Dampfturbine mit einer Strebe zum Abstützen eines Bauelements

Abstract

 Eine Dampfturbine mit mindestens einer Dampfleitung oder einem Dampfraum (32, 34), in der mindestens eine Strebe (20) zum Abstützen eines Bauelements (32) der Dampfturbine, wie beispielsweise eine Lagerstrebe, angeordnet ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (20) mindestens abschnittsweise mit einer Wärmeisolationsschicht (24) versehen ist und insbesondere durch ein Kühlmedium durch erzwungene oder freie Konvektion gekühlt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit mindestens einer Dampfleitung oder einem Dampfraum, in der bzw. dem mindestens eine Strebe zum Abstützen eines Bauelements der Dampfturbine, wie beispielsweise eine Lagerstrebe, angeordnet ist.

[0002] Bei Dampfturbinen hoher Leistung, wie z.B. stationären Dampfturbinen, ist es teilweise erforderlich, innerhalb von Dampfleitungen oder Dampfräumen Streben zum Abstützen von Bauelementen der Dampfturbine vorzusehen. So befinden sich beispielsweise bei Niederdruckturbinen mit einer axialen Abströmung Lagerstreben direkt im Abdampfmassenstrom der Dampfturbine. Diese Lagerstreben sind während des Betriebs der Dampfturbine einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt und unterliegen teilweise auch starken Temperaturschwankungen. Es kommt daher an den Lagerstreben zu thermisch bedingten Verformungen, welche sich negativ auf das Radialspiel der zugehörigen Dampfturbine auswirken können. Ein geringes Radialspiel ist jedoch eine wichtige Vorraussetzung, damit bei Dampfturbinen hohe Wirkungsgrade erzielt werden können.

[0003] In den genannten Streben werden darüber hinaus auch Versorgungsleitungen bzw. Leitungselemente zum Durchleiten von beispielsweise Niederdrucksperrdampf angeordnet, welcher zu Wellendichtungen am zugehörigen Lager gefördert wird. Dabei wird durch diese Leitungselemente, welche auch als Sperrdampfleitungen bezeichnet werden, wiederum Wärmeenergie in die zugehörige Lagerstrebe eingebracht und die Lagerstrebe dadurch sozusagen gleich zweifach unerwünscht verformt.

[0004] Um Verformungen an Streben in Dampfleitungen von Dampfturbinen und insbesondere von Lagerstreben möglichst zu minimieren, ist in der Vergangenheit insbesondere die Temperatur von durch die Strebe geleitetem Niederdrucksperrdampf begrenzt worden. Der Einfluss von schwankenden Temperaturen jenes Dampfes, der durch die Dampfleitung um die Strebe herum strömt und die Strebe verformt, konnte dennoch nicht vermieden werden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Dampfturbine derart zu verbessern, dass an Streben, welche innerhalb von Dampfleitungen oder Dampfräumen angeordnet sind, geringere temperaturbedingte Verformungen auftreten.

[0006] Die Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einer gattungsgemäßen Dampfturbine gelöst, bei der die in der Dampfleitung oder dem Dampfraum angeordnete Strebe mindestens abschnittsweise mit einer Wärmeisolationsschicht versehen ist.

[0007] Bei bekannten Dampfturbinen wurden bisher tragende Streben innerhalb von Dampfleitungen als Vollprofil ohne Isolationsschicht ausgeführt. In das Vollprofil wurden, soweit erforderlich, die genannten Versorgungsleitungen zum Durchleiten von beispielsweise Niederdrucksperrdampf direkt eingegossen. Durch diese geschlossene Bauweise bekannter Streben, kam es zu einer direkten Wärmeübertragung von dem durch die zugehörige Dampfleitung geführten Dampf und von beispielsweise den Niederdruck-Sperrdampfleitungen auf die Strebe. Die Folge waren die oben genannten vergleichsweise starken Verformungen bekannter Streben.

[0008] Erfindungsgemäß sind hingegen an den genannten Streben zumindest abschnittsweise Wärmeisolationsschichten vorgesehen, mit denen eine thermische Entkopplung zwischen den stützenden
Elementen der Strebe und deren Umgebung geschaffen ist und/oder zwischen den stützenden Elementen und einem an diesen stützenden Elementen angeordneten Leitungselement, wie beispielsweise einer Niederdruck-Sperrdampfleitung. Da auf diese Weise eine Verformung der Streben beschränkt ist, kann erfindungsgemäß das Radialspiel der zugehörigen Dampfturbine besonders gering gehalten werden. So ist es erfindungsgemäß beispielsweise möglich, dass eine Niederdruck-Sperrbedampfung durch Hochdruck- und Mitteldruck-Wellendichtungsdampf nahezu ohne Wirkungsgradverlust erfolgt.

[0009] Die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeisolationsschicht ist besonders vorteilhaft als ein Wärmeschutzmantel gestaltet, der zumindest ein Element der Strebe im Wesentlichen umhüllt. Innerhalb des Wärmeschutzmantels wirken sich Temperaturschwankungen an dessen Außenseite nur stark verzögert aus und es kann ein thermisch weitgehend abgeschlossener Bereich ausgebildet werden, in dem es nur zu vergleichsweise geringen thermisch bedingten Verformungen kommt.

[0010] Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen Dampfturbine von besonderem Vorteil, wenn an der Strebe gezielt ein Stützelement zum Aufnehmen der Stützkräfte vom Wärmeschutzmantel umhüllt ist. Das Stützelement ist dann den Temperaturschwankungen des durch die zugehörige Dampfleitung geführten Dampfes weniger stark ausgesetzt.

[0011] Alternativ oder zusätzlich sollte an der erfindungsgemäßen Strebe ferner gezielt ein Leitungselement zum Durchleiten eines Fluids, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, ausgebildet sein und dieses Leitungselement dann von einem Wärmeschutzmantel umhüllt sein. Das Leitungselement kann auf diese Weise von der restlichen Strebe und insbesondere deren Stützelement thermisch entkoppelt werden.

[0012] Vorteilhaft ist es auch, wenn die Strebe sowohl ein Stützelement zum Aufnehmen der Stützkräfte als auch ein Leitungselement zum Durchleiten eines Fluids, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, aufweist und beide Elemente, d.h. das Stützelement und das Leitungselement, gemeinsam von dem Wärmeschutzmantel umhüllt sind. Die Strebe bildet dann als solche einen thermisch abgeschlossenen Bereich, der von dem um sie herum strömenden Dampf vergleichsweise gering erwärmt bzw. gekühlt und dabei verformt werden kann.

[0013] Damit an der erfindungsgemäß mit einer Wärmeisolationsschicht bzw. einem Wärmeschutzmantel gestalteten Strebe nicht aufgrund der unterschiedlichen Materialpaarung zwischen stützendem und isolierendem Material unerwünschte Spannungen entstehen, ist es ferner von Vorteil, wenn der Wärmeschutzmantel mit einem Kompensator zum Ausgleich temperaturbedingter Verformungen der Strebe insbesondere in deren Längsrichtung versehen ist.

[0014] Darüber hinaus sollte der erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeschutzmantel vollständig dampfdicht gestaltet und dadurch die Strebe bzw. deren zugehörige Elemente von der umgebenden Dampfleitung derart getrennt sein, dass ein Eintreten von Dampf in das Innere des Wärmeschutzmantels ausgeschlossen ist. Der Wärmeschutzmantel bildet dann zur umgebenden Dampfleitung bzw. dem umgebenden Dampfraum einen abgeschlossenen Druckraum. Eine solche dampfdichte Trennung kann beispielsweise durch einen im Wesentlichen schlauchförmigen Schutzmantel geschehen, dessen Enden am Kopf und am Fuß der Strebe an Wänden einer zugehörigen Dampfleitung befestigt, insbesondere angeschweißt ist. Mit dem derartigen Wärmeschutzmantel werden zum einen die Dämpfe aus der Dampfleitung von den tragenden Elementen der Strebe ferngehalten und zum anderen kann durch den abgeschlossenen Druckraum innerhalb des Wärmeschutzmantels Kühlluft geführt werden.

[0015] Der Wärmeschutzmantel kann selbst als Kanal zum Führen von Kühlmedium, wie beispielsweise Luft, genutzt werden oder es kann in der Strebe, in deren Elementen und/oder in dem Wärmeschutzmantel mindestens ein Kanal zum Durchleiten eines Kühlmediums vorgesehen sein.

[0016] Besonders vorteilhaft sind ferner das in der Regel stabförmige tragende Stützelement der Strebe und das Leitungselement zum Durchleiten von beispielsweise Niederdrucksperrdampf voneinander getrennt (und ohne dass sie einander berühren innerhalb) des Wärmeschutzmantels angeordnet. Die durch eine heiße Sperrdampfleitung anfallende Wärme kann dann mittels natürlicher oder erzwungener Konvektion durch einen die Sperrdampfleitung umströmenden Kühlluftstrom abtransportiert werden. Die heiße Sperrdampfleitung steht dabei besonders vorteilhaft im Wesentlichen frei im Luftstrom. Die Kühlwirkung ist besonders ausgeprägt, wenn der erfindungsgemäß vorgesehene Kanal ein Stützelement zum Aufnehmen der Stützkräfte und/oder ein Leitungselement zum Durchleiten eines Fluids im Wesentlichen vollständig umschließt.

[0017] Wie oben bereits erwähnt, ist die erfindungsgemäße Lösung besonders für jene Art von Dampfturbinen von Vorteil, bei denen eine axiale Abströmung insbesondere von Niederdruck durch die genannte Dampfleitung realisiert ist und sich die Strebe zwischen einem Abdampfgehäuse und einem Lagergehäuse der Dampfturbine erstreckt.

[0018] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dampfturbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Strebe gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Strebe gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Strebe einer erfindungsgemäßen Dampfturbine und

Fig. 4 einen Längsschnitt der Strebe gemäß Fig. 3 sowie teilweise der die Strebe umgebenden Dampfturbine.

[0019] In den Figuren 1 und 2 sind Ausführungsformen von Streben 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wie sie bei bekannten Dampfturbinen zum Abstützen eines Lagers im Bereich einer axialen Abdampf-Abfuhr vorgesehen werden. Die Streben 10 sind jeweils als ein massiver Stab mit einer im Wesentlichen ovalen Querschnittsfläche gestaltet, welcher ein Stützelement 12 zum Aufnehmen von Stützkräften des (nicht dargestellten) Lagers der Dampfturbine bildet. Im Inneren des Stützelements 12 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwei Leitungselemente bzw. Rohre 14 in das Vollmaterial eingegossen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein bezogen auf Fig. 2 unteres Leitungselement 14 vorgesehen, welches mit einem doppelwandigen Rohr gestaltet ist. Durch die genannten Leitungselemente bzw. Rohre 14 kann ein Fluid, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, durch die Strebe 10 hindurch zu dem oben erwähnten Lager der Dampfturbine gefördert und dort für eine Wellendichtung genutzt werden.

[0020] Die in das Vollmaterial des Stützelements 12 der Strebe 10 eingegossenen Leitungselemente 14 weisen jedoch den Nachteil auf, dass Wärmeenergie sowohl von Außen als auch vom Inneren der Leitungselemente 14 sehr schnell auf das Material des Stützelements 12 übertragen wird und dieses daher vergleichsweise hohen thermisch bedingten Verformungen ausgesetzt ist. Diese Verformungen führen insbesondere zu einer Längenänderung der Strebe 10. Damit diese Längenänderung während des Betriebs der zugehörigen Dampfturbine u.a. nicht zu überhöhten Spannungen in der Strebe 10 oder in benachbarten Bauteilen führt, muss die Dampfturbine mit einem vergleichsweise großen Radialspiel gestaltet werden. Ein solches Radialspiel verschlechtert jedoch den Wirkungsgrad der Dampfturbine.

[0021] In den Figuren 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strebe 20 dargestellt, deren Stützelement 22 ebenfalls stabförmig ist. Im Querschnitt ist das Stützelement 22 des Stabes 20 jedoch halbkreisförmig gestaltet und mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Wärmeisolationsschicht 24 versehen. Diese Wärmeisolationsschicht 24 ist als ein rohrförmiger Wärmeschutzmantel gestaltet, welcher das Stützelement 22 an dessen gekrümmter Außenseite unmittelbar umschließt und daneben einen im Querschnitt ebenfalls halbkreisförmigen Kanal 26 mit einschließt.

[0022] In dem Kanal 26 sind ferner (in Fig. 4 nicht dargestellte) Leitungselemente 28 in Form von Rohren bzw. Versorgungsleitungen angeordnet. Die Leitungselemente 28 dienen zum Durchleiten eines Fluids, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, so wie es auch bei den Leitungselementen 14 gemäß den Figuren 1 und 2 der Fall ist.

[0023] Die Leitungselemente 28 sind jedoch nicht in das Material des Stützelements 22 eingebettet, sondern erstrecken sich in dem Kanal 26 derart, dass sie von einem Kühlmedium, vorliegend Luft, umströmt werden können. Dieses Kühlmedium wird (wie in Fig. 4 dargestellt) durch den Kanal 26 gemäß Pfeilen 30 ausgehend von einem Lagergehäuse 32 zu einem Abdampfgehäuse 34 gefördert. Das Kühlmedium strömt dabei die Leitungselemente 28 entlang und verhindert dadurch eine unerwünschte hohe Erwärmung der sich innerhalb der Wärmeisolationsschicht 24 erstreckenden Stützelemente 22.

[0024] Außenseitig sind die Streben 20 von einem Abdampfstrom 36 umströmt, welcher zwischen dem Abdampfgehäuse 34 und dem Lagergehäuse 32 hindurchtritt. Mit Hilfe der Wärmeisolationsschicht 24 wird auch gegenüber diesem Wärmestrom eine übermäßige Erwärmung der Stützelemente 22 verhindert.

[0025] Weil die Wärmeisolationsschicht 24 sich insbesondere in ihrer Längsrichtung bei Temperaturschwankungen anders verformt und längt, als das darin angeordnete Stützelement 22, ist am Kopf der Strebe 20 ein sich um deren Umfang erstreckender balgenförmiger Kompensator 38 vorgesehen, an dem sich Längenänderungen ohne Gefahr von überhöhten Spannungen ausgleichen können.

Ansprüche

1. Dampfturbine mit mindestens einer Dampfleitung oder einem Dampfraum (32, 34), in der bzw. dem eine Strebe (20) zum Abstützen eines Bauelements (32) der Dampfturbine, wie beispielsweise eine Lagerstrebe, angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (20) mindestens abschnittsweise mit einer Wärmeisolationsschicht (24) versehen ist.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (24) als ein Wärmeschutzmantel gestaltet ist, der zumindest ein Element (22, 28) der Strebe im Wesentlichen umhüllt.

3. Dampfturbine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (20) ein Stützelement (22) zum Aufnehmen der Stützkräfte aufweist und zumindest das Stützelement (22) vom Wärmeschutzmantel (24) umhüllt ist.

4. Dampfturbine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (20) ein Leitungselement (28) zum Durchleiten eines Fluids, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, aufweist und zumindest das Leitungselement (28) vom Wärmeschutzmantel (24) umhüllt ist.

5. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (20) ein Stützelement (22) zum Aufnehmen der Stützkräfte sowie ein Leitungselement (28) zum Durchleiten eines Fluids, wie beispielsweise Niederdrucksperrdampf, aufweist und das Stützelement (22) und das Leitungselement (28) gemeinsam von dem Wärmeschutzmantel (24) umhüllt sind.

6. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeschutzmantel (24) mit einem Kompensator (38) zum Ausgleich temperaturbedingter Verformungen der Strebe (20), insbesondere in deren Längsrichtung, versehen ist.

7. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeschutzmantel (24) dampfdicht gestaltet ist.

8. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Strebe (20), in deren Elementen (22, 28) bzw. in dem Wärmeschutzmantel (24) mindestens ein Kanal (26) zum Durchleiten eines Kühlmediums, wie beispielsweise Luft, vorgesehen ist.

9. Dampfturbine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (26) ein Stützelement (22) zum Aufnehmen der Stützkräfte und/oder ein Leitungselement (28) zum Durchleiten eines Fluids im Wesentlichen vollständig umgibt.

10. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine eine axiale Abströmung (36) insbesondere von Niederdruckdampf aufweist und sich die Strebe (20) zwischen einem Abdampfgehäuse (34) und einem Lagergehäuse (32) der Dampfturbine erstreckt.

Zeichnung