NIEDERDRUCKSYSTEM FÜR EINE DAMPFTURBINE UND DAMPFTURBINE

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Niederdrucksystem (1) für eine Dampfturbine (2), das zur Erzeugung einer Rotationsbewegung von einem Dampfstrom in einer Durchströmrichtung (D) durchströmbar ist. Das Niederdrucksystem (1) weist eine Niederdruckstufe (3) mit einem Turbinengehäuse (4), mindestens einem am Turbinengehäuse (4) angeordneten Leitschaufelkranz (5), einer Turbinenwelle (6) mit einer Wellenlängsachse (7), wobei die Turbinenwelle (6) um die Wellenlängsachse (7) drehbar relativ zum Turbinengehäuse (4) gelagert ist, und mindestens einen Laufschaufelkranz (8), der auf der Turbinenwelle (6) angeordnet ist, auf. Dem Laufschaufelkranz (8) benachbart ist in Durchströmrichtung (D) hinter der Niederdruckstufe (3) ein erstes Umlenkgitter (9) angeordnet, wobei das erste Umlenkgitter (9) eine Mehrzahl von Umlenkelementen (9a) aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein in Durchströmrichtung (D) durch das erste Umlenkgitter (9) strömender Dampfstrom mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Strömungskomponente durch die Umlenkelemente (9a) in eine erste Umlenkrichtung (R1) umgelenkt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Dampfturbine (2), die ein erfindungsgemäßes Niederdrucksystem (1) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Niederdrucksystem für eine Dampfturbine. Ferner betrifft die Erfindung eine Dampfturbine, die ein erfindungsgemäßes Niederdrucksystem aufweist.

[0002] Turbinen sind Strömungsmaschinen, die zur Umwandlung innerer Energie eines strömenden Fluids in mechanische Energie ausgebildet sind. Bekannte Turbinen weisen eine in einem Turbinengehäuse drehbar gelagerte Turbinenwelle mit einer Vielzahl von Laufschaufeln auf. Moderne Turbinen weisen in dem Turbinengehäuse Leitschaufeln auf, die zum Umlenken des strömenden Fluids ausgebildet sind, um eine effizientere Anströmung der Laufschaufeln zu erzielen. Durch dieses Anströmen der Laufschaufeln wird ein Drehmoment erzeugt, das die Turbinenwelle in Drehung versetzt. Diese mechanische Energie ist beispielsweise über einen Generator in elektrische Energie umwandelbar.

[0003] Zur effizienten Umwandlung der inneren Energie in mechanische Energie weisen moderne Dampfturbinen eine Hochdruckstufe sowie eine Niederdruckstufe auf. In der Hochdruckstufe wird ein erster Dampfdruck auf einen zweiten Dampfdruck entspannt, wobei die innere Energie des Dampfstroms über die Laufschaufeln der Hochdruckstufe in Rotationsenergie der Turbinenwelle umgewandelt wird. In der Niederdruckstufe wird der zweite Dampfdruck auf einen dritten Dampfdruck entspannt, wobei die innere Energie des Dampfstroms über die Laufschaufeln der Niederdruckstufe ebenfalls in Rotationsenergie der Turbinenwelle umgewandelt wird. Der Dampfstrom verlässt die Niederdruckstufe mit einer relativ moderaten Abströmgeschwindigkeit und einem geringen Drall in Umfangsrichtung der Dampfturbine.

[0004] Zur Reduzierung von Investitionskosten sowie eines Platzbedarfs weisen kostenoptimierte Dampfturbinen im Gegensatz zu herkömmlichen Dampfturbinen bei gleicher bzw. nahezu gleicher Leistung eine relativ stark reduzierte Aufstellfläche bzw. ein relativ stark reduziertes Volumen auf. Zur Erzielung der gleichen Leistung ist eine stärkere Umlenkung des Dampfstroms in der kostenoptimierten Dampfturbine erforderlich. Abströmflächen am Ende der Niederdruckstufe sind bei kostenoptimierten Dampfturbinen somit relativ klein ausgebildet. Ferner werden derartige Dampfturbinen mit Überlast, also oberhalb ihrer Nennlast betrieben, um die gleiche Leistung zu erzielen. Nennlast ist ein Lastzustand bei dem die Turbine mit ihrer Schluckfähigkeit betrieben wird. Dies führt zu einer Vergrößerung der Abströmgeschwindigkeit sowie einer Vergrößerung einer Geschwindigkeitskomponente des Dampfstroms in Umfangsrichtung. In anderen Worten weist ein Abdampfstrom einer kostenoptimierten Dampfturbine einen stärkeren Drall als eine herkömmliche, insbesondere eine wirkungsgradoptimierte, Dampfturbine auf. Ein solcher Drall wirkt sich insbesondere negativ auf einen Wirkungsgrad der Dampfturbine aus.

[0005] Ein weiterer negativer Effekt des Dralls ist dessen Auswirkung auf eine Schaufeldynamik der Niederdruckstufe aufgrund einer aerodynamischen Rückkopplung. Dies wird insbesondere durch eine radiale Strömungskomponente der Abdampfströmung bewirkt und betrifft insbesondere eine in Durchströmrichtung der Dampfturbine letzte Laufbeschaufelung der Niederdruckstufe. Eine somit bewirkte variierende Druckverteilung über den Umfang der Laufbeschaufelung versetzt die Laufschaufeln in Schwingungen, die sich ebenfalls wirkungsgradreduzierend sowie verschleißfördernd auswirken und zu einer verstärkten Geräuschbildung führen.

[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Niederdrucksystem für eine Dampfturbine sowie eine Dampfturbine bereitzustellen, die die Nachteile des Stands der Technik beheben oder zumindest teilweise beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Niederdrucksystem für eine Dampfturbine sowie eine Dampfturbine zu schaffen, die auf kostengünstige sowie einfache Weise den Wirkungsgrad verbessert, wobei Verschleiß und Geräuschemissionen der Dampfturbine reduziert sind.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Niederdrucksystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie eine Dampfturbine mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Niederdrucksystem für eine Dampfturbine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann bzw. genommen wird.

[0008] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Niederdrucksystem für eine Dampfturbine, das zur Erzeugung einer Rotationsbewegung von einem Dampfstrom in einer Durchströmrichtung durchströmbar ist. Das Niederdrucksystem weist eine Niederdruckstufe mit einem Turbinengehäuse, mindestens einem am Turbinengehäuse angeordneten Leitschaufelkranz, einer Turbinenwelle mit einer Wellenlängsachse, wobei die Turbinenwelle um die Wellenlängsachse drehbar relativ zum Turbinengehäuse gelagert ist, und mindestens einen Laufschaufelkranz, der auf der Turbinenwelle angeordnet ist, auf. Dem Laufschaufelkranz benachbart ist in Durchströmrichtung hinter der Niederdruckstufe ein erstes Umlenkgitter angeordnet, wobei das erste Umlenkgitter eine Mehrzahl von Umlenkelementen aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein in Durchströmrichtung durch das erste Umlenkgitter strömender Dampfstrom mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Strömungskomponente durch die Umlenkelemente in eine erste Umlenkrichtung umgelenkt wird.

[0009] Ein Niederdrucksystem ist eine Kombination aus einer Niederdruckstufe und einem in Durchströmrichtung nachgeschalteten ersten Umlenkgitter. Die Niederdruckstufe ist beispielsweise gemäß einer herkömmlichen Niederdruckstufe einer kostenoptimierten Dampfturbine ausgebildet, die vorzugsweise eine Mehrzahl von Leitschaufelkranz-Laufschaufelkranz-Paaren aufweist, wobei ein Leitschaufelkranz jeweils einem zugehörigen Laufschaufelkranz vorgeschaltet ist.

[0010] Das erste Umlenkgitter weist eine Anordnung von Umlenkelementen auf, die beispielsweise turbinenschaufelartig geformt sind. Die Umlenkelemente sind ausgebildet, einen Abdampfstrom nach dem Verlassen der letzten Stufe der Niederdruckstufe umzulenken. Das Umlenken erfolgt vorzugsweise durch laminares bzw. im Wesentlichen laminares An- und Abströmen der Umlenkelemente. Das erste Umlenkgitter ist vorzugsweise wie ein Leitschaufelkranz der Niederdruckstufe starr bzw. im Wesentlichen starr relativ zu den Laufschaufelkränzen gehalten und somit vorzugsweise nicht um die Turbinenlängsachse rotierbar. Die Umlenkelemente weisen vorzugsweise einen Werkstoff auf, der einem Werkstoff der Leitschaufeln bzw. Laufschaufeln entspricht bzw. im Wesentlichen entspricht.

[0011] Eine optimale erste Umlenkrichtung ist insbesondere abhängig von einem Lastzustand der Dampfturbine. Bei mittlerer oder hoher Last ist eine erste Umlenkrichtung einer Richtung der Wellenlängsachse angenähert, insbesondere parallel zur Wellenlängsachse. Hierbei wird durch das Umlenkgitter ein Druckaufbau bewirkt. Bei niedriger Last weist die erste Umlenkrichtung vorzugsweise von der Richtung der Wellenlängsachse weg. Hierbei wird durch das Umlenkgitter ein Druckabfall bewirkt. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf eine mittlere bis höhere Last eingegangen, da diese Betriebszustände für einen Betrieb einer Dampfturbine von besonderer Bedeutung sind. Bei einem starr ausgebildeten Umlenkgitter ist die erste Umlenkrichtung daher vorzugsweise der Richtung der Wellenlängsachse angenähert.

[0012] Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Turbinengehäuse der Niederdruckstufe das komplette Niederdrucksystem in radialer Richtung umgibt und somit radial nach außen abdichtet. Das Turbinengehäuse der Niederdruckstufe bzw. des Niederdrucksystems bildet vorzugsweise einen Abschnitt eines Dampfturbinengehäuses einer Dampfturbine.

[0013] Das erfindungsgemäße Niederdrucksystem hat gegenüber herkömmlichen Niederdruckstufen den Vorteil, dass ein Abdampfstrom des Niederdrucksystems eine geringere Drallkomponente in Umfangsrichtung als eine herkömmliche Niederdruckstufe aufweist. Hierfür weist das Niederdrucksystem das erste Umlenkgitter auf, mittels dessen der Dampfstrom, in eine erste Umlenkrichtung umlenkbar ist. Die erste Umlenkrichtung ist vorzugsweise eine Richtung, die einer Richtung der Wellenlängsachse angenähert ist. Durch das Umlenken des Dampfstroms wird die in Umfangsrichtung wirkende Drallkomponente verringert. Auf diese Weise sind der Wirkungsgrad sowie eine Leistung der Dampfturbine, insbesondere einer kostenoptimierten Dampfturbine mit im Verhältnis zur Leistung kleinen Abmessungen, mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig deutlich verbesserbar. Mit anderen Worten weist das erfindungsgemäße Niederdrucksystem eine höhere Schluckfähigkeit und somit eine höhere Nennlast als eine herkömmliche, ansonsten baugleiche Niederdruckstufe auf.

[0014] Ein weiterer Vorteil ist, dass eine aerodynamische Rückkopplung durch das erste Umlenkgitter reduzierbar ist, da dieses durch Verringern der in Umfangsrichtung wirkenden Drallkomponente harmonisierend auf den Dampfstrom wirkt. Im Betrieb der Dampfturbine werden somit weniger Schwingungen vom Abdampfstrom auf die Laufschaufeln, insbesondere die in Durchströmrichtung letzten Laufschaufeln, der Niederdruckstufe übertragen. Dies führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad sowie zu verringertem Verschleiß und reduzierten Geräuschemissionen. Das erfindungsgemäße Niederdrucksystem ermöglicht somit eine Verbesserung von kostenoptimierten Dampfturbinen in Bezug auf Wirkungsgrad, Verschleiß, Leistung sowie Geräuschemissionen.

[0015] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Umlenkgitter derart ausgebildet, den Dampfstrom bzw. Abdampfstrom parallel oder im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse umzulenken. Ein parallel bzw. im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse umgelenkter Dampfstrom bzw. Abdampfstrom hat den Vorteil, dass dieser keine bzw. nur eine verhältnismäßig geringe Drallkomponente in Umfangsrichtung - z.B. verglichen mit Niederdruckstufen kostenoptimierter Dampfturbinen, denen kein erfindungsgemäßes Umlenkgitter nachgeschaltet ist - aufweist. Ferner ist die die aerodynamische Rückkopplung auf diese Weise weiter reduzierbar.

[0016] Vorzugsweise ist das erste Umlenkgitter entsprechend einer Beschaufelung einer Verdichterstufe ausgebildet, so dass der Dampfstrom beim Durchströmen des ersten Umlenkgitters in Durchströmrichtung verdichtet wird. Hierbei entsprechen die Umlenkelemente den Verdichterschaufeln der Verdichterstufe. Demnach sind die Umlenkelemente im Gegensatz zu Leitschaufeln bzw. Laufschaufeln schlanker ausgebildet und weisen vorzugsweise eine geringere Krümmung auf. Das Umlenkgitter ist somit derart ausgebildet, dass ein durch das Umlenkgitter strömender Abdampfstrom zur Wellenlängsachse hin umgelenkt und dabei verdichtet wird.

[0017] Es ist bevorzugt, dass das Niederdrucksystem einen Diffusor aufweist, der dem Laufschaufelkranz benachbart in Durchströmrichtung hinter dem Laufschaufelkranz angeordnet ist. Ein Diffusor bewirkt eine Verlangsamung sowie einen Druckanstieg der Abdampfströmung, so dass in einer Dampfturbine mit einer Hochdruckstufe und einer Niederdruckstufe ein größerer Druck abbaubar ist. Hierdurch ist der Wirkungsgrad einer Dampfturbine verbesserbar.

[0018] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Umlenkgitter im Diffusor angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Niederdrucksystem besonders kompakt aufgebaut ist. Ferner ist auf diese Weise ein besonders effizienter Druckaufbau im Diffusor erzielbar, da ein Druckaufbau durch das erste Umlenkgitter und den Diffusor im selben Abschnitt in Durchströmrichtung der Dampfturbine erfolgt.

[0019] Es ist bevorzugt, dass die Umlenkelemente um eine sich radial oder im Wesentlichen radial zur Wellenlängsachse erstreckenden Umlenkelementachse verschwenkbar sind. Die erste Umlenkrichtung ist somit durch Verschwenken bzw. Verdrehen der Umlenkelemente um die Umlenkelementachse beeinflussbar bzw. veränderbar. Somit können Abdampfströmungen in Abhängigkeit eines Lastzustands der Dampfturbine umgelenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass die positiven Effekte des Umlenkgitters durch bedarfs- bzw. lastgerechtes Ausrichten der Umlenkelemente optimierbar sind.

[0020] Weiter bevorzugt sind die Umlenkelemente als Umlenkschaufeln ausgebildet. Derartige Umlenkelemente weisen einen tragflächenförmigen Querschnitt mit einer abgerundeten ersten Spitze, einer zweiten Spitze sowie einer zwischen den Spitzen ausgebildeten Krümmung auf. In Durchströmrichtung weist der Querschnitt in einem ersten Abschnitt von der ersten Spitze ausgehend eine relativ starke Vergrößerung und in einem zweiten Abschnitt eine bis zur zweiten Spitze des Querschnitts ausgebildete, leichte Verjüngung auf. Der zweite Abschnitt weist vorzugsweise eine Breite auf, die ein Vielfaches einer Breite des ersten Abschnitts beträgt. Die Krümmung erstreckt sich vorzugsweise zwischen 25° und 50°, insbesondere zwischen 30° und 45°. Eine maximale Dicke des Umlenkelements beträgt vorzugsweise zwischen 1/10 und 1/20, insbesondere zwischen 1/14 und 1/16 einer Breite des Umlenkelements. Eine Länge des Umlenkelements erstreckt sich entlang der Umlenkelementachse. Derartige Umlenkelemente haben den Vorteil, dass diese für eine zuverlässige Umlenkung des Abdampfstroms besonders ausgebildet sind.

[0021] Vorzugsweise weist das Niederdrucksystem ein zweites Umlenkgitter auf, das in Durchströmrichtung hinter dem ersten Umlenkgitter angeordnet ist und zum Umlenken des Dampfstroms in eine zweite Umlenkrichtung ausgebildet ist. Das zweite Umlenkgitter weist vorzugsweise eines der Merkmale auf, die voranstehend zum ersten Umlenkgitter beschrieben sind. Dabei kann das zweite Umlenkgitter wie das erste Umlenkgitter oder dem ersten Umlenkgitter ähnlich ausgebildet sein. Ein zweites bzw. weiteres Umlenkgitter hat den Vorteil, dass ein Umlenken des Abdampfstroms in zwei Stufen erfolgen kann. Über das zweite Umlenkgitter ist beispielsweise ein zu schwach umgelenkter Abdampfstrom weiter, insbesondere in eine Richtung parallel zur Turbinenlängsachse, umlenkbar. Auf diese Weise ist eine Feinjustierung des Umlenkens des Abdampfstroms des Niederdrucksystems auf vorteilhafte Weise möglich.

[0022] Weiter bevorzugt ist das zweite Umlenkgitter ausgebildet, den Dampfstrom in die zweite Umlenkrichtung umzulenken, wobei die zweite Umlenkrichtung der ersten Umlenkrichtung des ersten Umlenkgitters entgegengesetzt ist. Das erste Umlenkgitter ist dabei vorzugsweise ausgebildet, den Abdampfstrom in die erste Umlenkrichtung umzulenken, wobei die erste Umlenkrichtung eine Richtung parallel zur Turbinenlängsachse kreuzt. Durch das zweite Umlenkgitter ist der Abdampfstrom wieder einer Richtung parallel zur Turbinenlängsachse annäherbar. Auf diese Weise ist beispielsweise in Abhängigkeit eines Lastzustands einer Dampfturbine eine besonders günstige Druckverteilung im Niederdrucksystem erzielbar.

[0023] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Dampfturbine mit einer Hochdruckstufe sowie einer Niederdruckstufe. Die Dampfturbine weist ein erfindungsgemäßes Niederdrucksystem auf, wobei die Niederdruckstufe als Teil des Niederdrucksystems ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Dampfturbine ist vorzugsweise als kostenoptimierte Dampfturbine ausgebildet und weist bei möglichst hoher Leistung eine geringe Baugröße sowie kleine Abströmflächen der Niederdruckstufe auf. Die erfindungsgemäße Dampfturbine weist dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Niederdrucksystem auf.

[0024] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche Merkmale mit gleichen Funktionen jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1

eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Niederdrucksystems;

Figur 2

eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Niederdrucksystems in einem ersten Lastzustand;

Figur 3

eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Niederdrucksystems in einem zweiten Lastzustand;

Figur 4

eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Niederdrucksystems in einem dritten Lastzustand; und

Figur 5

einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Dampfturbine.

[0025] In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Niederdrucksystems 1 dargestellt. Das Niederdrucksystem 1 weist eine Niederdruckstufe 3 mit einem Turbinengehäuse 4 sowie einer in dem Turbinengehäuse 4 angeordneten Turbinenwelle 6 mit einer Wellenlängsachse 7 auf. Die Turbinenwelle 6 ist um die Wellenlängsachse 7 rotierbar relativ zum Turbinengehäuse 4 gelagert. Die Niederdruckstufe 3 weist einen Leitschaufeln 5a aufweisenden Leitschaufelkranz 5 auf, der am Turbinengehäuse 4 gehalten ist. Ferner weist die Niederdruckstufe 3 in Durchströmrichtung D hinter dem Leitschaufelkranz 5 einen Laufschaufeln 8a aufweisenden Laufschaufelkranz 8 auf, der auf der Turbinenwelle 6 gehalten ist. Ein in Durchströmrichtung D eines Dampfstroms liegendes Ende der Niederdruckstufe 3 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.

[0026] In Durchströmrichtung D hinter der Niederdruckstufe 3 weist das Niederdrucksystem 1 ein erstes Umlenkgitter 9 mit einer Vielzahl von Umlenkelementen 9a auf, die gleichmäßig über den Umfang des ersten Umlenkgitters 9 verteilt sind. Die Umlenkelemente 9a sind um eine Umlenkelementachse 9b relativ zum Turbinengehäuse 4 drehbar. Eine der Turbinenwelle 6 abgewandte Seite des ersten Umlenkgitters 9 ist am Turbinengehäuse 4 gehalten, an einer der Turbinenwelle 6 zugewandten Seite des ersten Umlenkgitters 9 ist eine Diffusorinnenwand 11 angeordnet. Das Turbinengehäuse 4 und die Diffusorinnenwand 11 bilden einen Diffusor 10 des Niederdrucksystems 1. Durch die Umlenkelemente 9a ist ein Dampfstrom, der in Durchströmrichtung D durch das Niederdrucksystem 1 strömt derart umlenkbar, dass eine Drallkomponente des Dampfstroms in Umfangsrichtung reduziert wird. Somit sind der Wirkungsgrad des Niederdrucksystems 1 verbesserbar und aerodynamische Rückkopplungen des Dampfstroms mit der Niederdruckstufe 3 reduzierbar.

[0027] Fig. 2 zeigt schematisch in einer Draufsicht das erfindungsgemäße Niederdrucksystem 1 in einem ersten Lastzustand. In dem ersten Lastzustand wird die Dampfturbine 2 mit Nennlast oder geringer Überlast betrieben. Bei Nennlast weist ein Dampfstrom eine Größe auf bei der eine Schluckfähigkeit der Dampfturbine 2 erreicht ist. Bei Überlast ist die Schluckfähigkeit der Dampfturbine 2 überschritten. Der Dampfstrom weist am Ende der Niederdruckstufe 3 eine hohe Drallkomponente auf, die durch das nachgeschaltete Umlenkgitter 9 reduziert wird. Ein Betreiben einer herkömmlichen, baugleichen Niederdruckstufe 3 mit einem derartigen Dampfstrom ist durch hohe Austrittsverluste am Ende der Niederdruckstufe 3 gekennzeichnet, da kein Umlenkgitter 9 zur Reduzierung der Drallkomponente vorhanden ist. Ein Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Niederdrucksystems 1 ist bei dem Dampfstrom des ersten Lastzustands somit höher als ein Wirkungsgrad einer herkömmlichen, ansonsten baugleichen Niederdruckstufe 3, die mit einem gleichgroßen Dampfstrom beaufschlagt wird.

[0028] Der Dampfstrom verlässt den Leitschaufelkranz 5 mit einer ersten absoluten Geschwindigkeit c1, die sich aus einer ersten relativen Geschwindigkeit w1 und einer ersten Umfangsgeschwindigkeit u1 zusammensetzt, und trifft auf den Laufschaufelkranz 8, wodurch dieser in Rotation versetzt wird. Der Dampfstrom verlässt den Laufschaufelkranz 8 mit einer zweiten absoluten Geschwindigkeit c2, die sich aus einer zweiten relativen Geschwindigkeit w2 und einer zweiten Umfangsgeschwindigkeit u2 zusammensetzt. Der Dampfstrom weist nach dem Laufschaufelkranz 8 und vor dem ersten Umlenkgitter 9 somit eine hohe Drallkomponente entgegen der Umfangsrichtung auf, dies wird auch als Gegendrall bezeichnet.

[0029] Die Umlenkelemente 9a des ersten Umlenkgitters 9 sind für den ersten Lastzustand derart ausgerichtet, dass der Dampfstrom in die erste Umlenkrichtung R1 abgelenkt wird, wobei die erste Umlenkrichtung R1 der Durchströmrichtung D angenähert ist. Demnach weist der Dampfstrom nach dem ersten Umlenkgitter 9 eine geringere Drallkomponente in Umfangsrichtung als unmittelbar vor dem ersten Umlenkgitter 9 auf. Ein dritter Druck p3 unmittelbar nach dem ersten Umlenkgitter 9 ist höher als ein zweiter Druck p2 unmittelbar vor dem ersten Umlenkgitter 9.

[0030] Fig. 3 zeigt schematisch in einer Draufsicht das erfindungsgemäße Niederdrucksystem 1 in einem zweiten Lastzustand. In dem zweiten Lastzustand wird die Dampfturbine 2 mit mittlerer Last betrieben. Bei mittlerer Last ist ein Dampfstrom in einem Bereich, der unterhalb der Schluckfähigkeit der Dampfturbine 2 und oberhalb einer schwachen Last liegt. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Niederdrucksystems 1 ist bei dem Dampfstrom des zweiten Lastzustands geringer als bei Nennlast aber höher als bei einer herkömmlichen, ansonsten Baugleichen Niederdruckstufe 3, die mit einem gleichgroßen Dampfstrom beaufschlagt wird.

[0031] Der Dampfstrom verlässt den Leitschaufelkranz 5 mit einer ersten absoluten Geschwindigkeit c1, die sich aus einer ersten relativen Geschwindigkeit w1 und einer ersten Umfangsgeschwindigkeit u1 zusammensetzt, und trifft auf den Laufschaufelkranz 8, wodurch dieser in Rotation versetzt wird. Der Dampfstrom verlässt den Laufschaufelkranz 8 mit einer zweiten absoluten Geschwindigkeit c2, die sich aus einer zweiten relativen Geschwindigkeit w2 und einer zweiten Umfangsgeschwindigkeit u2 zusammensetzt. Der Dampfstrom weist nach dem Laufschaufelkranz 8 und vor dem ersten Umlenkgitter 9 somit eine geringe Drallkomponente entgegen der Umfangsrichtung auf (Gegendrall).

[0032] Die Umlenkelemente 9a des ersten Umlenkgitters 9 sind für den zweiten Lastzustand derart ausgerichtet, dass der Dampfstrom in die erste Umlenkrichtung R1 abgelenkt wird, wobei die erste Umlenkrichtung R1 der Durchströmrichtung D stark angenähert bzw. parallel oder nahezu parallel zu dieser verläuft. Demnach weist der Dampfstrom nach dem ersten Umlenkgitter 9 eine deutlich geringere Drallkomponente in Umfangsrichtung als unmittelbar vor dem ersten Umlenkgitter 9 auf. Ein dritter Druck p3 unmittelbar nach dem ersten Umlenkgitter 9 ist höher als ein zweiter Druck p2 unmittelbar vor dem ersten Umlenkgitter 9.

[0033] Fig. 4 zeigt schematisch in einer Draufsicht das erfindungsgemäße Niederdrucksystem 1 in einem dritten Lastzustand. In dem dritten Lastzustand wird die Dampfturbine 2 mit schwachen Last betrieben. Bei schwacher Last ist ein Dampfstrom in einem Bereich, der weit unterhalb der Schluckfähigkeit der Dampfturbine 2 liegt. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Niederdrucksystems 1 ist bei dem Dampfstrom des dritten Lastzustands wesentlich geringer als bei Nennlast aber höher als bei einer herkömmlichen, ansonsten Baugleichen Niederdruckstufe 3, die mit einem gleichgroßen Dampfstrom beaufschlagt wird.

[0034] Der Dampfstrom verlässt den Leitschaufelkranz 5 mit einer ersten absoluten Geschwindigkeit c1, die sich aus einer ersten relativen Geschwindigkeit w1 und einer ersten Umfangsgeschwindigkeit u1 zusammensetzt, und trifft auf den Laufschaufelkranz 8, wodurch dieser in Rotation versetzt wird. Der Dampfstrom verlässt den Laufschaufelkranz 8 mit einer zweiten absoluten Geschwindigkeit c2, die sich aus einer zweiten relativen Geschwindigkeit w2 und einer zweiten Umfangsgeschwindigkeit u2 zusammensetzt. Der Dampfstrom weist nach dem Laufschaufelkranz 8 und vor dem ersten Umlenkgitter 9 somit eine geringe Drallkomponente in Umfangsrichtung auf, dies wird auch als Mitdrall bezeichnet.

[0035] Die Umlenkelemente 9a des ersten Umlenkgitters 9 sind für den dritten Lastzustand derart ausgerichtet, dass der Dampfstrom in die erste Umlenkrichtung R1 abgelenkt wird, wobei die erste Umlenkrichtung R1 von der Durchströmrichtung D weiter weg weist als die zweite absolute Geschwindigkeit c2. Ein dritter Druck p3 unmittelbar nach dem ersten Umlenkgitter 9 ist geringer als ein zweiter Druck p2 unmittelbar vor dem ersten Umlenkgitter 9.

[0036] Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Dampfturbine 2. Die Dampfturbine 2 weist eine Hochdruckstufe 12 auf, neben der in Durchströmrichtung D ein erfindungsgemäßes Niederdrucksystem 1 mit einer Niederdruckstufe 3 und einem Diffusor 10 angeordnet ist. Im Diffusor 10 ist ein erstes Umlenkgitter 9 angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Umlenkgitter 9 zwischen der Niederdruckstufe 3 und dem Diffusor 10 angeordnet ist. Zusätzlich kann erfindungsgemäß ein in dieser Abbildung nicht dargestelltes zweites Umlenkgitter in Durchströmrichtung D hinter dem ersten Umlenkgitter 9 angeordnet sein.

Ansprüche

1. Niederdrucksystem (1) für eine Dampfturbine (2), das zur Erzeugung einer Rotationsbewegung von einem Dampfstrom in einer Durchströmrichtung (D) durchströmbar ist, aufweisend eine Niederdruckstufe (3) mit einem Turbinengehäuse (4), mindestens einem am Turbinengehäuse (4) angeordneten Leitschaufelkranz (5), einer Turbinenwelle (6) mit einer Wellenlängsachse (7), wobei die Turbinenwelle (6) um die Wellenlängsachse (7) drehbar relativ zum Turbinengehäuse (4) gelagert ist, und mindestens einen Laufschaufelkranz (8), der auf der Turbinenwelle (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Laufschaufelkranz (8) benachbart in Durchströmrichtung (D) hinter der Niederdruckstufe (3) ein erstes Umlenkgitter (9) angeordnet ist, wobei das erste Umlenkgitter (9) eine Mehrzahl von Umlenkelementen (9a) aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein in Durchströmrichtung (D) durch das erste Umlenkgitter (9) strömender Dampfstrom mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Strömungskomponente durch die Umlenkelemente (9a) in eine erste Umlenkrichtung (R1) umgelenkt wird.

2. Niederdrucksystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Umlenkgitter (9) derart ausgebildet ist, den Dampfstrom parallel oder im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse (7) umzulenken.

3. Niederdrucksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Umlenkgitter (9) entsprechend einer Beschaufelung einer Verdichterstufe ausgebildet ist, so dass der Dampfstrom beim Durchströmen des ersten Umlenkgitters (9) in Durchströmrichtung (D) verdichtet wird.

4. Niederdrucksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Niederdrucksystem (1) einen Diffusor (10) aufweist, der dem Laufschaufelkranz (8) benachbart in Durchströmrichtung (D) hinter dem Laufschaufelkranz (8) angeordnet ist.

5. Niederdrucksystem (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Umlenkgitter (9) im Diffusor (10) angeordnet ist.

6. Niederdrucksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkelemente (9a) um eine sich radial oder im Wesentlichen radial zur Wellenlängsachse (7) erstreckenden Umlenkelementachse (9b) verschwenkbar sind.

7. Niederdrucksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkelemente (9a) als Umlenkschaufeln ausgebildet sind.

8. Niederdrucksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Niederdrucksystem (1) ein zweites Umlenkgitter aufweist,
das in Durchströmrichtung (D) hinter dem ersten Umlenkgitter (9) angeordnet ist und zum Umlenken des Dampfstroms in eine zweite Umlenkrichtung ausgebildet ist.

9. Niederdrucksystem (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Umlenkgitter ausgebildet ist, den Dampfstrom in
die zweite Umlenkrichtung umzulenken, wobei die zweite Umlenkrichtung der ersten Umlenkrichtung (R1) des ersten Umlenkgitters (9) entgegengesetzt ist.

10. Dampfturbine (2) aufweisend eine Hochdruckstufe (12) und eine Niederdruckstufe (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine (2) ein Niederdrucksystem (1) aufweist, das gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

Zeichnung