Verfahren zur Temperaturausgleichung in einer Dampfturbine

Abstract

 Eine Dampfturbine (1) umfassend ein Innengehäuse (3) und ein Außengehäuse (2), wobei ein Zwischenraum (6) zwischen dem Innengehäuse (3) und dem Außengehäuse (2) ausgebildet ist und in diesen Zwischenraum (6) kalter Sperrdampf zugeführt wird, um ein Buckeln des Außengehäuses (2) zu vermeiden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend ein Außengehäuse, ein innerhalb des Außengehäuses angeordnetes Innengehäuse und einen innerhalb des Innengehäuses drehbar gelagerten Rotor, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Rotor eine Sperrdampfdichtung ausgebildet ist.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine.

[0003] Das Turbinengehäuse einer Dampfturbine umfasst in der Regel ein Innengehäuse und ein Außengehäuse, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebildet ist. Diese beiden Gehäuseteile weisen wiederum eine Oberhälfte und eine Unterhälfte auf, bei Hochdruckturbinen ist das Außengehäuse auch als Topfdesign ausgeführt. Insbesondere nach dem Abschalten der Dampfturbine treten an und zwischen den Gehäusen Temperaturdifferenzen auf, die zwischen der Unterhälfte und der vergleichsweise heißen Oberfläche mehrere Kelvin betragen können.

[0004] Wird die Dampfturbine abgeschaltet, so kühlt das Außengehäuse schneller aus als das Innengehäuse. Dadurch wird infolge freier oder natürlicher Konvektion (Naturkonvektion) im Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eine Auftriebsströmung induziert, die einen Wärmeeintrag in die Oberhälfte des Außengehäuses bewirkt. Dies wiederum kann zu einer Gehäusekrümmung insbesondere in der Oberhälfte des Außengehäuses führen, mit der Folge, dass dort unerwünschte Spannungen des Gehäusematerials und Spielüberbrückungen entstehen. Eine Verkrümmung des Innengehäuses kann zu unerwünschten Anstreifschäden führen, wenn in ungünstigen Fällen Turbinenschaufeln das Gehäuse streifen.

[0005] In der Regel weisen Dampfturbinen ein Innengehäuse und ein das Innengehäuse umgebendes Außengehäuse auf, wobei durch diese Doppel-Mantel-Gehäusekonstruktion ein Zwischenraum gebildet ist. Das Innengehäuse ist in seiner axialen Erstreckung zumindest teilweise von einer Verschalung ummantelt, welche im Zwischenraum angeordnet ist.

[0006] Nach einem Abfahren oder einem Lastabwurf einer Dampfturbine ist im Raum zwischen dem Innen- und Außengehäuse eine bestimmte Menge Dampf, was abhängig ist vom herrschenden Druck. Durch natürliche Konvektion entsteht eine Temperaturschichtung zwischen dem oberen und dem unteren Bereich im Gehäuse bzw. im Zwischenraum. Diese unterschiedlichen Temperaturen führen zu einer Verkrümmung des Außengehäuses, was auch als Buckeln bezeichnet wird. Dieses sogenannte Buckeln gilt es zu vermeiden, da das Innengehäuse im Außengehäuse aufliegt und es in Folge der Verkrümmung zu einer Verlagerung des Innengehäuses gegenüber dem Rotor führen kann, was im schlimmsten Fall zu einer Überbrückung der Radialspiele führt und evt1. ein Anstreifen zur Folge hat.

[0007] Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass ein genügend großes Radialspiel berücksichtigt wurde. Allerdings wird dadurch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades hervorgerufen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verkrümmung des Außengehäuses, insbesondere beim Abkühlen der Turbine, zu verhindern oder zumindest gering zu halten. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung beim Abschalten der Turbine angegeben werden.

[0009] Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dampfturbine umfassend ein Außengehäuse, ein innerhalb des Außengehäuse angeordnetes Innengehäuse und ein innerhalb des Innengehäuse drehbar gelagerten Rotor, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Rotor eine Sperrdampfdichtung ausgebildet ist, wobei das Außengehäuse ein Zuströmöffnung zum Zuströmen vom Sperrdampf in den Zwischenraum aufweist.

[0010] Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine beim Abschalten der Dampfturbine, bei dem in einem zwischen einem Innengehäuse und einem das Innengehäuse umgebenden Außengehäuse gebildeten Zwischenraum eine erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum befindlichen Mediums durch ein Zuströmen von Sperrdampf über eine Öffnung im Außengehäuse in den Zwischenraum.

[0011] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0012] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine Ausbildung von Temperaturschichten im Zwischenraum vermieden wird durch das Eindüsen von Sperrdampf. Dies führt zu einer Verwirbelung der Schichten und somit zu einer Verringerung der thermischen Spannungen, was wiederum die Verkrümmung des Außengehäuses reduziert.

[0013] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung wird die Zuströmöffnung strömungstechnisch mit der Sperrdampfdichtung verbunden, was eine vergleichsweise kostengünstige Lösung ist.

[0014] Vorteilhafterweise wird eine Sperrdampfleitung ausgebildet, die zum einen eine Zuströmung zur Sperrdampfdichtung mit Sperrdampf ermöglicht und des Weiteren eine Abzweigung aufweist, die mit der Zuströmöffnung strömungstechnisch verbunden ist.

[0015] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

[0016] Es zeigen:

FIG 1

Querschnittsansicht einer Dampfturbine,

FIG 2

Querschnittansicht einer Dampfturbine in Strömungsrichtung gesehen.

[0017] Die FIG 1 zeigt eine in Querschnittsansicht dargestellte Dampfturbine 1, die ein Außengehäuse 2 und ein innerhalb des Außengehäuses 2 angeordnetes Innengehäuse 3 umfasst. Innerhalb des Innengehäuses 3 ist ein Rotor 4 um eine Rotationsachse 5 drehbar gelagert. Zwischen dem Innengehäuse 3 und dem Außengehäuse 4 ist ein Zwischenraum 6 ausgebildet. Das Innengehäuse 3 und das Außengehäuse 2 lassen sich jeweils in einen ersten, oberen Teilbereich, die Oberhälfte, sowie in einen zweiten, unteren Teilbereich, die Unterhälfte, aufteilen.

[0018] Die Dampfturbine 1 weist des Weiteren einen Dichtungsbereich 7 auf, der einen Außenraum 8 von einem Innenraum 9 der Dampfturbine 1 trennt. Zwischen dem Rotor und dem Außengehäuse 2 im Dichtungsbereich 7 sollte keine strömungstechnische Verbindung erfolgen. Dazu weist der Dichtungsbereich 7 eine Sperrdampföffnung 10 auf, die derart ausgebildet ist, dass ein kalter Sperrdampf, der von extern zugeführt werden kann, in einen Spalt zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Rotor 4 strömen kann. Mit Hilfe sogenannter Wrasendampfabsaugungen 11, wird ein Mischdampf wieder abgesaugt.

[0019] Zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Rotor 4 ist somit eine Sperrdampfdichtung 12 ausgebildet. Das Außengehäuse 2 weist eine Zuströmöffnung 13 zum Zuströmen von Sperrdampf in den Zwischenraum 6 auf. Somit wird der im Zwischenraum 6 befindliche Dampf durch den einströmenden Sperrdampf über die Zuströmöffnung 13 verwirbelt, was somit die natürliche Konvektion im Zwischenraum 6 erhöht und dadurch ein Buckeln des Außengehäuses 2 vermeidet.

[0020] Die Zuströmöffnung 13 ist strömungstechnisch mit der Sperrdampföffnung 10 verbunden.

[0021] Die FIG 2 zeigt einen in Rotationsachsenrichtung 5 gesehenen Querschnitt der Dampfturbine 1 auf. In dem in FIG 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zuströmöffnung 13 in einer 12:00 Uhr Position im Außengehäuse 2 angeordnet.

[0022] Die FIG 1 zeigt eine Sperrdampfleitung 14, in der Sperrdampf in einem Dichtraum zwischen Sperrdampfdichtung 12 und Rotor 4 ausgebildet ist.

[0023] Die Sperrdampfleitung 14 ist gestrichelt dargestellt. Auf eine Darstellung der Sperrdampfleitung für die weiteren in der FIG 1 gezeigten Sperrdampföffnungen 10 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

[0024] Die Sperrdampfleitung 14 umfasst eine Abzweigung 16, die strömungstechnisch mit der Zuströmöffnung 13 verbunden ist. Zur Regulierung des Sperrdampfstroms in der Abzweigung 16 ist ein Ventil 17 angeordnet.

[0025] Durch die infolge der über die Zuströmöffnung 13 erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum 6 befindlichen Dampfes bewirkte Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Außengehäuse 2 wird somit der Naturkonvektion derart entgegengewirkt, dass Gehäuseverkrümmungen nach dem Abschalten beim Abkühlen der Turbine zuverlässig verhindert sind.

Ansprüche

1. Dampfturbine (1)
umfassend ein Außengehäuse (2), ein innerhalb des Außengehäuse (2) angeordnetes Innengehäuse (3) und einen innerhalb des Innengehäuse (3) drehbar gelagerten Rotor (4),
wobei zwischen dem Innengehäuse (3) und dem Außengehäuse (2) ein Zwischenraum (6) ausgebildet ist,
wobei zwischen dem Außengehäuse (2) und dem Rotor (4) eine Sperrdampfdichtung (12) ausgebildet ist,
wobei das Außengehäuse (2) eine Zuströmöffnung (13) zum Zuströmen von Sperrdampf in den Zwischenraum (6) aufweist.

2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
wobei die Zuströmöffnung (13) strömungstechnisch mit der Sperrdampfdichtung (12) verbunden ist.

3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
mit einer Sperrdampfleitung (13), die zum Führen von Sperrdampf in einem Dichtungsraum (7) zwischen Sperrdampfdichtung (12) und Rotor (4) ausgebildet ist.

4. Dampfturbine (1) nach Anspruch 3,
wobei die Sperrdampfleitung (14) eine Abzweigung (16) aufweist, die mit der Zuströmöffnung (13) strömungstechnisch verbunden ist.

5. Dampfturbine nach Anspruch 4,
wobei die Abzweigung (16) ein Ventil (17) umfasst.

6. Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine (1) beim Abschalten der Dampfturbine,
bei dem in einem zwischen einem Innengehäuse (3) und einem das Innengehäuse (3) umgebende Außengehäuse (2) gebildeten Zwischenraum (6) eine erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum (6) befindlichen Mediums durch ein Zuströmen von Sperrdampf über eine Öffnung (13)im Außengehäuse (2) in den Zwischenraum (6) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
wobei der Sperrdampf aus einer Sperrdampfleitung (14), die Sperrdampf zur Sperrdampfdichtung (12) führt, abgezweigt wird.

Zeichnung