ANORDNUNG ZUR ZULEITUNG EINES ZUSATZMASSENSTROMS IN EINEN HAUPTMASSENSTROM

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur Zuleitung eines Zusatzmassenstroms in einen Hauptmassenstrom, wobei der Hauptmassenstrom entlang einer Rotationsachse strömt, wobei die Zuleitung und die Rotationsachse geneigt zueinander ausbildet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zuleitung eines Zusatzmassenstroms in einen Hauptmassenstrom mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, auf dem in Umfangsrichtung Turbinen-Laufschaufeln angeordnet sind, wobei mehrere in Rotationsrichtung hintereinander ausgebildete Laufschaufelreihen angeordnet sind, ferner mit einem um den Rotor angeordneten Gehäuse.

[0002] Ein Dampfkraftwerk umfasst in der Regel zumindest einen Dampferzeuger und eine Dampfturbine, die mit einem Frischdampf aus dem Dampferzeuger versorgt wird. Der Dampf aus dem Dampferzeuger strömt hierbei über eine Frischdampfleitung in eine Frischdampfeinlassöffnung der Dampfturbine. In der Frischdampfleitung wird in der Regel ein Stellventil und ein Regelventil anordnet. Das Stellventil regelt den Dampfmassenstrom in der Dampfleitung. Das Schnellschlussventil schließt die Dampfzuführung zur Dampfturbine schlagartig zu, was beispielsweise in einem Störfall erforderlich wäre.

[0003] Es gibt Betriebsweisen der Dampfturbine, die es erforderlich machen, einen Zusatzmassenstrom in die Dampfturbine hineinzuführen. Dieser Zusatzmassenstrom kann zu einer Leistungssteigerung verwendet werden. Durch solch eine Zusatzeinspeisung kann weiterer Dampf im Bereich stromab der ersten Schaufeln eingeleitet werden. Allerdings können dann in diesem Lastpunkt unerwünschte strömungsmechanische Vorgänge auftreten. Der Zusatzmassenstrom stört bei Eintritt in die Dampfturbine den Hauptmassenstrom, was zu Verlusten durch die Vermischung des Hauptmassenstroms und des Zusatzmassenstroms erzwungen ist. Desweiteren ist der Hauptmassenstrom durch den Zusatzmassenstrom abgelenkt, was zur Folge haben könnte, dass die Beschaufelung nicht optimal angeströmt wird.

[0004] Desweiteren ist es möglich, dass die Rohrleitungsführung der Dampfleitungen des Zusatzmassenstroms derart ungünstig ausgelegt ist, dass Störungen in diesem vorgelagerten Rohrleitungssystem sich stromab fortpflanzen und dadurch die zusätzliche Einspeisung von Dampf in die Dampfturbine zu einer Fortpflanzung der Störung führt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, mit der eine bessere Vermischung des Zusatzmassenstroms mit dem Hauptmassenstrom möglich ist.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung zur Zuleitung eines Zusatzmassenstroms in einen Hauptmassenstrom, mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, auf dem in Umfangsrichtung Turbinen-Laufschaufeln angeordnet sind, wobei mehrere in Rotationsrichtung hintereinander ausgebildete Laufschaufelreihen angeordnet sind, ferner mit einem um den Rotor angeordneten Gehäuse, wobei zwischen zwei Schaufelreihen eine Nut im Gehäuse angeordnet ist, wobei die Nut mit einer Zuleitung strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Zuleitung und die Rotationsachse um einen Winkel a zu einander ausgebildet sind, wobei gilt: α ≤ 90°.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0008] Die Merkmale der Unteransprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

[0009] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung weist die Nut eine zur Rotationsachse geneigte äußere Nutwand auf, die stromab zur Strömungsrichtung liegt, wobei die Nut einer zur Rotationsachse geneigte innere Nutwand aufweist, die stromaufwärts zur Strömungsrichtung liegt, wobei die Schaufel einer vor der inneren Nutwand angeordneten Schaufelreihe die Schaufellänge L aufweist, wobei die äußere Nutwand die Länge H aufweist, wobei die innere Nutwand die Länge Z aufweist, wobei gilt: 0, 3 * L ≤ H ≤ 1,5 * L.

[0010] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung stellt die Zuleitung eine Bohrung mit dem Durchmesser D dar, wobei der Abstand zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand B beträgt, wobei gilt: D ≤ B ≤ 2 * D.

[0011] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die äußere Wand und die Bohrung um einen Winkel β zueinander angeordnet, wobei gilt -60° < β < 60°.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen der äußeren Wand und der Bohrung eine Kante mit der Länge Y ausgebildet.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Kante senkrecht zur Bohrungsachse der Bohrung ausgebildet.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Kante zur Senkrechten der Bohrungsachse der Bohrung um ± 60° geneigt.

[0015] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die innere Wand und die Bohrung um einen Winkel γ zueinander angeordnet, wobei gilt: -90° < γ < 90°.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die äußere Wand einen Abstand E zur stromab liegenden Schaufelreihe auf, wobei gilt: 0 < E < 0,5 * L.

[0017] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die innere Wand einen Abstand F zur stromauf liegenden Laufschaufelreihe auf, wobei gilt: 0 < F < 0,5 * L.

[0018] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterungen dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt.

[0020] Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren, wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0021] Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Anordnung.

[0022] Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung 1 zur Zuleitung eines Zusatzmassenstroms in einen Hauptmassenstrom.

[0023] Die Anordnung 1 umfasst ferner einen um eine Rotationsachse (nicht dargestellt) drehbar gelagerten Rotor (nicht dargestellt), auf den in Umfangsrichtung Turbinen-Laufschaufeln angeordnet sind. In der Figur 1 ist eine Strömungsrichtung 2 eines Hauptmassenstroms dargestellt. Stromab der Strömungsrichtung 2 ist eine Schaufel 3 symbolisch dargestellt. Stromaufwärts der Strömungsrichtung 2 ist eine weitere Schaufel 4 symbolisch dargestellt. Diese Schaufeln 3 und 4 können Laufschaufeln pder Leitschaufeln sein und sind in einer Umfangsrichtung des Rotors an der Oberfläche angeordnet, wobei mehrere in Rotationsachsenrichtung 5 hintereinander ausgebildete Laufschaufelreihen angeordnet sind. Die Anordnung 1 wird dazu verwendet, einen Zusatzmassenstrom 6 mit einen Hauptmassenstrom 7 zu vermischen. Die Anordnung 1 wird als eine Bohrung 8 in einen Gehäuse einer Dampfturbine (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Bohrung 8 mündet in einer im Gehäuse angeordneten Nut 9. Die Nut 9 umfasst eine äußere Wand 10, die stromab in Strömungsrichtung 2 die Nut 9 begrenzt. Desweiteren weist die Nut 9 eine innere Wand 11 auf, die stromaufwärts zur Strömungsrichtung 2 angeordnet ist und die Nut 9 in Stromaufwärtsrichtung begrenzt. Zur Bohrung 8 hin begrenzt die Nut 9 eine Kante 12. Durch die Bohrung 8 strömt ein Zusatzmassenstrom 6 und vermischt sich mit dem Hauptmassenstrom 7. Die Bohrung 8 ist entlang einer Bohrungsrichtung 12 ausgebildet und unter einem Winkel α zur Strömungsrichtung 2 bzw. Hauptmassenstrom 7 ausgerichtet. Der Wert α kann Werte zwischen 0° und 90° aufweisen. Die Länge L ist die Kanalhöhe der angrenzenden Leit- oder laufschaufel. Die innere Wand 11 weist eine Länge Z auf. Die äußere Wand 10 weist eine Länge H auf. Es gilt 0,3 * L ≤ H ≤ 1,5 * L.

[0024] Die Bohrung 8 weist den Durchmesser D auf. Der Abstand zwischen der äußeren Wand 10 und der inneren Wand 11 beträgt B. Es gilt D ≤ B ≤ 2 * D.

[0025] Die äußere Wand 10 und die Bohrung 8 sind um einen Winkel β zueinander angeordnet. Es gilt -60° < β < 60°.

[0026] In der Figur 1 ist dieser Zusammenhang schematisch dargestellt durch die Vergrößerung des Kreises (links oben in Figur 1). Die Kante 12 weist die Länge Y auf. Die Kante 12 ist senkrecht zur Bohrungsrichtung 13 der Bohrung 8 ausgerichtet. Wie im kreisförmigen Ausschnitt links oben in Figur 1 dargestellt, kann die Kante 12 auch geneigt ausgebildet sein. Mit dem Bezugszeichen 14 ist eine Senkrechte zur Bohrungsrichtung 13 dargestellt. Die Kante 12 ist um den Winkel δ gegenüber der Senkrechten 14 geneigt. Der Winkel δ kann Werte zwischen -60° und +60° annehmen.

[0027] In der Figur 1 ist in dem kreisförmigen Ausschnitt rechts oben ein Zusammenhang zwischen der Bohrung 8 und der inneren Wand 11 dargestellt. Die innere Wand 11 kann gegenüber der Bohrung 8 geneigt ausgebildet sein. Zwischen der Bohrung 8 und der inneren Wand 11 ist ein Winkel y ausgebildet. Der Winkel γ kann Werte zwischen -90° und +90° annehmen. Die äußere Wand 10 weist einen Abstand E zur stromabliegenden Laufschaufelreihe (gebildet durch die Schaufel 3) auf.
Es gilt 0 < E < L. In alternativen Ausführungsformen gilt: 0 < E < 0, 5 * L.

[0028] Die innere Wand 11 weist einen Abstand F zur stromauf liegenden Laufschaufelreihe 4 auf. Es gilt 0 < F < L. In alternativen Ausführungsformen gilt: 0 < F < 0,5 * L.

[0029] Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt den Zusatzmassenstrom besonders langsam zu dem Hauptmassenstrom zuzuführen. Die Bohrung 8 ist hierbei derart ausgelegt, dass der Zusatzmassenstrom mit minimaler Geschwindigkeit in den Schaufelpfad einströmt. Allerdings ist die maximale Bohrungsgröße aus Fertigungsgründen limitiert. Daher ist in dem Gehäuse eine umlaufende Nut 9 eingebracht. Die Nut 9 hat eine Höhe von 30% - 150 % der darunterliegenden Schaufelhöhe L. Desweiteren ist sie in Richtung senkrecht zur Bohrungsrichtung 13 ein bis zwei Bohrungsdurchmesser erstreckt. Die stromabseitig nach außen gerichtete Seite der Nut 9 verläuft parallel oder um bis zu ±60° zur Bohrungsrichtung 13 geneigt. Die stromauf nach außen gerichtete Seite Z ist ebenfalls entweder parallel zur Bohrungsachse oder um bis zu ±90° zur Bohrungsrichtung 13 geneigt. Die Seite Y verläuft entweder senkrecht zur Bohrungsrichtung 13 oder aber innerhalb einer Verdrehung um ±60° zur Senkrechten 14 auf die Bohrungsrichtung 13 geneigt. Die Bohrungen 8 können dabei ebenfalls radial oder maximal möglich geneigt sein, um den Dampf entlang der Hauptmassenstrom-Richtung verbessert einzuleiten. Der Winkel α ist hierbei kleiner als 90°. Die Abstände vor und hinter der Nut 9 zu den nebenliegenden Schaufeln 3 und 4 haben eine Länge von 0% bis 50% der Schaufelhöhe L.

[0030] Durch die umlaufende Nut 9 werden strömungsmechanische Effekte ausgenutzt. Dadurch, dass die Nut 9 breiter ist als die Bohrung 8 wirkt die Nut 9 als Stoßdiffusor. Dadurch verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit beim Mischen beider Ströme. Einhergehend mit geringeren Verlusten und verminderter Störung des Hauptmassenstroms. Weiterhin findet beim Austritt auf den Bohrungen 8 eine Ausmischung in Umfangsrichtung innerhalb der Nut 9 statt. Dies führt ebenfalls zu einer Interaktion beider Dampfströme, die dadurch verringert werden. Dadurch, dass die Nut 9 in radialer Richtung gesehen zwischen Schaufel 3, 4 und Bohrung 8 liegt, wirkt sie dämpfend, wenn sich die beiden Ströme vereinen, ebenfalls einhergehend mit geringeren Verlusten und geringerer Störung der Hauptströmung.

[0031] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Anordnung (1) zur Zuleitung eines Zusatzmassenstroms in einen Hauptmassenstrom,
mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, auf dem in Umfangsrichtung Turbinen-Laufschaufeln angeordnet sind,
wobei mehrere in Rotationsrichtung (5) hintereinander ausgebildete Laufschaufelreihen angeordnet sind,
ferner mit einem um den Rotor angeordneten Gehäuse,
wobei zwischen zwei Laufschaufelreihen eine Nut (9) im Gehäuse angeordnet ist,
wobei die Nut (9) mit einer Zuleitung strömungstechnisch verbunden ist,
wobei die Zuleitung und die Rotationsachse um einen Winkel α zueinander ausgebildet sind,
wobei gilt: α < 90°.

2. Anordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei die Nut (9) eine zur Rotationsachse geneigte äußere Nutwand (H) aufweist, die stromab zur Strömungsrichtung liegt,
wobei die Nut (9) eine zur Rotationsachse geneigte innere Nutwand (Z) aufweist,
die stromabwärts zur Strömungsrichtung liegt,
wobei die Schaufel (3, 4) eine vor der inneren Nutwand (Z) angeordneten Schaufelreihe die Schaufellänge L aufweist, wobei die äußere Nutwand die Länge H aufweist,
wobei die innere Nutwand die Länge Z aufweist,
wobei gilt: 0,3 * L ≤ H ≤ 1,5 * L.

3. Anordnung (1) nach Andpruch 1 oder 2,
wobei die Zuleitung die Bohrung (8) mit dem Durchmesser D darstellt,
wobei der Abstand zwischen der äußeren Wand (10) und der inneren Wand (11) B beträgt, wobei gilt: D ≤ B ≤ 2 * D.

4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die äußere Wand (10) und die Bohrung (8) um einen Winkel β zueinander angeordnet sind, wobei gilt -60° < β < 60°.

5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen der äußeren Wand (10) und der Bohrung (8) eine Kante (12) mit der Länge Y ausgebildet ist.

6. Anordnung (1) nach Anspruch 5,
wobei die Kante (12) senkrecht zur Bohrungsachse der Bohrung (8) ausgebildet ist.

7. Anordnung (1) nach Anspruch 5,
wobei die Kante (12) zur Senkrechten der Bohrungsachse der Bohrung (8) um ± 60° geneigt ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die innere Wand (11) und die Bohrung (9) um einen Winkel γ zueinander angeordnet sind,
wobei gilt: -90° < γ < 90°.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die äußere Wand (10) einen Abstand E zur stromab liegenden Laufschaufelreihe aufweist,
wobei gilt: 0 < E < L, insbesondere 0 < E < 0,5 * L.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die innere Wand (11) einen Abstand F zur stromauf liegenden Laufschaufelreihe aufweist,
wobei gilt: 0 < F < L, insbesondere 0 < F < 0,5 * L.

Zeichnung