EINGEHÄUSIGE DAMPFTURBINE MIT ZWISCHENÜBERHITZUNG

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinensystem, insbesondere ein Dampfturbinensystem, und ein Verfahren zum Betreiben des Turbinensystems.

Hintergrund der Erfindung

[0002] In Dampfkraftwerken wird zum Betrieb von Dampfturbinen als Arbeitsmedium Dampf verwendet. Der Wasserdampf wird in einem Dampfkessel erwärmt und strömt über Rohrleitungen in die Dampfturbine. In der Dampfturbine wird die zuvor aufgenommene Energie des Arbeitsmediums in Bewegungsenergie umgewandelt. Mittels der Bewegungsenergie wird ein Generator betrieben, welcher die erzeugte mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Danach strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in einen Kondensator, wo er durch Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher kondensiert und als flüssiges Wasser erneut dem Dampfkessel zum Erhitzen zugeführt wird.

[0003] Um die Effizienz eines Dampfkraftwerks zu erhöhen, wird der Wasserdampf nach einer ersten Turbinenstufe in einem Zwischenüberhitzer zwischenerhitzt, bevor der Wasserdampf einer zweiten Turbinenstufe erneut zugeführt wird. In dem Überhitzer wird der Wasserdampf über seine Verdampfungstemperatur hinaus weiter erhitzt und der folgenden zweiten Turbinenstufe zugeführt. Bei mehrstufigen Dampfturbinen wird zwischen den einzelnen Turbinenstufen eine solche Zwischenüberhitzung des Wasserdampfs durchgeführt. Dies führt zu einer höheren Effizienz, da mittels des überhitzten Wasserdampfs effizienter mechanische Energie in den Turbinenstufen erzeugbar ist.

[0004] Bei der Implementierung von Zwischenüberhitzungssystemen in Dampfturbinen wird das Material der Außenwand insbesondere zwischen den einzelnen Turbinenstufen hoch beansprucht. An der ersten Turbinenstufe wird der kältere Wasserdampf entnommen, dem Zwischenüberhitzer zugeführt und der aufgeheizte Wasserdampf der zweiten Turbinenstufe zugeführt. Dabei treten in der Außenwand im Übergang zwischen der ersten Turbinenstufe und der zweiten Turbinenstufe hohe Temperaturdifferenzen auf. Da das Ende der ersten Turbinenstufe, aus der der kältere Wasserdampf entnommen wird und der Beginn der zweiten Turbinenstufe, in welchem der heiße Wasserdampf aus dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird, eng beieinander liegen, treten hohe thermische Spannungen in der Außenwand auf. Dies kann zu Undichtigkeiten oder zu Rissen in der Außenwand führen. Ferner besteht die Gefahr, dass bei Entnahme des kalten Wasserdampfes aus der ersten Turbinenstufe Nassdampfparameter herrschen und dadurch an der Innenwand des Außengehäuses Kondensat beaufschlagt wird. Das Kondensat kühlt die Innenseite der Außenwand zusätzlich ab. Somit wird die thermische Spannung an der Außenwand erhöht. Die Temperaturen des überhitzten Wasserdampfes werden zur Reduktion der thermischen Spannungen daher abgekühlt, damit der überhitzte Wasserdampf keine schädlichen thermischen Spannungen verursacht. Dies wird üblicherweise in vorgeschalteten Einströmgehäusen durchgeführt. Diese zusätzlichen Einströmgehäuse können allerdings zu Energieverlusten führen.

[0005] Aus der JP 06 185303 ist beispiesweise ein Turbinensystem bekannt, welches eine Reibung-verhindernde Vorrichtung für ein Dampfturbinen-Dichtungsgehäuse (2) beinhaltet. Die Vorrichtung weist eine Rotorwelle (1) auf, welche von Dichtungslamellen (3) umgeben ist, wobei diese auf einen Dichtungsring (2a) angebracht sind. Der Dichtungsring (2a) ist dabei über Stützringe (2b) an das Dichtungsgehäuse (2) radial innen verbunden. Der Dichtungsring (2a) ist mit einer Heizvorrichtung (4) gekoppelt, mittels welcher der Dichtungsring erwärmt werden kann. Sofern die Temperatur eines Hilfsdampfstroms welcher von einem Hilfsdampfkessel bereitgestellt wird zu niedrig ist, wird über das Heizsystem (4) der Dichtungsring (2a) erwärmt, um eine Kontraktion des Dichtungsrings zu vermeiden. Dabei erfolgt das Erwärmen in dem Masse, dass gleichzeitig ein Reiben der Dichtungslamellen (5) mit der Rotorwelle (1) vermieden wird. Zu diesem Zweck weist das Dichtungsgehäuse (2) einen Temperatursensor (5) auf, um die Temperatur des Dichtungsrings konstant zu halten.

Darstellung der Erfindung

[0006] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, thermische Spannungen in einer Außenwand einer Turbine zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch ein Turbinensystem, insbesondere ein Dampfturbinensystem, und ein Verfahren zum Betreiben des Dampfturbinensystems gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

[0007] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Turbinensystem, insbesondere ein Dampfturbinensystem geschaffen. Das Turbinensystem weist eine Turbinenwelle, einen ersten Turbinenbereich und einen zweiten Turbinenbereich auf. Der zweite Turbinenbereich ist in Axialrichtung der Turbinenwelle nach dem ersten Turbinenbereich angeordnet. Ferner weist das Turbinensystem ein Gehäuse mit einer Außenwand, einer ersten Trennwand und einer zweiten Trennwand auf. Die Außenwand weist eine Ausdehnung entlang des ersten Turbinenbereichs und des zweiten Turbinenbereichs in Axialrichtung auf. Die Außenwand verläuft z.B. entlang des ersten Turbinenbereichs und des zweiten Turbinenbereichs im Wesentlichen in Axialrichtung. Die erste Trennwand und die zweite Trennwand sind jeweils mit der Außenwand gekoppelt und weisen jeweils eine radiale Ausdehnung hin zu der Turbinenwelle auf, so dass die erste Trennwand die Ausdehnung des ersten Turbinenbereichs in Axialrichtung eingrenzt und die zweite Turbinenwand die Ausdehnung des zweiten Turbinenbereichs in Axialrichtung eingrenzt. Die erste Trennwand ist von der zweiten Trennwand entlang der Axialrichtung derart beabstandet, dass ein Zwischenraum gebildet ist, welcher zumindest von einem Teil der Außenwand, der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand eingegrenzt ist. Die erste Trennwand ist derart eingerichtet, dass ein erstes Arbeitsmedium mit einem ersten Arbeitsdruck aus dem ersten Turbinenbereich in den Zwischenraum einströmbar ist und wobei die zweite Trennwand derart eingerichtet ist, dass ein zweites Arbeitsmedium mit einem zweiten Arbeitsdruck, welcher z.B. niedriger als der erste Arbeitsdruck sein kann, aus dem zweiten Turbinenbereich in den Zwischenraum einströmbar ist, so dass eine Fluidmischung des ersten Arbeitsmediums und des zweiten Arbeitsmediums in dem Zwischenraum erzeugbar ist, wobei ein erster Massenstrom (m1) des ersten Arbeitsmediums (A1) aufgrund der Ausbildung der ersten Trennwand (111) und ein zweiter Massenstrom (m2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufgrund der Ausbildung der zweiten Trennwand (112) derart einstellbar sind, dass in dem Zwischenraum (104) die Fluidmischung (Fm) einen mittleren Temperaturbereich bezüglich der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) im ersten Turbinenbereich (101) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) im zweiten Turbinenbereich (102) aufweist, und wobei das erste Arbeitsmedium (A1) und das zweite Arbeitsmedium (A2) zu der Fluidmischung (Fm) vermischt werden, so dass dadurch je nach anteiligem Volumen eine bestimmte Fluidtemperatur entsteht, welche den Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufweist.

[0008] Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben des oben beschriebenen Turbinensystems beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird das erste Arbeitsmedium mit dem ersten Arbeitsdruck aus dem ersten Turbinenbereich in den Zwischenraum eingeströmt. Das zweite Arbeitsmedium wird mit dem zweiten Arbeitsdruck, welcher niedriger als der erste Arbeitsdruck ist, aus dem zweiten Turbinenbereich in dem Zwischenraum eingeströmt, so dass eine Fluidmischung des ersten Arbeitsmediums und des zweiten Arbeitsmediums in dem Zwischenraum erzeugt wird, und Einstellen des ersten Massenstroms (m1) des ersten Arbeitsmediums (A1) aufgrund der Ausbildung der ersten Trennwand (111) und des zweiten Massenstroms (m2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufgrund der Ausbildung der zweiten Trennwand (112) derart, dass in dem Zwischenraum (104) die Fluidmischung (Fm) einen mittleren Temperaturbereich bezüglich der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) im ersten Turbinenbereich (101) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) im zweiten Turbinenbereich (102) aufweist, wobei das erste Arbeitsmedium (A1) und das zweite Arbeitsmedium (A2) zu der Fluidmischung (Fm) vermischt werden, so dass dadurch je nach anteiligem Volumen eine bestimmte Fluidtemperatur entsteht, welche den Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufweist.

[0009] In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der erste Arbeitsdruck in dem ersten Turbinenbereich einen höheren Arbeitsdruck als ein zweiter Arbeitsdruck des zweiten Arbeitsmediums auf. Der erste Turbinenbereich kann daher die Hochdruckturbine und der zweite Turbinenbereich die Niederdruckturbine des Turbinensystems bilden.

[0010] Unter dem Begriff "Turbinenbereich" wird beispielsweise eine Turbinenstufe beschrieben. Ein Turbinenbereich beinhaltet beispielsweise funktionale Elemente, wie beispielsweise einen Stator oder einen Bewegungsraum und/oder eine Führung für einen Rotor bzw. einen Turbinenläufer. In einem Turbinenbereich wird ein Energieanteil des Arbeitsmediums in mechanische Energie umgewandelt. Ferner kann in einem Turbinenbereich eine Brennkammer eingerichtet sein.

[0011] Als Arbeitsmedium können beispielsweise Wasserdampf oder auch andere Fluide im gasförmigen Zustand eingesetzt werden. Ferner kann als Arbeitsmedium auch ein beliebiges Fluid im Dampfstadium mit flüssigen und gasförmigen Bestandteilen verstanden werden. Das erste Arbeitsmedium wird als das Arbeitsmedium verstanden, welches den ersten Turbinenbereich durchströmt und in dem ersten Turbinenbereich einen ersten Arbeitsdruck und eine erste Temperatur aufweist. Das zweite Arbeitsmedium wird als dasjenige Arbeitsmedium verstanden, welches den zweiten Turbinenbereich durchströmt und einen zweiten Arbeitsdruck und eine zweite Temperatur aufweist.

[0012] Die Außenwand des Gehäuses wird als diejenige Begrenzung des Gehäuses verstanden, welche insbesondere den größten radialen Abstand zur Turbinenwelle aufweist. Ferner erstreckt sich die Außenwand in Längsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Turbinenwelle. Dabei verläuft die Außenwand entlang des ersten Turbinenbereichs, des zweiten Turbinenbereichs und des Zwischenraums und bildet einen Teil der Mantelfläche des Gehäuses.

[0013] Die Axialrichtung kann als diejenige Richtung verstanden werden, welche entlang der Turbinenwelle von dem ersten Turbinenbereich zu dem zweiten Turbinenbereich verläuft. Die Axialrichtung wird beispielsweise als die Richtung entlang der Turbinenwelle definiert, entlang welcher das Arbeitsmedium von einem ersten Turbinenbereich mit einem hohen Druck zu einem zweiten Turbinenbereich mit einem niedrigeren Druck als im ersten Turbinenbereich strömt.

[0014] Unter dem Begriff "Trennwand" wird eine im Wesentlichen radial verlaufende bzw. eine sich radial ausdehnende Wand verstanden, welche ausgehend von der Außenwand in Richtung Turbinenwelle verläuft. Eine Trennwand grenzt insbesondere einen Turbinenbereich in Axialrichtung ein. Mit anderen Worten wird ein Turbinenbereich in Axialrichtung durch den Bereich definiert, welcher durch zwei Trennwände, welche im Wesentlichen radial verlaufen, eingegrenzt ist. Die erste Trennwand ist insbesondere diejenige Trennwand, welche den ersten Turbinenbereich in Richtung des angrenzenden zweiten Turbinenbereichs begrenzt. Die zweite Trennwand ist diejenige Trennwand des zweiten Turbinenbereichs, welche am nächsten zu der ersten Trennwand angeordnet ist.

[0015] Durch eine Beabstandung der ersten Trennwand in Axialrichtung zu der zweiten Trennwand entsteht der Zwischenraum. Der Zwischenraum ist von der ersten Trennwand, der Außenwand und der zweiten Trennwand eingegrenzt. In radialer Richtung wird der Zwischenraum beispielsweise durch die Turbinenwelle oder durch andere radial angeordnete Elemente begrenzt. Der Zwischenraum unterscheidet sich beispielsweise von den Turbinenbereichen dadurch, dass ein Medium in dem Zwischenraum keine Arbeit verrichtet, so dass keine Energie des Mediums im Zwischenraum in mechanische Energie umgesetzt wird. Der Zwischenraum weist insbesondere keine funktionalen Einbauten, welche an der Energieumwandlung beteiligt sind (z.B. Rotoren, Statoren), auf. Der Zwischenraum kann darüber hinaus auch funktionale Einrichtungen aufweisen, welche nicht direkt an der Energieumwandlung beteiligt sind.

[0016] In den Zwischenraum können durch Vorrichtungen in der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand jeweils das erste Arbeitsmedium und das zweite Arbeitsmedium einströmen. Dadurch entsteht im Zwischenraum die Fluidmischung. Je nach einströmender Masse pro Zeiteinheit (Massenstrom) des ersten Arbeitsmediums und des zweiten Arbeitsmediums in den Zwischenraum entstehen für die Fluidmischung jeweils Mischparameter, wie beispielsweise eine bestimmte Fluidtemperatur und ein bestimmter Fluiddruck, welche das Ergebnis der Mischung der jeweiligen ersten und zweiten Parameter des ersten und zweiten Arbeitsmediums sind. Der Zwischenraum ist insbesondere dadurch gebildet, dass die Fluidmischung in dem Zwischenraum in thermischem Kontakt mit der Außenwand steht, bzw. mit dem Bereich der Außenwand, welcher den Zwischenraum bildet. Somit kann ein Erwärmen bzw. ein Abkühlen der Außenwand durch die Fluidmischung erzeugt werden.

[0017] Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Zwischenraum zwischen dem ersten Turbinenbereich und dem zweiten Turbinenbereich bereitgestellt. Dadurch grenzt der Bereich der Außenwand, welcher entlang des ersten Turbinenbereichs verläuft, nicht länger direkt an dem Bereich der Außenwand an, welcher entlang des zweiten Turbinenbereichs verläuft. Bei einem solchen direkten Übergang des ersten Turbinenbereichs auf den zweiten Turbinenbereich entstehen im Übergang an der Außenwand hohe Temperatursprünge. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen zwischen dem ersten Arbeitsmedium und dem zweiten Arbeitsmedium können daher große Temperatursprünge in dem Übergangsbereich an der Außenwand entstehen, welche zu hohen thermischen Spannungen im Material der Außenwand führen.

[0018] Mit dem erzeugten Zwischenraum gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun das erste Arbeitsmedium und das zweite Arbeitsmedium zu einer Fluidmischung vermischt, so dass dadurch je nach anteiligem Volumen eine bestimmte Fluidtemperatur entsteht, welche insbesondere einen Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur des ersten Arbeitsmediums und der zweiten Temperatur des zweiten Arbeitsmediums aufweist. Dadurch wird im Bereich des Zwischenraums an der Außenwand eine mittlere Temperatur entsprechend der Fluidtemperatur der Fluidmischung eingestellt. Dadurch reduzieren sich an der Außenwand die hohen Temperaturunterschiede zwischen dem ersten Arbeitsmedium im ersten Turbinenbereich und dem zweiten Arbeitsmedium im zweiten Temperaturbereich im Übergangsbereich zwischen dem ersten Turbinenbereich und dem zweiten Turbinenbereich. Somit wird auch die Materialbeanspruchung der Außenwand reduziert. Mit anderen Worten wird aufgrund des Zwischenraums der Temperaturübergang entlang der Außenwand von dem ersten Turbinenbereich zu dem zweiten Turbinenbereich gestreckt bzw. ein größerer Übergangsbereich bereitgestellt.

[0019] Durch die geringeren thermischen Spannungen an der Außenwand im Übergangsbereich wird insbesondere die Materialbeanspruchung der Außenwand reduziert. Ferner werden die thermischen Dehnungen der Außenwand beherrschbarer, so dass geringe Spaltenmaße an der Außenwand eingeplant werden müssen. Dies führt insbesondere dazu, dass die Dichtigkeit des Gehäuses erhöht wird.

[0020] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Außenwand einstückig geformt. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist die Außenwand insbesondere einstückig entlang des ersten Turbinenbereichs, des Zwischenraums und des zweiten Turbinenbereichs ausgebildet. Aufgrund der Verringerung der thermischen Spannungen durch Bilden eines Zwischenraums zwischen dem ersten Turbinenbereich und dem zweiten Turbinenbereich ist eine einstückig geformte Außenwand möglich. Das Material der Außenwand wird aufgrund der reduzierten thermischen Spannungen entlang des ersten Turbinenbereichs und des zweiten Turbinenbereichs durch den dazwischen liegenden Zwischenraum reduziert, so dass beispielsweise keine Dehnungsspalten notwendig sind. Damit kann in ein und demselben Fertigungsvorgang, z.B. in ein und demselben Gießvorgang, die Außenwand gegossen werden, so dass ein kostengünstigeres und schnelleres Herstellverfahren der Außenwand und somit des Gehäuses ermöglicht wird. Ferner fallen Montageschritte weg, welche notwendig wären, um eine Vielzahl von verschiedenen Außenwandteilen zu montieren.

[0021] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind ein erster Massenstrom des ersten Arbeitsmediums aufgrund der Ausbildung der ersten Trennwand und ein zweiter Massenstrom des zweiten Arbeitsmediums aufgrund der Ausbildung der zweiten Trennwand derart einstellbar, dass in dem Zwischenraum die Fluidmischung ein mittlerer Temperaturbereich bezüglich der ersten Temperatur des ersten Arbeitsmediums im ersten Turbinenbereich und der zweiten Temperatur des zweiten Arbeitsmediums im zweiten Temperaturbereich erzeugbar ist. Der mittlere Temperaturbereich umfasst eine Temperatur der Fluidmischung, welche zwischen der Temperatur des ersten Arbeitsmediums und der Temperatur des zweiten Arbeitsmediums liegt. Mit dieser mittleren Fluidtemperatur im Zwischenraum wird entsprechend der Bereich der Außenwand im Zwischenraum temperiert. Somit wird ein schonenderer Temperaturübergang von der ersten Temperatur zu der zweiten Temperatur geschaffen, so dass thermische Spannungen der Außenwand reduziert werden.

[0022] Die Trennwände können aufgrund ihrer Ausbildung die Massenströme dadurch steuern, indem die Trennwände beispielsweise eine Öffnung mit einem vorbestimmten Öffnungsdurchmesser aufweisen. Darüber hinaus können in diese Öffnungen jeweils Steuerventile eingebaut sein, um variabel den ersten Massenstrom bzw. den zweiten Massenstrom zu steuern.

[0023] Ferner kann der erste Massenstrom bzw. der zweite Massenstrom durch die Ausbildung der jeweiligen Trennwand dadurch gesteuert werden, dass eine radiale Ausdehnung der jeweiligen Trennwand von der Außenwand in Richtung Turbinenwelle vorbestimmt ist, so dass sich ein vordefinierter Öffnungsspalt zwischen der Turbinenwelle und der jeweiligen Trennwand bildet. Dementsprechend ist in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die erste Trennwand derart ausgebildet, dass ein erster Spalt zwischen der ersten Trennwand und der Turbinenwelle gebildet ist, so dass das erste Arbeitsmedium von dem ersten Turbinenbereich in den Zwischenraum, insbesondere mit einem vorbestimmten ersten Massenstrom, einströmbar ist. Entsprechend kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform die zweite Trennwand derart ausgebildet sein, dass ein zweiter Spalt zwischen der zweiten Trennwand und der Turbinenwelle gebildet ist, so dass das zweite Arbeitsmedium mit einem vorbestimmten zweiten Massenstrom von dem zweiten Turbinenbereich in den Zwischenraum, einströmbar ist.

[0024] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Turbinensystem ein Dichtelement auf, welches zwischen der ersten Trennwand und/oder der zweiten Trennwand und der Turbinenwelle angeordnet ist, um das Einströmen des ersten Massenstroms oder des zweiten Massenstroms in dem Zwischenraum zu steuern. Das Dichtelement kann insbesondere in dem ersten Spalt und/oder dem zweiten Spalt angeordnet sein, damit ein vorbestimmter erster Massenstrom bzw. ein vorbestimmter zweiter Massenstrom einstellbar ist. Das Dichtelement kann beispielsweise an der Turbinenwelle oder an der jeweiligen Trennwand drehfest angeordnet sein. Das Dichtelement kann einen Dichtungsring oder eine Labyrinthdichtung aufweisen.

[0025] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Außenwand in dem ersten Turbinenbereich eine erste Öffnung zum Ausströmen des ersten Arbeitsmediums aus dem Gehäuse auf. Durch das Ausströmen des ersten Arbeitsmediums aus der ersten Öffnung kann ein bestimmter erster Arbeitsdruck im ersten Turbinenbereich eingestellt werden. Darüber hinaus ist das ausströmende Arbeitsmedium einem Zwischenüberhitzer zuführbar. In dem Zwischenüberhitzer wird beispielsweise bei im Wesentlichen gleichbleibendem erstem Arbeitsdruck die erste Temperatur des ersten Arbeitsmediums erhöht, bis die erste Temperatur dem Wert der zweiten Temperatur entspricht. Mittels einer Zwischenüberhitzung des Arbeitsmediums wird die Effizienz des Turbinensystems erhöht.

[0026] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Außenwand in dem zweiten Turbinenbereich eine zweite Öffnung zum Einströmen des zweiten Arbeitsmediums in das Gehäuse auf. Durch die zweite Öffnung kann beispielsweise das überhitzte zweite Arbeitsmedium einströmen, damit die Effektivität des Turbinensystems erhöht wird. Die zweite Öffnung ist insbesondere derart eingerichtet, dass das zweite Arbeitsmedium von dem Zwischenüberhitzer zuführbar ist. In dem Zwischenüberhitzer wird beispielsweise das erste Arbeitsmedium zugeführt, anschließend überhitzt und als zweites Arbeitsmedium mit der zweiten Temperatur und dem zweiten Arbeitsdruck abgeführt. Das zweite Arbeitsmedium weist im Wesentlichen den gleichen Druck wie der ersten Arbeitsdruck auf, wobei das zweite Arbeitsmedium durch die Zwischenüberhitzung eine deutlich höhere zweite Temperatur im Vergleich zu der ersten Temperatur des ersten Arbeitsmediums aufweist.

[0027] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Außenwand im Bereich des Zwischenraums eine dritte Öffnung auf, aus welcher die Fluidmischung aus dem Gehäuse ausströmbar ist. Durch ein gesteuertes Ausströmen der Fluidmischung aus dem Zwischenraum kann beispielsweise der Fluiddruck in dem Zwischenraum eingestellt werden.

[0028] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Ausströmen der Fluidmischung mittels der dritten Öffnung derart steuerbar, dass ein Fluiddruck der Fluidmischung im Zwischenraum kleiner als der erste Arbeitsdruck des ersten Arbeitsmediums in dem ersten Turbinenbereich und kleiner als der zweite Arbeitsdruck des zweiten Arbeitsmediums in dem zweiten Turbinenbereich ist. Durch die Einstellung des Fluiddrucks der Fluidmischung im Zwischenraum kann darüber hinaus der erste Massenstrom des ersten Arbeitsmediums und der zweite Massenstrom des zweiten Arbeitsmediums eingestellt werden. Je höher das Druckgefälle zwischen dem Fluiddruck und dem ersten Arbeitsdruck bzw. dem zweiten Arbeitsdruck, desto höher ist der erste Massenstrom bzw. der zweite Massenstrom.

[0029] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Turbinensystem ein Steuerventil auf, welches zur Steuerung des Ausströmens der Fluidmischung an die dritte Öffnung gekoppelt ist. Mittels des Steuerventils ist der Fluiddruck einstellbar.

[0030] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Turbinensystem ferner eine Druckkammer auf, welche zur Steuerung des Ausströmens der Fluidmischung an die dritte Öffnung gekoppelt ist. In die Druckkammer ist die Fluidmischung aus dem Zwischenraum einströmbar. Die Druckkammer ist eingerichtet, den Fluiddruck der Fluidmischung in der Druckkammer einzustellen. Abhängig von dem Fluiddruck der Fluidmischung in der Druckkammer kann ebenfalls ein Massenstrom der ausströmenden Fluidmischung eingestellt werden. Somit kann beispielsweise die Druckdifferenz des Fluiddrucks in dem Zwischenraum einerseits und dem ersten Arbeitsdruck bzw. dem zweiten Arbeitsdruck andererseits erhöht oder reduziert werden, womit wiederum den erste Massenstrom und der zweite Massenstrom einstellbar ist.

[0031] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform verläuft die Außenwand in Axialrichtung entlang eines dritten Turbinenbereichs, wobei der dritte Turbinenbereich in Axialrichtung nach dem zweiten Turbinenbereich angeordnet ist. Die Außenwand in dem dritten Turbinenbereich weist eine vierte Öffnung auf, welche mit der dritten Öffnung derart gekoppelt ist, dass die Fluidmischung von außerhalb des Gehäuses in den dritten Turbinenbereich durch die vierte Öffnung einströmbar ist. Mit der beispielhaften Ausführungsform kann insbesondere die Fluidmischung zur weiteren Energieabgabe in den dritten Turbinenbereich eingeströmt werden. Die Fluidmischung, welche zum thermischen Ausgleich der Außenwand zwischen dem ersten und zweiten Turbinenbereich dient, kann somit effizient weiterverarbeitet werden. Damit wird im gesamten Dampfkreislauf des Turbinensystems eine hohe Effizienz erzeugt.

[0032] Der dritte Turbinenbereich kann ferner im Bereich der Einströmung der Fluidmischung durch die vierte Öffnung einen weiteren Zwischenraum aufweisen, so dass die einströmende Fluidmischung den Bereich entlang des weiteren Zwischenraums der Außenwand temperiert. Somit kann dieselbe Fluidmischung thermische Spannungen auch in einem Übergangsbereich der Außenwand zwischen dem zweiten Turbinenbereich und dem dritten Turbinenbereich reduzieren.

[0033] Mit der vorliegenden Erfindung wird an der Außenwand entlang des Zwischenraums eine Trennung des meist kälteren ersten Arbeitsmediums und des zwischenüberhitzten heißeren zweiten Arbeitsmediums geschaffen. Aus dem Zwischenraum wird die im Zwischenraum erzeugte Fluidmischung abgeführt, beispielsweise durch Ankopplung einer Druckkammer an den Zwischenraum, wobei die Fluidmischung in der Druckkammer einen niedrigeren Druck als der Fluiddruck im Zwischenraum aufweist. In dem Zwischenraum stellt sich durch das Einströmen des ersten Arbeitsmediums und des zweiten Arbeitsmediums eine Mischtemperatur ein, womit das Temperaturgefälle zwischen dem meist kälteren ersten Arbeitsmedium und dem meist heißeren zweiten Arbeitsmedium auf eine größere axiale Erstreckung verteilt wird. Somit können z.B. Dichtigkeiten von Trennfugen in den Grenzbereichen der Turbinenbereiche besser eingestellt werden. Darüber hinaus kann ein einstückig geformtes Außengehäuse geschaffen werden, so dass Trennfugen gar unnötig werden können. Ferner kann auf ein zusätzliches Einströmgehäuse zum Reduzieren der Temperatur des überhitzten Wasserdampfes verzichtet werden. Damit sind größere Volumen bzw. Massenströme des Arbeitsmediums beherrschbar, insbesondere, da die Dampfanschlüsse direkt an dem Außengehäuse ohne ein Durchlaufen des zusätzlichen Einströmgehäuses angeschlossen werden können.

[0034] Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0035] Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher beschrieben.

[0036] Die Figur zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Turbinensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen

[0037] Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in der Figur mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in der Figur ist schematisch und nicht maßstäblich.

[0038] Die Figur zeigt ein Turbinensystem 100, insbesondere ein Dampfturbinensystem, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Turbinensystem 100 weist eine Turbinenwelle 105, einen ersten Turbinenbereich 101 und einen zweiten Turbinenbereich 102 auf. Der zweite Turbinenbereich 101 ist in Axialrichtung 106 der Turbinenwelle 105 nach dem ersten Turbinenbereich 101 angeordnet.

[0039] Ferner weist das Turbinensystem 100 ein Gehäuse 110 mit einer Außenwand 113, einer ersten Trennwand 111 und einer zweiten Trennwand 112 auf. Die Außenwand 113 weist eine Ausdehnung entlang der Turbinenwelle 105 auf. Insbesondere verläuft die Außenwand 113 entlang des ersten Turbinenbereichs 101 und des zweiten Turbinenbereichs 102 in Axialrichtung 106. Die erste Trennwand 111 und die zweite Trennwand 112 sind jeweils mit der Außenwand 113 gekoppelt und weisen jeweils eine radiale Ausdehnung hin zu der Turbinenwelle 105 auf, so dass die erste Trennwand 111 die Ausdehnung des ersten Turbinenbereichs 101 in Axialrichtung 106 eingrenzt und die zweite Trennwand 112 die Ausdehnung des zweiten Turbinenbereichs in Axialrichtung eingrenzt.

[0040] Die erste Trennwand 111 ist von der zweiten Trennwand 112 entlang der Axialrichtung 106 derart beabstandet, dass ein Zwischenraum 104 gebildet ist, welcher zumindest von einem Teil der Außenwand 113 der ersten Trennwand 111 und der zweiten Trennwand 112 eingegrenzt ist. Die erste Trennwand 111 ist derart eingerichtet, dass ein erstes Arbeitsmedium A1 mit einem ersten Arbeitsdruck P1 aus dem ersten Turbinenbereich 101 in den Zwischenraum 104 einströmbar ist. Ferner ist die zweite Trennwand 112 derart eingerichtet, dass ein zweites Arbeitsmedium A2 mit einem zweiten Arbeitsdruck P2, welcher beispielsweise niedriger als der erste Arbeitsdruck P1 ist, aus dem zweiten Turbinenbereich 102 in den Zwischenraum 104 einströmbar ist, so dass eine Fluidmischung Fm des ersten Arbeitsmediums A1 und des zweiten Arbeitsmediums A2 in dem Zwischenraum 104 erzeugbar ist.

[0041] Die erste Trennwand 111 und/oder die zweite Trennwand 112 kann beispielsweise einstückig zusammen mit der Außenwand 113 hergestellt werden, insbesondere mittels eines Gießverfahrens. Darüber hinaus kann die erste Trennwand 111 und/oder die zweite Trennwand 112 separat bzw. unabhängig von der Außenwand 113 gefertigt werden und nachträglich, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder mittels Elektronenstrahlschweißens, mit der Außenwand 113 verbunden werden.

[0042] In dem ersten Turbinenbereich 101 befindet sich beispielsweise eine Turbineneinrichtung 130, wie beispielsweise ein Rotor oder ein Stator, über welche das erste Arbeitsmedium A1 Energie abgibt und diese in mechanische Energie umwandelt. Das erste Arbeitsmedium A1 kann durch die erste Trennwand 111 durchströmen. Beispielsweise weist die erste Trennwand 111 eine Durchströmöffnung auf, oder, wie in der Figur dargestellt, einen ersten Spalt 114. Der erste Spalt 114 wird beispielsweise durch den Abstand des radialen Endes der ersten Turbinenwand 111 zur Turbinenwelle 105 definiert. In diesem ersten Spalt 114 kann ein Dichtelement 116, wie beispielsweise eine Labyrinthdichtung, angeordnet sein. Durch die Dimensionierung des Spalts 114 und/oder die Dimensionierung des Dichtelements 116 kann ein erster Massenstrom m1 des ersten Arbeitsmediums A1 in dem Zwischenraum 104 gesteuert werden.

[0043] Entsprechend befindet sich in dem zweiten Turbinenbereich 102 das zweite Arbeitsmedium A2. Zwischen der zweiten Trennwand 112 und der Turbinenwelle 105 ist ein zweiter Spalt 115 bereitgestellt, durch welchen das zweite Arbeitsmedium A2 in den Zwischenraum 104 einströmt. Der zweite Massenstrom M2 des zweiten Arbeitsmediums A2 kann über die Dimensionierung des zweiten Spalts 115 und/oder über ein im zweiten Spalt 115 angeordnetes Dichtelement 116 eingestellt werden.

[0044] In dem Zwischenraum 104 vermischt sich das erste Arbeitsmedium A1 und das zweite Arbeitsmedium A2 zu einer Fluidmischung Fm. Der Fluiddruck Pm der Fluidmischung Fm hängt einerseits von der Größe des ersten Massenstroms m1 und des zweiten Massenstroms m2 ab. Der erste Massenstrom m1 und der zweite Massenstroms m2 hängen wiederum von der Größe des Durchgangs in der ersten Trennwand 111 bzw. der zweiten Trennwand 112 ab und zusätzlich von dem ersten Arbeitsdruck P1 und dem zweiten Arbeitsdruck P2. Zusätzlich hängt der Druck Pm der Fluidmischung Fm davon ab, wie viel Fluidmischung Fm beispielsweise über eine dritte Öffnung 119 aus dem Zwischenraum 104 abströmt.

[0045] Aufgrund der zugeführten ersten und zweiten Massenströme m1, m2 und aufgrund der ersten Temperatur T1 des ersten Arbeitsmediums A1 und der zweiten Temperatur T2 des zweiten Arbeitsmediums A2 wird eine vorbestimmte Fluidtemperatur Tm in dem Zwischenraum 104 eingestellt. Die Fluidmischung Fm überträgt thermische Energie an den Bereich der Außenwand 113, welcher sich in longitudinaler Richtung (Axialrichtung 106) entlang des Zwischenraums 104 erstreckt.

[0046] Beispielsweise herrscht in dem ersten Turbinenbereich 101 ein erster Arbeitsdruck von ungefähr 40-50 bar und eine erste Temperatur von ungefähr 300-400°C. In dem zweiten Turbinenbereich 102 kann über eine zweite Öffnung 118 das überhitzte zweite Arbeitsmedium A2 einströmen. In dem zweiten Turbinenbereich 102 herrscht aufgrund der Parameter des zweiten Arbeitsmediums A2 beispielsweise ein Arbeitsdruck P2 von ca. 35-45 bar und eine zweite Temperatur T2 von ungefähr 500-600°C. Entsprechend wird die Außenwand 113 in dem Bereich des ersten Turbinenbereichs 101 mit der ersten Temperatur T1 und die Außenwand 113 entlang des zweiten Turbinenbereichs 102 mit der zweiten Temperatur T2 aufgeheizt. Durch das Einströmen des ersten Arbeitsmediums A1 und das Einströmen des zweiten Arbeitsmediums A2 in den Zwischenraum 104 stellt sich durch Regelung des ersten Massenstroms m1 und des zweiten Massenstroms m2 eine Fluidtemperatur Tm von ca. 400-500°C ein. Die Fluidtemperatur Tm wird insbesondere so gewählt, dass ungefähr die mittlere Temperatur zwischen der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2 im Zwischenraum 104 eingestellt wird. Ferner stellt sich ein Fluiddruck Pm der Fluidmischung Fm in dem Zwischenraum 104 ein, welcher kleiner ist als der erste Arbeitsdruck P1 und der zweite Arbeitsdruck P2, d.h. ungefähr 30 bis 40 bar. Die Außenwand 113 im Bereich des Zwischenraums 104 wird mit der Fluidtemperatur Tm der Fluidmischung Fm erwärmt. Damit weist die Außenwand 113 entlang des Zwischenraums 104 die entsprechende mittlere Temperatur auf, da die Außenwand 113 entlang des Zwischenraums 104 durch die Fluidmischung temperiert wird. Durch das Einbringen des Zwischenraums 104 ist somit die thermische Spannung in der Außenwand 113 in Axialrichtung 106 reduziert, da kleinere Temperatursprünge entstehen.

[0047] Die Figur zeigt, dass im ersten Turbinenbereich 101 die erste Öffnung 117 angeordnet ist, durch welche das erste Arbeitsmedium A1 ausströmen kann und beispielsweise einer Heizvorrichtung 109 (z.B. Zwischenüberhitzer) zuführbar ist.

[0048] In der Heizvorrichtung 109 wird der erste Arbeitsdruck P1 weitestgehend konstant gehalten, während das erste Arbeitsmedium A1 auf die zweite Temperatur T2 erhitzt wird. Aus der Heizvorrichtung 109 strömt das zweite Arbeitsmedium A2 aus, welches nunmehr die zweite Temperatur T2 aufweist, welche im Allgemeinen höher als die erste Temperatur T1 ist.

[0049] Anschließend wird das zweite Arbeitsmedium A2 durch die zweite Öffnung 118 dem zweiten Turbinenbereich 102 zugeführt. Der zweite Arbeitsdruck P2 des zweiten Arbeitsmediums A2 ist aufgrund von Leitungsverlusten in der Regel etwas geringer als der erste Arbeitsdruck P1 des ersten Arbeitsmediums A1.

[0050] In dem zweiten Turbinenbereich 102 wird Energie des zweiten Arbeitsmediums A2, beispielsweise über die Turbineneinrichtung 130, in mechanische Energie umgesetzt.

[0051] Über die dritte Öffnung 119 strömt die Fluidmischung Fm aus. Zur Steuerung des Ausströmens der Fluidmischung Fm kann ein Steuerventil 107 an die dritte Öffnung 119 gekoppelt sein. Über das Steuerventil 107 wird das Ausströmen gezielt gesteuert, so dass ein vorbestimmter Fluiddruck Pm in dem Zwischenraum 104 herrscht. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass durch ein gezieltes Ausströmen der Fluidmischung Fm aus dem Zwischenraum 104 ein Zuströmen des ersten Arbeitsmediums A1 mit dem ersten Massenstrom M1 und ein Zuströmen des zweiten Arbeitsmediums A2 mit dem zweiten Massenstrom M2 steuerbar ist. Je mehr Fluidmischung Fm durch die dritte Öffnung 119 ausströmt, desto geringer ist der Fluiddruck Pm, wodurch umso mehr von dem ersten Arbeitsmedium A1 und dem zweiten Arbeitsmedium A2 in den Zwischenraum 104 einströmt.

[0052] Alternativ oder zusätzlich zum Steuerventil 107 kann eine Druckkammer 108 an die dritten Öffnung 119 gekoppelt sein. In der Druckkammer 108 wird die Fluidmischung Fm zwischengespeichert und weiterverarbeitet. Ferner kann ebenfalls mittels der Druckkammer 108 ein gezieltes Ausströmen der Fluidmischung Fm durch die dritte Öffnung 119 eingestellt werden.

[0053] Die Fluidmischung Fm kann entweder der Umgebung zugeführt werden oder über eine Leitung durch eine vierte Öffnung 120 in einen dritten Turbinenbereich 103 eingeströmt werden. In diesem dritten Turbinenbereich 103 dient die Fluidmischung Fm als drittes Arbeitsmedium A3, welches einen dritten Arbeitsdruck P3 und eine dritte Temperatur T3 aufweist. In dem dritten Turbinenbereich 103 kann über Turbineneinrichtung 130 dem dritten Arbeitsmedium A3 Energie entzogen werden und in mechanische Energie umgewandelt werden.

[0054] Anstatt direkt in einem dritten Turbinenbereich 103 einzuströmen, kann die Fluidmischung Fm auch einem weiteren Zwischenraum zugeführt werden, welcher beispielsweise zwischen dem zweiten Turbinenbereich 102 und dem dritten Turbinenbereich 103 gebildet wird. Somit kann auch mittels des weiteren Zwischenraums thermische Spannungen an der Außenwand 113 reduziert werden.

[0055] Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Ansprüche

1. Turbinensystem (100) aufweisend
eine Turbinenwelle (105),
einen ersten Turbinenbereich (101),
einen zweiten Turbinenbereich (102), welcher in Axialrichtung (106) der Turbinenwelle (105) nach dem ersten Turbinenbereich (101) angeordnet ist, und
ein Gehäuse (110) mit einer Außenwand (113), einer ersten Trennwand (111) und einer zweiten Trennwand (112),
wobei die Außenwand (113) eine Ausdehnung entlang des ersten Turbinenbereichs (101) und des zweiten Turbinenbereichs (102) aufweist,
wobei die erste Trennwand (111) und die zweite Trennwand (112) jeweils mit der Außenwand (113) gekoppelt sind und jeweils eine radiale Ausdehnung hin zu der Turbinenwelle (105) aufweisen, so dass die erste Trennwand (111) die Ausdehnung des erster Turbinenbereich (101) in Axialrichtung (106) eingrenzt und die zweite Trennwand (112) die Ausdehnung des zweiten Turbinenbereichs (102) in Axialrichtung (106) eingrenzt,
wobei die erste Trennwand (111) von der zweiten Trennwand (112) entlang der Axialrichtung (106) derart beabstandet ist, dass ein Zwischenraum (104) gebildet ist, welcher zumindest von einem Teil der Außenwand (113), der ersten Trennwand (111) der zweiten Trennwand (112) eingegrenzt ist,
wobei die erste Trennwand (111) derart eingerichtet ist, dass ein erstes Arbeitsmedium (A1) mit einem ersten Arbeitsdruck (P1) aus dem ersten Turbinenbereich (101) in den Zwischenraum (104) einströmbar ist und wobei die zweite Trennwand (112) derart eingerichtet ist, dass ein zweites Arbeitsmedium (A2) mit einem zweiten Arbeitsdruck (P2) aus dem zweiten Turbinenbereich (102) in den Zwischenraum (104) einströmbar ist, sodass eine Fluidmischung (Fm) des ersten Arbeitsmediums (A1) und des zweiten Arbeitsmediums (A2) in dem Zwischenraum (104) erzeugbar ist,
wobei ein erster Massenstrom (m1) des ersten Arbeitsmediums (A1) aufgrund der Ausbildung der ersten Trennwand (111) und ein zweiter Massenstrom (m2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufgrund der Ausbildung der zweiten Trennwand (112) derart einstellbar sind, dass in dem Zwischenraum (104) die Fluidmischung (Fm) einen mittleren Temperaturbereich bezüglich der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) im ersten Turbinenbereich (101) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) im zweiten Turbinenbereich (102) aufweist, und
wobei das erste Arbeitsmedium (A1) und das zweite Arbeitsmedium (A2) zu der Fluidmischung (Fm) vermischt werden, so dass dadurch je nach anteiligem Volumen eine bestimmte Fluidtemperatur entsteht, welche den Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufweist.

2. Turbinensystem (100) nach Anspruch 1,
wobei die Außenwand (113) einstückig geformt ist.

3. Turbinensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die erste Trennwand (111) derart ausgebildet ist, dass ein erster Spalt (114) zwischen der ersten Trennwand (111) und der Turbinenwelle (105) gebildet ist, so dass das erste Arbeitsmedium (A1) von dem ersten Turbinenbereich (101) in den Zwischenraum (104) einströmbar ist.

4. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die zweite Trennwand (112) derart ausgebildet ist, dass ein zweiter Spalt (115) zwischen der zweiten Trennwand (112) und der Turbinenwelle (105) gebildet ist, so dass das zweite Arbeitsmedium (A2) von dem zweiten Turbinenbereich (102) in den Zwischenraum (104) einströmbar ist.

5. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend
ein Dichtelement (116), welches zwischen der ersten Trennwand (111) oder der zweiten Trennwand (112) und der Turbinenwelle (105) angeordnet ist, um das Einströmen des ersten Massenstroms (m1) oder des zweiten Massenstroms (m2) in den Zwischenraum (104) zu steuern.

6. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Außenwand (113) in dem ersten Turbinenbereich (101) eine erste Öffnung (117) zum Ausströmen des ersten Arbeitsmediums (A1) aus dem Gehäuse (110) aufweist.

7. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Außenwand (113) in dem zweiten Turbinenbereich (102) eine zweite Öffnung (118) zum Einströmen des zweiten Arbeitsmediums (A2) in das Gehäuse (110) aufweist.

8. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Außenwand (113) im Bereich des Zwischenraums (104) eine dritte Öffnung (119) aufweist, aus welcher die Fluidmischung (Fm) aus dem Gehäuse (110) ausströmbar ist.

9. Turbinensystem (100) nach Anspruch 8,
wobei mittels der dritten Öffnung (119) das Ausströmen der Fluidmischung (Fm) derart steuerbar ist, dass ein Fluiddruck (Pm) der Fluidmischung (Fm) im Zwischenraum (104) kleiner als der erste Arbeitsdruck des ersten Arbeitsmediums (A1) in dem ersten Turbinenbereich (101) und kleiner als der zweite Arbeitsdruck (P2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) in dem zweiten Turbinenbereich (102) ist.

10. Turbinensystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, ferner aufweisend
ein Steuerventil (107), welches zur Steuerung des Ausströmens der Fluidmischung (Fm) an die dritte Öffnung (119) gekoppelt ist.

11. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner aufweisend
eine Druckkammer (108), welche zur Steuerung des Ausströmens der Fluidmischung (Fm) an die dritte Öffnung (119) gekoppelt ist,
wobei in die Druckkammer (108) die Fluidmischung (Fm) aus dem Zwischenraum (104) einströmbar ist, und
wobei die Druckkammer (108) eingerichtet ist, den Fluiddruck (Pm) der Fluidmischung (Fm) in der Druckkammer (108) einzustellen.

12. Turbinensystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
wobei die Außenwand (113) in Axialrichtung (106) entlang eines dritten Turbinenbereichs (103) verläuft, wobei der dritte Turbinenbereich in Axialrichtung (106) nach dem zweiten Turbinenbereich (102) angeordnet ist, und
wobei die Außenwand (113) in dem dritten Turbinenbereich (103) eine vierte Öffnung (120) aufweist, welche mit der dritten Öffnung (119) derart gekoppelt ist, dass die Fluidmischung (Fm) von außerhalb des Gehäuses (110) in den dritten Turbinenbereich (103) durch die vierte Öffnung (120) einströmbar ist.

13. Verfahren zum Betreiben eines Turbinensystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das Verfahren aufweisend
Einströmen des ersten Arbeitsmediums (A1) mit dem ersten Arbeitsdruck (P1) aus einem ersten Turbinenbereich (101) in den Zwischenraum (104),
Einströmen des zweiten Arbeitsmediums (A2) mit dem zweiten Arbeitsdruck (P2) aus dem zweiten Turbinenbereich (102) in den Zwischenraum (104), sodass eine Fluidmischung (Fm) des ersten Arbeitsmediums (A1) und des zweiten Arbeitsmediums (A2) in dem Zwischenraum (104) erzeugt wird, und
Einstellen des ersten Massenstroms (m1) des ersten Arbeitsmediums (A1) aufgrund der Ausbildung der ersten Trennwand (111) und des zweiten Massenstroms (m2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufgrund der Ausbildung der zweiten Trennwand (112) derart, dass in dem Zwischenraum (104) die Fluidmischung (Fm) einen mittleren Temperaturbereich bezüglich der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) im ersten Turbinenbereich (101) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) im zweiten Turbinenbereich (102) aufweist, wobei das erste Arbeitsmedium (A1) und das zweite Arbeitsmedium (A2) zu der Fluidmischung (Fm) vermischt werden, so dass dadurch je nach anteiligem Volumen eine bestimmte Fluidtemperatur entsteht, welche den Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur (T1) des ersten Arbeitsmediums (A1) und der zweiten Temperatur (T2) des zweiten Arbeitsmediums (A2) aufweist.

Claims

1. Turbine system (100) having
a turbine shaft (105),
a first turbine region (101),
a second turbine region (102), which is arranged after the first turbine region (101) in the axial direction (106) of the turbine shaft (105), and
a casing (110) with an outer wall (113), a first partition (111) and a second partition (112),
wherein the outer wall (113) extends along the first turbine region (101) and the second turbine region (102),
wherein the first partition (111) and the second partition (112) are each coupled to the outer wall (113) and each extend radially towards the turbine shaft (105) such that the first partition (111) bounds the extent of the first turbine region (101) in the axial direction (106) and the second partition (112) bounds the extent of the second turbine region (102) in the axial direction (106),
wherein the first partition (111) is spaced apart from the second partition (112) in the axial direction (106) so as to form an interspace (104) which is bounded at least by part of the outer wall (113), the first partition (111) and the second partition (112),
wherein the first partition (111) is set up such that a first working medium (A1) at a first working pressure (P1) can be made to flow from the first turbine region (101) into the interspace (104) and wherein the second partition (112) is set up such that a second working medium (A2) at a second working pressure (P2) can be made to flow from the second turbine region (102) into the interspace (104) so as to be able to generate a fluid mixture (Fm) of the first working medium (A1) and the second working medium (A2) in the interspace (104),
wherein a first mass flow (m1) of the first working medium (A1) can be set on the basis of the design of the first partition (111) and a second mass flow (m2) of the second working medium (A2) can be set on the basis of the design of the second partition (112) such that, in the interspace (104), the fluid mixture (Fm) has an average temperature range with respect to the first temperature (T1) of the first working medium (A1) in the first turbine region (101) and the second temperature (T2) of the second working medium (A2) in the second turbine region (102), and
wherein the first working medium (A1) and the second working medium (A2) are mixed to give the fluid mixture (Fm) such that, thereby, depending on the volume fraction, there results a certain fluid temperature in the temperature range between the first temperature (T1) of the first working medium (A1) and the second temperature (T2) of the second working medium (A2).

2. Turbine system (100) according to Claim 1,
wherein the outer wall (113) is formed in one piece.

3. Turbine system (100) according to Claim 1 or 2,
wherein the first partition (111) is designed such that a first gap (114) is formed between the first partition (111) and the turbine shaft (105), such that the first working medium (A1) can be made to flow from the first turbine region (101) into the interspace (104).

4. Turbine system (100) according to one of Claims 1 to 3,
wherein the second partition (112) is designed such that a second gap (115) is formed between the second partition (112) and the turbine shaft (105), such that the second working medium (A2) can be made to flow from the second turbine region (102) into the interspace (104).

5. Turbine system (100) according to one of Claims 1 to 4, further having,
a sealing element (116) which is arranged between the first partition (111) - or the second partition (112) - and the turbine shaft (105) in order to control the inflow of the first mass flow (m1) or of the second mass flow (m2) into the interspace (104).

6. Turbine system (100) according to one of Claims 1 to 5,
wherein the outer wall (113) in the first turbine region (101) has a first opening (117) for the first working medium (A1) to flow out of the casing (110).

7. Turbine system (100) according to one of Claims 1 to 6,
wherein the outer wall (113) in the second turbine region (102) has a second opening (118) for the second working medium (A2) to flow into the casing (110).

8. Turbine system (100) according to one of Claims 1 to 7,
wherein the outer wall (113) in the region of the interspace (104) has a third opening (119) out of which the fluid mixture (Fm) can be made to flow out of the casing (110).

9. Turbine system (100) according to Claim 8,
wherein the outflow of the fluid mixture (Fm) can be controlled by means of the third opening (119) such that a fluid pressure (Pm) of the fluid mixture (Fm) in the interspace (104) is smaller than the first working pressure of the first working medium (A1) in the first turbine region (101) and smaller than the second working pressure (P2) of the second working medium (A2) in the second turbine region (102).

10. Turbine system (100) according to Claim 8 or 9, further having
a control valve (107) which is coupled to the third opening (119) for the purpose of controlling the outflow of the fluid mixture (Fm).

11. Turbine system (100) according to one of Claims 8 to 10, further having
a pressure chamber (108) which is coupled to the third opening (119) for the purpose of controlling the outflow of the fluid mixture (Fm),
wherein the fluid mixture (Fm) can be made to flow from the interspace (104) into the pressure chamber (108), and
wherein the pressure chamber (108) is set up to set the fluid pressure (Pm) of the fluid mixture (Fm) in the pressure chamber (108).

12. Turbine system (100) according to one of Claims 8 to 11,
wherein the outer wall (113) runs in the axial direction (106) along a third turbine region (103), wherein the third turbine region is arranged after the second turbine region (102) in the axial direction (106), and
wherein the outer wall (113) in the third turbine region (103) has a fourth opening (120) which is coupled to the third opening (119) such that the fluid mixture (Fm) can be made to flow from outside the casing (110) into the third turbine region (103) via the fourth opening (120).

13. Method for operating a turbine system (100) according to one of Claims 1 to 12, the method comprising
making the first working medium (A1) at the first working pressure (P1) flow from the first turbine region (101) into the interspace (104),
making the second working medium (A2) at the second working pressure (P2) flow from the second turbine region (102) into the interspace (104) so as to generate a fluid mixture (Fm) of the first working medium (A1) and the second working medium (A2) in the interspace (104), and
setting the first mass flow (m1) of the first working medium (A1) on the basis of the design of the first partition (111) and setting the second mass flow (m2) of the second working medium (A2) on the basis of the design of the second partition (112) such that, in the interspace (104), the fluid mixture (Fm) has an average temperature range with respect to the first temperature (T1) of the first working medium (A1) in the first turbine region (101) and the second temperature (T2) of the second working medium (A2) in the second turbine region (102), wherein the first working medium (A1) and the second working medium (A2) are mixed to give the fluid mixture (Fm) such that, thereby, depending on the volume fraction, there results a certain fluid temperature in the temperature range between the first temperature (T1) of the first working medium (A1) and the second temperature (T2) of the second working medium (A2).

Revendications

1. Système de turbine (100) présentant
un arbre de turbine (105),
un premier secteur de turbine (101),
un deuxième secteur de turbine (102), qui est agencé après le premier secteur de turbine (101) dans la direction axiale (106) de l'arbre de turbine (105), et
un carter (110) avec une paroi extérieure (113), une première cloison (111) et une deuxième cloison (112),
dans lequel la paroi extérieure (113) présente une extension le long du premier secteur de turbine (101) et du deuxième secteur de turbine (102),
dans lequel la première cloison (111) et la deuxième cloison (112) sont couplées avec respectivement la paroi extérieure (113) et présentent respectivement une extension radiale dirigée vers l'arbre de turbine (105), de sorte que la première cloison (111) limite l'extension du premier secteur de turbine (101) en direction axiale (106) et la deuxième cloison (112) limite l'extension du deuxième secteur de turbine (102) en direction axiale (106),
dans lequel la première cloison (111) est à une distance de la deuxième cloison (112) le long de la direction axiale (106) de telle manière qu'un espace intermédiaire (104) est formé, qui est limité au moins par une partie de la paroi extérieure (113), de la première cloison (111), ou de la deuxième cloison (112),
dans lequel la première cloison (111) est conçue de telle manière qu'un premier milieu de travail (A1) peut être admis dans l'espace intermédiaire (104) avec une première pression de travail (P1) à partir du premier secteur de turbine (101) et dans lequel la deuxième cloison (112) est conçue de telle manière qu'un deuxième milieu de travail (A2) peut être admis dans l'espace intermédiaire (104) avec une deuxième pression de travail (P2) à partir du deuxième secteur de turbine (102), de sorte qu'un mélange de fluide (Fm) du premier milieu de travail (A1) et du deuxième milieu de travail (A2) peut être produit dans l'espace intermédiaire (104),
dans lequel un premier débit massique (m1) du premier milieu de travail (A1) peut être ajusté grâce à la configuration de la première cloison (111) et un deuxième débit massique (m2) du deuxième milieu de travail (A2) peut être ajusté grâce à la configuration de la deuxième cloison (112) de telle manière que, dans l'espace intermédiaire (104), le mélange de fluide (Fm) présente une plage moyenne de température en ce qui concerne la première température (T1) du premier milieu de travail (A1) dans le premier secteur de turbine (101) et la deuxième température (T2) du deuxième milieu de travail (A2) dans le deuxième secteur de turbine (102), et
dans lequel le premier milieu de travail (A1) et le deuxième milieu de travail (A2) sont mélangés pour donner le mélange de fluide (Fm), de telle manière qu'une température de fluide définie est de ce fait créée en fonction du volume en part, ladite température présentant la plage de température comprise entre la première température (T1) du premier milieu de travail (A1) et la deuxième température (T2) du deuxième milieu de travail (A2).

2. Système de turbine (100) selon la revendication 1,
dans lequel la paroi extérieure (113) est formée d'un seul tenant.

3. Système de turbine (100) selon la revendication 1 ou 2,
dans lequel la première cloison (111) est configurée de telle manière qu'un premier écart (114) est formé entre la première cloison (111) et l'arbre de turbine (105), de sorte que le premier milieu de travail (A1) peut être admis dans l'espace intermédiaire (104) à partir du premier secteur de turbine (101).

4. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
dans lequel la deuxième cloison (112) est configurée de telle manière qu'un deuxième écart (115) est formé entre la deuxième cloison (112) et l'arbre de turbine (105), de sorte que le deuxième milieu de travail (A2) peut être admis dans l'espace intermédiaire (104) à partir du deuxième secteur de turbine (102).

5. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
présentant en outre
un élément d'étanchéité (116), qui est agencé entre la première cloison (111) ou la deuxième cloison (112) et l'arbre de turbine (105), afin de réguler l'admission du premier débit massique (m1) ou du deuxième débit massique (m2) dans l'espace intermédiaire (104).

6. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
dans lequel la paroi extérieure (113) présente dans le premier secteur de turbine (101) une première ouverture (117) destinée à un écoulement du premier milieu de travail (A1) hors du carter (110).

7. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
dans lequel la paroi extérieure (113) présente dans le deuxième secteur de turbine (102) une deuxième ouverture (118) destinée à une admission du deuxième milieu de travail (A2) dans le carter (110).

8. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
dans lequel la paroi extérieure (113) présente une troisième ouverture (119) dans le secteur de l'espace intermédiaire (104), à partir de laquelle le mélange de fluide (Fm) peut s'écouler hors du carter (110).

9. Système de turbine (100) selon la revendication 8,
dans lequel l'écoulement du mélange de fluide (Fm) peut être régulé au moyen de la troisième ouverture (119) de telle manière qu'une pression de fluide (Pm) du mélange de fluide (Fm) dans l'espace intermédiaire (104) est inférieure à la première pression de travail du premier milieu de travail (A1) dans le premier secteur de turbine (101) et est inférieure à la deuxième pression de travail (P2) du deuxième milieu de travail (A2) dans le deuxième secteur de turbine (102).

10. Système de turbine (100) selon la revendication 8 ou 9, présentant en outre
une soupape de régulation (107), qui est couplée à la troisième ouverture (119) en vue d'une régulation de l'écoulement du mélange de fluide (Fm).

11. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, présentant en outre
une chambre de pression (108), qui est couplée à la troisième ouverture (119) en vue d'une régulation de l'écoulement du mélange de fluide (Fm),
dans lequel le mélange de fluide (Fm) en provenance de l'espace intermédiaire (104) peut être admis dans la chambre de pression (108), et
dans lequel la chambre de pression (108) est conçue pour ajuster la pression de fluide (Pm) du mélange de fluide (Fm) dans la chambre de pression (108).

12. Système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 8 à 11,
dans lequel la paroi extérieure (113) passe le long d'un troisième secteur de turbine (103) en direction axiale (106), dans lequel le troisième secteur de turbine est agencé après le deuxième secteur de turbine (102) dans la direction axiale (106), et
dans lequel la paroi extérieure (113) présente dans le troisième secteur de turbine (103) une quatrième ouverture (120) qui est couplée avec la troisième ouverture (119) de telle manière que le mélange de fluide (Fm) en provenance de l'extérieur du carter (110) peut être admis dans le troisième secteur de turbine (103) à travers la quatrième ouverture (120).

13. Procédé d'exploitation d'un système de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, ledit procédé présentant les étapes consistant à
admettre le premier milieu de travail (A1) dans l'espace intermédiaire (104) avec la première pression de travail (P1) à partir d'un premier secteur de turbine (101),
admettre le deuxième milieu de travail (A2) dans l'espace intermédiaire (104) avec la deuxième pression de travail (P2) à partir du deuxième secteur de turbine (102), de telle manière qu'un mélange de fluide (Fm) du premier milieu de travail (A1) et du deuxième milieu de travail (A2) est produit dans l'espace intermédiaire (104), et
ajuster le premier débit massique (m1) du premier milieu de travail (A1) grâce à la configuration de la première cloison (111) et ajuster le deuxième débit massique (m2) du deuxième milieu de travail (A2) grâce à la configuration de la deuxième cloison (112) de telle manière que, dans l'espace intermédiaire (104), le mélange de fluide (Fm) présente une plage moyenne de température en ce qui concerne la première température (T1) du premier milieu de travail (A1) dans le premier secteur de turbine (101) et la deuxième température (T2) du deuxième milieu de travail (A2) dans le deuxième secteur de turbine (102), dans lequel le premier milieu de travail (A1) et le deuxième milieu de travail (A2) sont mélangés pour donner le mélange de fluide (Fm) de telle manière qu'une température de fluide définie est de ce fait créée en fonction du volume en part, ladite température présentant la plage de température comprise entre la première température (T1) du premier milieu de travail (A1) et la deuxième température (T2) du deuxième milieu de travail (A2).

Zeichnung