UMLEITDAMPFEINFÜHRUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Anordnung (5) zur Vergleichmäßigung einer Strömung mit einem Gehäuse (8), das zum Begrenzen der Strömung ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (8) Löcher (9) aufweist, durch die die Strömung als Strahl in einen Raum außerhalb des Gehäuses (8) strömt, wobei der Abstand der Löcher (9) derart ist, dass keine Vereinigung von aus zwei benachbarten Löchern (9) herauskommenden Strahlen erfolgen kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vergleichmäßigung einer Strömung, wobei die Anordnung ein Gehäuse aufweist, das zum Begrenzen der Strömung ausgebildet ist, wobei das Gehäuse Löcher aufweist, durch die die Strömung als Strahl in einem Raum außerhalb des Gehäuses strömt.

[0002] In Dampfturbinenanlagen wird ein Dampf in einem sogenannten Dampferzeuger erzeugt und über Rohrleitungen zu einer Dampfturbine geführt. Die thermische Energie des Dampfes wird in der Dampfturbine in mechanische Rotationsenergie umgewandelt. Der Druck und die Temperatur des Dampfes verringern sich hierbei. Nach der Durchströmung des Dampfes durch die Dampfturbine strömt der Dampf bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck in einen Kondensator, wobei der Dampf dort an kühlen Rohrleitungen kondensiert und wieder zu Wasser umgewandelt wird.

[0003] Es sind Betriebsverfahren wie beispielsweise der Bypassbetrieb bekannt, wo der energiereiche Dampf direkt in den Kondensator geleitet wird. Das bedeutet, dass der energiereiche Dampf, der durch eine hohe Temperatur und hohen Druck charakterisiert ist, direkt in den Kondensator strömt. Daher sind besondere Vorkehrungen nötig, damit keine Schädigungen im Kondensator auftreten. Es kann vorkommen, dass es im Kondensator aufgrund einer Nachexpansion des Dampfes, die auch mit einer Aufweitung des Strahles verbunden ist, hinter der Umleitdampfeinführung zu einem supersonischen oder je nach Gefälle zu einem lokal hypersonischen Strömungsfeld führt. Die Geschwindigkeit des Dampfes hängt von den Drücken im Kondensator und in der Umleitdampfeinführung ab. Je höher das Druckverhältnis zwischen dem Kondensator und dem Druck in der Umleitdampfeinführung ist, desto höher ist die maximale Strömungsgeschwindigkeit.

[0004] Im Bypassbetrieb müssen drei Kriterien im Wesentlichen erfüllt sein, damit ein sicherer Betrieb möglich ist, der darüber hinaus möglichst zu wenigen Schäden führt. Dies wäre zum einen Kriterium, dass der Dampf dem Kondensator zugeführt wird, ohne den Rotor der Dampfturbine aktiv mit Dampf zu beströmen oder anzutreiben. Zum anderen muss die Umleitdampfeinführung so gestaltet werden, dass sie die Kühlrohre des Kondensators nicht durch Aufprägung unzulässig hoher Dampfgeschwindigkeiten schädigt. Schließlich ist folgendes Kriterium zu beachten: Da der Dampf vor der Einleitung in den Kondensator durch Wassereinspritzung gekühlt wird und das Wasser in Form von Tropfen oder Dampfnässe vorhanden sein kann, muss zudem sichergestellt werden, dass es durch Tropfenbeladung nicht zu Erosionsschäden im Kondensator oder der Turbine kommt.

[0005] Die vorgenannten Kriterien führen somit auf ein Design der Dampfeinführung, die einen Umleitdampf bei gegebenem Kondensatordruck mit möglichst niedriger Strömungsgeschwindigkeit bei kontrollierter Strömungsführung dem Kondensator zuführt und die Integrität von Turbine und Kondensator nicht negativ beeinflusst.

[0006] Daher ist es bekannt, den Umleitdampf durch einen Lochkorb strömend dem Kondensator zuzuführen. Ein Lochkorb ist charakterisiert durch ein Gehäuse, das einzelne Bohrungen aufweist, durch die der Umleitdampf strömt. Der Dampf strömt nach dem Lochkorb dabei in einen freien Raum des Kondensatordoms ein, der häufig mit Versteifungselementen unterschiedlicher Geometrie versehen ist.

[0007] Eine Alternative zu dem Lochkorb stellen sogenannte "Dumptubes" dar. Auch diese sind dazu ausgebildet, den Umleitdampf in den Kondensator zu leiten. Das Dumptube ist durch eine rohrähnliches Gehäuse charakterisiert, das ebenfalls Bohrungen aufweist, durch die der Umleitdampf in den Kondensator strömt.

[0008] Es ist allerdings bei beiden Anordnungen (Lochkorb und Dumptube) sicherzustellen, dass der Dampf weder direkt in Richtung Kondensatorrohre noch in Richtung Turbine strömt, um etwaige Schäden an der Kondensatorberohrung und der Turbinenbeschaufelung zu verhindern.

[0009] Ein Problem stellt die Erosion dar. Da es aufgrund des gasdynamisch bedingten Strahlaufplatzens zu einem großen Bereich mit Überschallströmung kommen kann, ist es nicht immer möglich, erosionsbedingte Schädigungen am Kondensator komplett auszuschließen. Erosion entsteht, indem Wassertropfen auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden und dann auf Einbauteile auftreffen. Diese Schädigungen können zwar durch den Einsatz von erosionsresistenten Werkstoffen minimiert werden, was allerdings sehr kostenintensiv ist und zeitlich später zu einer Erneuerung dessen führen kann.

[0010] Die bisherigen Konfigurationen der Lochkörbe und der Dumptubes sind derart, dass es zu einer Nachexpansion kommt, in der es zu einer Vereinigung der Strahlen aus den einzelnen Bohrungen, die als Drosselbohrungen bezeichnet werden können und somit zu einem großen zusammenhängenden Bereich mit Überschallströmung in dem potentiell die Gefahr von Schädigung existiert. Da eine Dissipation des Strahls im Wesentlichen nur am Strahlrand passiert, ist in diesem Fall auch die Eindringtiefe des Strahls sehr groß. Im Fall eines Lochkorbs kann dieser Bereich bis zur gegenüberliegenden Kondensatorwand reichen. Die Erfindung möchte hier Abhilfe schaffen.

[0011] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, bei der die Gefahr von Erosion minimiert ist.

[0012] Dies erfolgt durch eine geschickte Anordnung der Bohrungen, mit der es möglich ist, die Vereinigung der einzelnen Strahlen zu vermeiden.

[0013] Dadurch wird der Bereich, an den die Strahlenergie dissipiert werden kann, um ein Vielfaches vergrößert und somit wird die Eindringtiefe um ein Vielfaches verringert.

[0014] Gelöst wird die Aufgabe daher durch eine Anordnung zur Vergleichmäßigung einer Strömung, wobei die Anordnung ein Gehäuse aufweist, das zum Begrenzen der Strömung ausgebildet ist, wobei das Gehäuse Löcher aufweist, durch die die Strömung als Strahl in einen Raum außerhalb des Gehäuses strömt, wobei der Abstand D der Löcher derart ist, dass in einem Abstand A vom Gehäuse keine Vereinigung von aus zwei benachbarten Löchern herauskommenden Strahlen erfolgt, wobei D = A ist.

[0015] Die Anordnung ist in einem Fall ein Lochkorb und in einem anderen Fall ein Dumptube. Der Abstand D zweier benachbarter Löcher beträgt mindestens 50 mm. Dies ist ein Wert, der empirisch ermittelt wurde und einen optimalen Wert darstellt. Bei diesem Wert von 50 mm ist der Abstand zwischen den einzelnen Bohrungen derart, dass das Bohrungsmuster derart ist, dass es in keinem Betriebspunkt zu einer Strahlvereinigung kommen kann.

[0016] Dadurch ist die Gefahr einer Erosion minimiert.

[0017] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0018] So ist eine erste vorteilhafte Weiterbildung dadurch gegeben, wenn die Löcher als eine von einem Kreisquerschnitt abweichende Bohrung ausgebildet sind. Dabei sollte das Verhältnis von Lochumfang zu Lochquerschnitt maximiert werden, damit auch der Strahlrand maximal wird.

[0019] In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Loch kleeblatt-förmig ausgebildet sein. Bei einer solchen Gestaltung ist das Verhältnis von Lochumfang zu Lochquerschnitt maximal und führt zu einer weiteren Verbesserung.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Löcher in Form einer Lavaldüse auszubilden. Dadurch wird der Effekt erzielt, dass die Expansion in den Überschall nicht unkontrolliert bzw. ungeführt nach der Bohrung passiert. Bei einer Lavaldüse findet eine kontrollierte Expansion auf den Kondensatordruck statt. Dadurch kann das Aufplatzen des Strahls vermieden werden und der maximale Durchmesser des Strahls kann dadurch verkleinert werden. Dadurch kann der mindestens vorzuhaltende Abstand zwischen den Bohrungen verringert werden und somit auch der gesamte Platzbedarf verkleinert werden.

[0021] 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.

[0022] Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0023] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0024] Es zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Kondensators

Figur 2

eine vergrößerte Darstellung eines Teils aus Figur 1

Figur 3

eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Anordnung

Figur 4

eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung

Figur 5

eine perspektivische Darstellung eines Teils der Anordnung

Figur 6

eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Teils der Anordnung

Figur 7

eine Querschnittansicht eines Teils der Anordnung

[0025] Die Figur 1 zeigt einen Kondensator 1. Der Kondensator 1 umfasst ein Kondensatorgehäuse 2 und Kondensatorrohre 3. Durch die Kondensatorrohre 3 strömt ein Kühlmedium. An der Oberfläche der Kondensatorrohre 3 kondensiert der im Kondensatorgehäuse 2 zugeführte Dampf aus einer Niederdruckteilturbine zu Wasser. Die Zuführung des Dampfes aus der Niederdruck-Teilturbine in den Kondensator 1 ist in der Figur 1 nicht näher dargestellt.

[0026] In einem Bypass-Betrieb strömt ein Dampf mit hoher Energie über eine Umleitleitung 4 durch das Kondensatorgehäuse 2 in eine Anordnung 5, die in diesem Fall ein Lochkorb 6 ist. Innerhalb des Kondensators 1 sind Versteifungselemente 7 angeordnet. Die Anordnung 5 umfasst ein Gehäuse 8, das zum Begrenzen der Strömung aus der Umleitleitung 4 ausgebildet ist.

[0027] Das Gehäuse 8 weist Löcher 9 auf. Die Anordnung 5 und das Gehäuse 8 sind derart ausgebildet, dass der Dampf aus der Umleitleitung 4 nur durch die Löcher 9 in den Kondensatorinnenraum strömen kann und ein Ausströmen des Dampfes zwischen Gehäuse 8 und Kondensatorgehäuse 2 nicht möglich ist.

[0028] Die Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Anordnung 5. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform stellt die Anordnung einen Dumptube 10 dar. Der Dumpftube 10 weist ebenfalls ein Gehäuse 8 auf, in dem Löcher 9 angeordnet sind.

[0029] Die Figur 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Anordnung, die als Lochkorb 6 oder als Dumptube 10 ausgebildet sein kann. Zu sehen ist in der Figur 6 ein Teil des Gehäuses 8. Des Weiteren ist ein Loch 9 zentral dargestellt, sowie vier weitere Löcher 9 an den Ecken der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 6. Die Löcher 9 weisen einen Abstand 11 zueinander auf. Dieser Abstand 11 ist derart, dass ein durch das Loch 9 durchströmender Strahl sich nicht gegenseitig vereinigt. Der Abstand 11 sollte daher mindestens 50 mm betragen.

[0030] Die Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Lochs 9a. Das Loch 9a ist als Kleeblatt ausgeführt. Das heißt, dass im Wesentlichen vier kleinere Bohrungen ausgebildet werden, die in der Mitte eine zusammenhängende Bohrung aufweisen. Das Verhältnis von Lochumfang und Lochquerschnitt ist dabei optimal.

[0031] Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform eines Lochs 9. Das Loch 9 ist hierbei als Lavaldüse ausgeführt. Die Strömung 12 erfolgt von links nach rechts.

[0032] 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 (5) zur Vergleichmäßigung einer Strömung, das zum Begrenzen der Strömung ausgebildet ist,
wobei das Gehäuse (8) Löcher (9) aufweist durch die die Strömung als Strahl in einen Raum außerhalb des Gehäuses (8) strömt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand D der Löcher (9) derart ist, dass in einem Abstand A vom Gehäuse (8) keine Vereinigung von aus zwei benachbarten Löchern (9) herauskommenden Strahlen erfolgt, wobei D=A ist.

2. Anordnung (5) nach Anspruch 1,
wobei die Anordnung (5) ein Lochkorb (6) ist.

3. Anordnung (5) nach Anspruch 1,
wobei die Anordnung (5) ein Dumptube (10) ist.

4. Anordnung (5) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei der Abstand D zweier benachbarter Löcher (9) mindestens D = 50 mm beträgt.

5. Anordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Löcher (9) als eine von einem Kreisquerschnitt abweichende Bohrung ausgebildet ist.

6. Anordnung (5) nach Anspruch 5,
wobei das Verhältnis von Lochumfang zu Lochquerschnitt maximiert ist.

7. Anordnung (5) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei das Loch (9) Kleeblatt-förmig ausgebildet ist.

8. Anordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Löcher (9) in Form einer Lavaldüse ausgebildet sind.

9. Kondensator mit einer Anordnung (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Kondensator nach Anspruch 9, wobei die Anordnung (5) mit einer Umleitdampfleitung strömungstechnisch verbunden ist.

Zeichnung