss aus dem Gehäuse heraus sich vergrößernde Querschnittsflächen bzw. -breiten aufweist. Die sich verkleinernden Querschnittsflächen sind also unmittelbar neben sich vergrößernden Querschnittsflächen angeordnet und führen so insgesamt zu einer besonders kompakten und raumsparenden Bauweise einer solchen erfindungsgemäßen Dampfturbine. Insbesondere bei einer sehr begrenzten axialen Baulänge des rohrförmigen Gehäuses kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung von Trennflächen an den Außenseiten des Gehäuses genügend Raum für die Platzierung von Anschlüssen geschaffen werden. Zugleich können die Querschnittsverläufe entlang der Strömungswege in den einzelnen Dampfräumen entsprechend dem beispielsweise bei einem Einlass mit wachsender Entfernung vom Einlassstutzen abnehmenden Flächenbedarf ausgelegt werden. Erfindungsgemäß liegt der Bereich mit geringem Flächenbedarf eines Dampfraumes neben dem Bereich mit großem Flächenbedarf des benachbarten Dampfraumes. Es ergibt sich damit eine vergleichsweise kurze Baulänge des rohrförmigen Gehäuses mit einer besonders günstigen Bauraumausnutzung.

[0019] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dampfturbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Halbschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Gehäuses mit Trennwänden einer erfindungsgemäßen Dampfturbine,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht auf die Teilfuge des Unterteils des Gehäuses und der Trennwände gemäß Fig. 1,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Trennwände der Dampfturbine gemäß Fig. 1,

Fig. 7 eine aufgebrochene perspektivische Ansicht des Gehäuses mit Trennwänden gemäß Fig. 1 und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses gemäß Fig. 1 von Außen.

[0020] In den Figuren sind von einer Dampfturbine 10 die für die Erfindung wesentlichen Elemente eines rohrförmigen Gehäuses 12 und darin angeordneten Trennwänden 14a-d veranschaulicht. Das Gehäuse 12 ist im Wesentlichen rohrförmig entlang einer Längsachse 16 gestaltet und weist an seiner Außenseite einen Dampfeinlass 18 in Gestalt eines Stutzens auf. An der Außenseite des Gehäuses 12 sind ferner Dampfauslässe 20 und 22 angeordnet, die als Anzapfungen zum Abzweigen von Vorwärmdampf dienen. Das Gehäuse 12 ist mit insgesamt vier Trennwänden 14a, 14b, 14c und 14d in fünf Dampfräume 24a bis 24e unterteilt, bei denen der Dampfeinlass 18 in den Dampfraum 24c mündet, aus den Dampfräumen 24b und 24d jeweils ein "kleiner" Dampfauslass 20 und aus den Dampfräumen 24a und 24e jeweils zwei "große" Dampfauslässe 22 herausführen.

[0021] Im Betrieb der Dampfturbine 10 dreht sich in dem Gehäuse 12 ein in Richtung der Längsachse 16 ausgerichteter, nicht dargestellter Rotor. Dieser Rotor durchsetzt die Trennwände 14a bis 14d, wozu in diesen Trennwänden 14 jeweils eine zentrale Öffnung 26 ausgebildet ist. Der durch den Dampfeinlass 18 in den Dampfraum 24c eingeführte Dampf strömt dabei in axialer Richtung zu beiden Stirnseiten des rohrförmigen Gehäuses 12 und verlässt dort durch jeweils eine Öffnung 28 das Gehäuse 12. Die Strömung des Dampfes durch das Gehäuse 12 ist im Bereich der Dampfräume 24b und 24d durch jeweils einen Rohrabschnitt 30 geführt, mit dem die Trennwände 14a und 14b bzw. 14c und 14d im Bereich der zugehörigen Öffnungen 26 miteinander verbunden sind. Damit die Dampfturbine 10 in axialer Richtung besonders kompakt gestaltet und damit ein besonders kostengünstig zu realisierender, kurzer Abstand zwischen zugehörigen (nicht dargestellten) Lagern des Dampfturbinenrotors erzielt wird und ferner das Gehäuse 12 sowie die Trennwände 14 bei Temperaturänderungen an der Dampfturbine 10 nicht übermäßig großen Dehnungsspannungen unterworfen werden, sind die Trennwände 14 jeweils aus einzelnen ebenen Teilflächen 32 gestaltet, die zur Längsachse 16 geneigt um jeweils eine zentrale Teilfläche 34 angeordnet sind. Die derart an der zentralen Teilfläche 34 radial außenliegenden Teilflächen 32 grenzen jeweils an geraden Faltkanten 36 an die zentrale Teilfläche 34.

[0022] Wie insbesondere in Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind die äußeren Teilflächen 32 des Dampfraums 24c an der Seite des Dampfeinlasses 18 derart geneigt, dass der Dampfeinlass 18 in das Gehäuse 12 hinein sich verkleinernde Querschnittsbreiten bzw. -flächen aufweist. An der diametral gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 12 sind die äußeren Teilflächen 32 der Trennwände 14b und 14c derart zueinander geneigt, dass sich die Querschnittsbreiten bzw. -flächen des Dampfraumes 24c mit zunehmendem Abstand vom Dampfeinlass 18 weiter verkleinern. Die zentralen Teilflächen 34 der Trennwände 14b und 14c sind hingegen senkrecht zur Längsachse 16 ausgerichtet. Insbesondere in Fig. 6 ist ferner zu erkennen, dass die zentralen Teilflächen 34 der Trennwände 14b und 14c seitlich vom Dampfeinlass 18 jeweils eben bis an das Gehäuse 12 fortgesetzt und dort keine Faltkanten vorgesehen sind.

[0023] Im Gegensatz zu den Trennwänden 14b und 14c sind die Trennwände 14a und 14d jeweils als "Schalen" gestaltet, an denen an einer zentralen Teilfläche 34 drei äußere geneigt angeordnete Teilflächen 32 ausgebildet sind. Die äußeren Teilflächen 32 der Trennwände 14a und 14d sind jeweils in axialer Richtung zu den stirnseitigen Öffnungen 28 der zugehörigen Dampfräume 24a und 24e geneigt. Dadurch verläuft die bezogen auf Fig. 6 obere äußere Teilfläche 32 der Trennwände 14a und 14d jeweils im Wesentlichen parallel zu den oberen äußeren Teilflächen 32 der Trennwände 14b bzw. 14c (siehe auch Fig. 1 obere Hälfte). Im bezogen auf die Figuren unteren Bereich der Trennwände 14 wird durch die zueinander geneigten äußeren Teilflächen 32 der Trennwände 14b und 14c und die sich senkrecht zur Längsachse 16 bis unten erstreckenden zentralen Teilfläche 34 der Trennwände 14a und 14d eine Verbreiterung der Dampfräume 24b und 24d in Richtung auf die "kleinen" Dampfauslässe 20 erreicht. Somit ergibt sich von oben nach unten insgesamt eine Vergrößerung der Querschnittsflächen der zur Mitte hin durch den Rohrabschnitt 30 begrenzten, ringförmigen Dampfräume 24b und 24d in Richtung auf die Dampfauslässe 20.

[0024] An den Dampfräumen 24a und 24e sind unten jeweils zwei Dampfauslässe 22 vorgesehen. Diese Dampfauslässe 22 liegen in einem Bereich der Dampfräume 24a bzw. 24e, an denen die Dampfräume 24a und 24e wegen der Gestalt der Trennwände 14a bzw. 14d in axialer Richtung besonders breit sind. In den oberen und seitlichen Bereichen sind die Dampfräume 24a und 24e hingegen wegen der an den Trennwänden 14a und 14d jeweils um die zentrale Teilfläche 34 gruppierten drei äußeren Teilflächen 32 vergleichsweise schmal.

[0025] Wie in Fig. 8 dargestellt ist, sind an dem Gehäuse 12 knapp oberhalb der Teilfuge des Unterteils Einstiegsöffnungen bzw. Mannlöcher 38 ausgebildet, die wegen der gewählten Gestalt der Trennwände 14 einen besonders leicht zugänglichen Einstieg und einen guten Zugang zu den zu bearbeitenden Bereichen im Inneren des Gehäuses 12 ermöglichen.

Ansprüche

1. Dampfturbine (10) mit mindestens zwei Dampfräumen (24a-e), die von einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse (12) umgeben und durch mindestens eine in dem Gehäuse (12) angeordnete Trennwand (14a-d) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand (14a-d) aus mindestens zwei ebenen Teilflächen (32, 34) gestaltet ist, die relativ zueinander geneigt gestaltet sind.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilflächen (32, 34) an mindestens einer geraden Faltkante (36) aneinander anschließen.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilflächen (32, 34) an Faltkanten (36) aneinander anschließen, die bezogen auf eine Längsachse (16) des rohrförmigen Gehäuses (12) unsymmetrisch angeordnet sind.

4. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilflächen (32, 34) in ihrer Neigung bezogen auf eine Längsachse (16) des rohrförmigen Gehäuses (12) unsymmetrisch, insbesondere nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind.

5. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand (14a-d) mit einer zentralen Teilfläche (34) gestaltet ist, an der über den Umfang verteilt mehrere weitere Teilflächen (32) anschließen, die zur zentralen Teilfläche (34) geneigt sind.

6. Dampfturbine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der zentralen Teilfläche (34) über deren Umfang verteilt drei geneigte Teilflächen (32) anschließen, die insbesondere im Wesentlichen gleich groß sind.

7. Dampfturbine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der zentralen Teilfläche (34) zwei gegenüberliegende Teilflächen (32) anschließen, die insbesondere bezogen auf die zentrale Teilfläche (34) in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind.

8. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zentrale Teilfläche (34) an mindestens einem Teilbereich ihres Umfangs bis an das Gehäuse (12) eben gestaltet ist.

9. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zentrale Teilfläche (34) im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (16) des rohrförmigen Gehäuses (12) ausgerichtet ist.

10. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit einer der genannten Teilflächen (32) in dem Gehäuse ein zumindest einseitig trichterförmiger Einlass (18) oder Auslass (20, 22) gebildet ist.

11. Dampfturbine insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei Dampfräumen (24a-e), die von einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse (12) umgeben und durch mindestens eine in dem Gehäuse (12) angeordnete Trennwand (14a-d) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand (14a-d) und mindestens zwei Anschlüsse (18, 20, 22) für Dampf am Gehäuse (12) derart gestaltet sind, dass einer der Dampfräume (24c) ausgehend von einem zugehörigen Anschluss (18) in das Gehäuse (12) hinein sich verkleinernde Querschnittsflächen aufweist, während der jenseits der Trennwand (14a-d) befindliche Dampfraum (24a, 24b, 24d, 24e) in Richtung auf einen zugehörigen Anschluss (20, 22) aus dem Gehäuse (12) heraus sich vergrößernde Querschnittsflächen aufweist.

Zeichnung