Dreischalige Dampfturbine mit Ventil

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Ventil, wobei die Strömungsmaschine ein inneres Innengehäuse (1), ein äußeres Innengehäuse (2) und ein Außengehäuse (3) umfasst, wobei das Ventil über zwei Winkelringverbindungen (8, 7) an die Strömungsmaschine angekoppelt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Ventil, wobei die Strömungsmaschine ein inneres Innengehäuse, ein äußeres Innengehäuse und ein Außengehäuse umfasst, wobei das Ventil einen Ventildiffusor und ein Ventilgehäuse umfasst, wobei das Ventilgehäuse über einen Ventilflansch mit dem Außengehäuse verbunden ist, wobei das innere Innengehäuse über eine erste Winkelringverbindung mit dem Ventildiffusor verbunden ist.

[0002] Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampfturbine verstanden. Eine Dampfturbine weist üblicher Weise einen drehbar gelagerten Rotor und ein Gehäuse, das um den Rotor angeordnet ist auf. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. Das Gehäuse in einer Dampfturbine muss mehrere Funktionen erfüllen können. Zum einen werden die Leitschaufeln im Strömungskanal am Gehäuse angeordnet und zum zweiten muss das Innengehäuse den Druck und den Temperaturen des Strömungsmediums für alle Last- und besondere Betriebsfälle standhalten. Bei einer Dampfturbine ist das Strömungsmedium Dampf. Des Weiteren muss das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass Zu- und Abführungen, die auch als Anzapfungen bezeichnet werden, möglich sind. Eine weitere Funktion, die ein Gehäuse erfüllen muss, ist die Möglichkeit, dass ein Wellenende durch das Gehäuse durchgeführt werden kann.

[0003] Bei den im Betrieb auftretenden hohen Spannungen, Drücken und Temperaturen ist es erforderlich, dass die Werkstoffe geeignet ausgewählt werden sowie die Konstruktion derart gewählt ist, dass die mechanische Integrität und Funktionalität ermöglicht wird. Dafür ist es erforderlich, dass hochwertige Werkstoffe zum Einsatz kommen, insbesondere im Bereich der Einströmung und der ersten Leitschaufelnuten.

[0004] Für die Anwendungen bei Frischdampftemperaturen von über 650°C, wie z.B. 700°C, sind Nickel-Basis-Legierungen geeignet, da sie den bei hohen Temperaturen auftretenden Belastungen standhalten. Allerdings ist die Verwendung einer solchen Nickel-Basis-Legierung mit neuen Herausforderungen verbunden. So sind die Kosten für Nickel-Basis-Legierungen vergleichsweise hoch und außerdem ist die Fertigbarkeit von Nickel-Basis-Legierungen, z.B. durch beschränkte Gussmöglichkeit begrenzt. Dies führt dazu, dass die Verwendung von Nickel-Basis-Werkstoffen minimiert werden muss. Des Weiteren sind die Nickel-Basis-Werkstoffe schlechte Wärmeleiter. Dadurch sind die Temperaturgradienten über der Wandstärke so groß, dass Thermospannungen vergleichsweise hoch sind. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei der Verwendung von Nickel-Basis-Werkstoffen die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslass der Dampfturbine steigt.

[0005] Zweischalige Dampfturbinen sind bekannt. Bei einer zweischaligen Dampfturbine wird das Innengehäuse um den Rotor und das Außengehäuse um das Innengehäuse angeordnet. Infolge von Temperaturänderungen kann es zu Bewegungen des Innengehäuses relativ zum Ventil kommen. Das Ventil umfasst im Wesentlichen ein Ventilgehäuse und einen im Ventil angeordneten Ventildiffusor. Der Ventildiffusor ist üblicher Weise zur Führung des Strömungsmediums ausgebildet. Wenn der Ventildiffusor und das Innengehäuse starr mittels kraftschlüssiger Verbindungen miteinander gekoppelt wären, würde dies zu Spannungen und ggf. zu Verformungen führen, die unerwünscht sind. Daher werden sog. Winkelringverbindungen eingesetzt. Dabei weisen der Ventildiffusor und das Innengehäuse jeweils eine Nut auf, in die ein Winkelring angeordnet ist. Dies führt dazu, dass eine Wärmebewegung sowohl in einer axialen als auch in einer radialen Richtung ausgeglichen werden kann.

[0006] Bei dreischaligen Dampfturbinen kommt nun zusätzlich zwischen dem inneren Innengehäuse und dem Außengehäuse ein weiteres Innengehäuse hinzu, das als äußeres Innengehäuse bezeichnet werden kann. Das äußere Innengehäuse führt ebenfalls in Folge von thermischen Veränderungen eine Wärmebewegung aus, die sich ggf. störend auf den Ventildiffusor auswirken kann. Eine weitere Anforderung besteht darin, dass der Raum zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse sowie dem äußeren Innengehäuse und dem Außengehäuse abgedichtet werden sollte. Dennoch sollten aber mechanische Spannungen in Folge von Wärmebewegungen vermieden werden.

[0007] Wünschenswert wäre es, eine konstruktiv einfache Möglichkeit zu haben, das äußere Innengehäuse an den Ventildiffusor ankoppeln zu können.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine konstruktiv einfache Lösung anzubieten, ein Ventil an eine dreischalige Dampfturbine anzukoppeln.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine mit einem Ventil, wobei die Strömungsmaschine ein inneres Innengehäuse, ein äußeres Innengehäuse und ein Außengehäuse umfasst, wobei das Ventil einen Ventildiffusor und ein Ventilgehäuse umfasst, wobei das Ventilgehäuse über einen Ventilflansch mit dem Außengehäuse verbunden ist, wobei das innere Innengehäuse über eine erste Winkelringverbindung mit dem Ventildiffusor verbunden ist, wobei das Ventilgehäuse einen Ventilgehäusevorsprung aufweist und das äußere Innengehäuse über eine zweite Winkelringverbindung mit dem Ventilgehäusevorsprung gekoppelt ist.

[0010] Mit solch einer Ausführungsform ist es konstruktiv einfach, ein Ventil an eine dreischalige Dampfturbine anzukoppeln, da keine weiteren Komponenten als das Ventilgehäuse und der Ventildiffusor benötigt werden.

[0011] Die Erfindung geht von dem Aspekt aus, dass das Ventilgehäuse mit einem Ventilgehäusevorsprung ausgebildet wird und dieser Ventilgehäusevorsprung in die Dampfturbine hineinragt, wobei der Ventilgehäusevorsprung über die zweite Winkelverbindung mit dem äußeren Innengehäuse gekoppelt wird. Somit sind keine zusätzlichen Bauteile nötig, um das äußere Innengehäuse mit dem Ventil zu koppeln.

[0012] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0013] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventilgehäusevorsprung mit einer Ventilgehäusevorsprungsnut zum Aufnehmen eines zweiten Winkelringes ausgebildet. Die Verwendung von Winkelringen macht es besonders einfach eine Bewegung des Innengehäuses und des Ventils infolge von thermischen Ausdehnungen relativ zueinander auszugleichen. Dazu muss lediglich der Winkelring in eine entsprechende Nut aufgenommen werden.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventildiffusor außerhalb der Strömungsmaschine mit dem Ventilgehäuse verbunden.

[0015] Vorteilhafterweise ist ein erster Spaltraum zwischen dem Ventilgehäusevorsprung und dem Außengehäuse ausgebildet. Durch diesen Spaltraum wird das Außengehäuse thermisch entkoppelt. Da der Ventilgehäusevorsprung aus dem Ventilgehäuse ausgebildet wird, ist zwangsläufig eine Dichtung zwischen dem äußeren Innengehäuse und dem Außengehäuse erreichbar. Das Ventilgehäuse dient sozusagen als Dichtung zwischen dem äußeren Innengehäuse und dem Außengehäuse. Eine weitere Dichtung ist daher nicht erforderlich. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein zweiter Spaltraum zwischen dem Ventilgehäusevorsprung und dem Ventildiffusor ausgebildet. Dieser Spaltraum kann mit einem Kühldampf beaufschlagt werden. Dies führt dazu, dass der durch den Ventildiffusor strömende Frischdampf durch dem im zweiten Spaltraum befindlichen Kühldampf abgekühlt wird, so dass die thermische Beanspruchung des Ventildiffusors verringert ist.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventildiffusor mit dem Ventilgehäuse verschraubt. Dies ist eine einfache Möglichkeit, den Ventildiffusor lösbar mit dem Ventilgehäuse zu verbinden.

[0017] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese soll das Ausführungsbeispiel nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wozu Erläuterungen dienen, in schematischer und/oder leicht versetzter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Es zeigt:

[0018] 

FIG 1

eine Querschnittsansicht einer dreischaligen Dampfturbine mit einem Ventil.

[0019] Die FIG 1 zeigt einen Teil einer dreischaligen Dampfturbine im Querschnitt. Eine Dampfturbine ist eine Ausführungsform einer Strömungsmaschine. An die Dampfturbine wird ein Ventil angekoppelt. Die Dampfturbine umfasst ein inneres Innengehäuse 1, ein äußeres Innengehäuse 2 und ein Außengehäuse 3. An das Außengehäuse 3 wird ein Ventilgehäuse 4 über einen Flansch 5 lösbar angebunden. Dies kann über Schrauben erfolgen. Des Weiteren umfasst das Ventil einen Ventildiffusor 6. Innerhalb des inneren Innengehäuses 1 ist ein nicht dargestellter Rotor drehbar gelagert. Der Ventildiffusor 6 wird über eine erste Winkelringverbindung 7 an das innere Innengehäuse 1 angekoppelt. Das Ventilgehäuse 4 wird über eine zweite Winkelringverbindung 8 an das äußere Innengehäuse 2 angekoppelt. Das Ventilgehäuse 4 weist einen Ventilgehäusevorsprung 9 auf, der in die Dampfturbine hineinragt. Der Ventilgehäusevorsprung 9 ist dafür etwas länger ausgeführt als das Ventilgehäuse 4 bis zum Flansch 5. Zwischen dem Ventilgehäusevorsprung 9 und dem Außengehäuse 3 und dem Ventilgehäuse 4 ist ein erster Spaltraum 10 ausgebildet, der mit einem Abdampf ausgefüllt ist. Das Ventilgehäuse 4, der Flansch 5 und der Ventilgehäusevorsprung 9 sind materialeinstückig ausgeführt. Die zweite Winkelverbindung 8 umfasst einen zweiten Winkelring 11. Der zweite Winkelring 11 umfasst einen ersten Winkelringschenkel 12 und einen zweiten Winkelringschenkel 13 auf, wobei der erste Winkelringschenkel 12 im Wesentlichen senkrecht zum zweiten Winkelringschenkel 13 steht. Der erste Winkelringschenkel 12 wird in eine passende Nut im äußeren Innengehäuse 2 eingeführt. Der zweite Winkelringschenkel 13 wird entsprechend in eine Nut im Ventilgehäusevorsprung 9 eingeführt. Solch eine Anordnung erlaubt eine wärmebewegliche Bewegung des äußeren Innengehäuses 2 in Richtung des ersten Winkelringschenkels 12 und in die Richtung des zweiten Winkelringschenkels 13.

[0020] Die erste Winkelringverbindung 7 weist einen ersten Winkelring 14 auf, der einen ersten Winkelringschenkel 15 und einen senkrecht dazu ausgebildeten zweiten Winkelringschenkel 16 umfasst. Der erste Winkelringschenkel 15 wird in eine entsprechende Nut im inneren Innengehäuse 1 eingeführt. Der zweite Winkelringschenkel 16 wird ebenso in eine entsprechende Nut im Ventildiffusor 6 eingeführt. Der Ventildiffusor 6 wird derart ausgebildet, dass ein Kontakt zwischen dem Ventildiffusor 6 und dem Ventilgehäuse 4 außerhalb der Dampfturbine entsteht. Unter außerhalb ist eine Berührung außerhalb der Öffnung 17 des Außengehäuses 3 zu verstehen. Zwischen dem Ventildiffusor 6 und dem Ventilgehäuse 4 und dem Ventilgehäusevorsprung 9 ist ein zweiter Spaltraum 18 ausgebildet, in dem ein Kühldampf strömbar ist. Der im Spaltraum 18 befindliche Kühldampf kann den thermisch stark belasteten Ventildiffusor 6 kühlen, wodurch die thermische Belastung des Ventildiffusors 6 verringert wird.

Ansprüche

1. Strömungsmaschine mit einem Ventil,
wobei die Strömungsmaschine ein inneres Innengehäuse (1), ein äußeres Innengehäuse (2) und ein Außengehäuse (3) umfasst,
wobei das Ventil einen Ventildiffusor (6) und ein Ventilgehäuse (4) umfasst,
wobei das Ventilgehäuse (4) über einen Ventilflansch (5) mit dem Außengehäuse (3) verbunden ist,
wobei das Innere im Gehäuse (1) über eine erste Winkelverbindung (7) mit dem Ventildiffusor (6) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das äußere Innengehäuse (2) über eine zweite Winkelringverbindung mit dem Ventilgehäuse (4,9) verbunden ist.

2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
wobei das Ventilgehäuse (4) einen Ventilgehäusevorsprung (9) aufweist,
wobei der Ventilgehäusevorsprung (9) eine Ventilgehäusevorsprungsnut zum Aufnehmen des zweiten Winkelringes (11) aufweist.

3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Ventildiffusor (6) außerhalb der Strömungsmaschine mit dem Ventilgehäuse (4) verbunden ist.

4. Strömungsmaschine nach Anspruch 2 oder 3,
wobei ein erster Spaltraum (10) zwischen dem Ventilgehäusevorsprung (9) und dem Außengehäuse (3) ausgebildet ist.

5. Strömungsmaschine nach Anspruch 2,3 oder 4,
wobei ein zweiter Spaltraum (18) zwischen dem Ventilgehäusevorsprung (9) und dem Ventildiffusor (6) ausgebildet ist.

6. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Ventildiffusor (6) mit dem Ventilgehäuse (4) verschraubt ist.

Zeichnung