DE2503493C2 - Thermische Turbomaschine, insbesondere Niederdruck-Dampfturbine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine thermische Turbomaschine, insbesondere Niederdruckdampfturbine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Innengehäuse von ein- oder zweiflutigen großen Niederdruckdampfturbinen werden gewöhnlich als ein- oder mehrschalige Konstruktionen ausgeführt. Die Dampfzufuhr erfolgt hierbei von einer Dampfzufuhrquelle, beispielsweise einem Wasserabscheider-Zwischenüberhitzer, über Rohrleitungen durch das Außengehäuse hindurch zu einem Einlaufkanal eines im Innengehäuse der Turbine vorgesehenen Zuströmgehäuses. Dabei ist der Einlaufkanal im Querschnitt beispielsweise trapezförmig oder kreisförmig. Durch « diesen, den ersten Schaufelkranz der Turbine umgebenden und in dessen Richtung offenen Einlaufkanal strömt der Dampf einerseits in Umfangsrichtung, andererseits in radialer Richtung nach innen und versorgt dabei den ganzen ersten Schaufelkranz und damit die ganze Turbine mit di;r notwendigen Dampfmenge. Dabei ist es zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades der Turbine wünschenswert, den Dampf möglichst gleichmäßig zu verteilen und die Strömungsverluste, die mit dem Ausmaß und der Anzahl der Umlenkungen und dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit ansteigen, niedrig zu halten.

Bei einer bekannten Niederdruckdampfturbine ist der Einlaufkanal ringförmig mit entlang des Kanalumfanges konstantem, etwa kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Er kann als torusförmig bezeichnet werden. Die Einströmung des Dampfes in den Einlaufkanal erfolgt über zwei Eintrittsstutzen, die den Dampf im Inneren des Einlaufkanals bei sich kontinuierlich ändernder Strömungsgeschwindigkeit so richten, daß die Hälfte der gesamten zugeführten Dampfmenge gegensinnig zur Drehrichiung der Turbine einströmt, wonach die Leitschaufeln des ersten Schaufelkranzes den Dampf in die genannte Drehrichtung umlenken. Die große Anzahl der notwendigen Umlenkungen der Strömung bis zum Erreichen des Schaufelkanals führt zu Verlusten, die bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ein Mehrfaches der kinetischen Zuströmenergie im Eintrittsstutzen beü-agen können. Aus diesem Grund wird die mittlere Geschwindigkeit im Einlaufkanal klein gehalten, was zu begrenzten Verlusten, jedoch zu übermäßigen Querschnittsabmessungen des Einlaufkanais und der Eintrittsstutzen führt Diese Abmessungen beeinflussen die axiale Baulänge der Maschine, die ausführbare Turbinenleistung, den Materialaufwand, das Gewicht pro Leistungseinheit und die Herstellungskosten der Turbine in ungünstiger Weise.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Turbomaschinen zu vermeiden und eine Turbomaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch zweckmäßige Ausbildung der Einlaufkanäle und der Verbindung der zwei Teile des Zuströmgehäuses bei gleichbleibender Leistung kleinere Abmessungen oder bei gleichbleibenden Abmessungen höhere Einheitsleistungen zu erreichen sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 definierte Erfindung gelöst

Als Vorteile der Turbomaschine nach der Erfindung, im Vergleich mit der erwähnten bekannten Turbomaschine, sind folgende zu erwähnen:

Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums verläuft im ganzen Einlaufkanal gleichsinnig mit der Drehrichtung der Turbomaschine, wodurch die Anzahl und das Ausmaß der notwendigen Umlenkungen bis zum Eintritt in die Beschaufelung in beträchtlichem Maße herabgesetzt sind. Beim Erreichen der Beschaufelung befindet sich der Wert des Anströmwinkels des Arbeitsmediums zwischen Grenzen, die eine Leitschaufelreihe zur Umlenkung des Arbeitsmediums erübrigen. Bei gleicher zuzuführender Arbeitsmediummenge können größere Strömungsgeschwindigkeiten und/oder kleinere Abmessungen der Einlaufkanäle vorgesehen werden.

Die reduzierten Abmessungen der Einlaufkanäle und damit des Zuströmgehäuses und der Eintrittsstutzen ergeben eine reduzierte axiale Baulänge der Turbomaschine und ermöglichen damit eine beträchtliche Vereinfachung der ganzen Konstruktion. So kann beispielsweise das Zuströmgehäuse mit einem die ganze Beschaufelung, ausgenommen die der letzten Stufe, tragenden Schaufelträger aus einem Stück gebaut werden. Durch Unterbringung zweier Anzapfkammern im Inneren dieses Schaufelträgers entfallen die sonst notwendigen Trennwände im Innengehäuse bei gleichzeitiger Entlastung desselben in bezug auf Wärmespannungen. Auch können Ersparnisse bezüglich Materialaufwand, Maschinengewicht und Herstellungskosten erzielt werden.

Wegen der kleineren Abmessungen der Einlaufkanäle und deren kleineren Querschnittsflächen in der Trennebene der Zuströmgehäusehälften, sowie durch eine spezielle Ausbildung der Gehäusepartien im Bereich der Trennebene der beiden Gehäusehälften, sind die Kräfte, die die letzteren voneinander wegdrücken, bedeutend kleiner, so daß weniger Schrauben und/oder kleinere Schraubenquerschnitte zur Verschraubung der genannten Teile genügen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß

ausgebildete Niederdruclcdampfturbine mit zwei Einlaufkanälen mit abnehmenden Querschnitten und den sich aus diesen ergebenden vorteilhaften Konstruktionsdetails, und

Fig.2 einen Radialschnitt durch das Inriengehäuse der Turbine nach Fig. 1 mit den Einlaufkanälen, den Zuströmgehäuseteilen und den Eintrittsrtutzen.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet

Bei der in Fig. 1 in einem Axialschnitt nahe der Trennebene gezeigten Niederdruckdampfturbine besteht das Zuströmgehäuse 1 wie aus F i g. 2 hervorgeht, aus zwei, im Querschnitt etwa sichelförmigen Teilen, die in einer in der Höhe der Turbinenachse befindlichen Trennebene 15 miteinander verbunden sind. Zwei Einlaufkanäle 3 verlaufen im Inneren des Zuströmgehäuses 1 und gehen ineinander über, wobei eine durch deren Spitzen gelegte Ebene 16 mit der Trennebene 15 einen spitzen Winkel 17 einschließt Jeder Einlaufkanal 3 weist einen Einströmabschnitt 3' auf, der in einen gekrümmten Abschnitt 3" übergeht Das Zuströmgehäuse 1 umgibt den ersten Schaufelkranz 4, siehe F i g. 1, und jeder radial nach inner, offene Einlaufkanal 3 versorgt eine Hälfte des Schaufelkranzes 4 mit Dampf. Die Querschnittsflächen 18 des gekrümmten Abschnitts 3" jedes Einlaufkanals 3 sind in dessen Umfangsrichtung nicht konstant, wie dies beim bekannten torusförmigen Einlaufkanal der Fall ist, sondern nehmen in Strömungsrichtung, die mit der Drehrichtung der Turbomaschine gleichsinnig verläuft, derart ab, daß die durchschnittlichen tangentialen Geschwindigkeitskomponenten des Dampfes in Strömungsrichtung mindestens annähernd konstant bleiben. Dabei wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die durch den Einlaufkanal 3 hindurchströmende Dampfmenge in Strömungsrichtung um die durch seinen offenen Teil zum ersten Schaufelkranz 4 radial abgeführte Dampfmenge abnimmt.

Zusätzlich zur Querschnittsänderung variieren in Strömungsrichtung auch die Krümmungsradien bzw. die Krümmungswerte der inneren Umfangsfläche des gekrümmten Abschnittes 3". Insbesondere nehmen die genannten Krümmungsradien in Strömungsrichtung ab und die Krümmungswerte entsprechend zu. Daraus folgt, daß die durchschnittlichen radialen Geschwindigkeitskomponenten des zum Schaufelkranz 4 abgeführten Dampfes im ganzen gekrümmten Abschnitt 3" einen bestimmten Verlauf zeigen, der aber analytisch schwierig zu erfassen ist, da die radiale Strömungskomponente nicht nur zufolge der genannten Krümmung, sondern auch zufolge der Expansion des Dampfes Geschwindigkeitsänderungen erfährt Ideal wäre es, wenn die tangentialen und die radialen Geschwindigkeitskomponenten des Dampfes konstant verliefen, doch ist dies wegen der vorerwähnten Gründe schwierig 7.u erreichen. Durch entsprechende Gestaltung des gekrümmten Abschnittes 3" in Strömungsrichtung könnte ein Verlauf der erwähnten Geschwindigkeitskomponenten gemäß irgendwelcher anderer als zweckmäßig erkannter Funktionen erreicht werden.

Die Querschnittsflächen 18 des gekrümmten Abschnittes 3" weisen je einen in Richtung des Schaufelkranzes 4 offenen, in Strömungsrichtung konstant bleibenden, rechteckigen ersten Flächenabschnitt 19 und einen diesem angeschlossenen, etwa kreissegmentförmigen zweiten Flachenabschnitt 20 auf, der in Strömungsrichtnng abnimmt Diese Formen der Flächenabschnitte 19 und 20 sind jedoch nicht zwingend, vielmehr kann die Wahl der Querschnittsflächen 18 beispielsweise mit Rücksicht auf die räumlichen Gegebenheiten gewählt werden.

In der Trennebene 15 nimmt die Querschnittsfläche 18 die in der Fig. 1 gezeigte Form an und weist eine Größe auf, die kleiner ist als ein Drittel ihrer maximalen Größe. Dies ist besonders wichtig, da daraus bedeutende räumliche Vorteile entstehen und der in der Trennebene 15 notwendige Flansch 21 ohne Schwierigkeiten den für ihn erforderlichen Raum einnehmen kann.

Dies hat auch den Vorteil, daß wegen der im Vergleich mit einem torusförmigen Einlaufkanal in den erfindungsgemäßen Einlaufkanälen 3 herrschenden größeren Dampfgeschwindigkeiten und der aus diesen hervorgehenden kleineren maximalen Querschnittsflächen 18 der gekrümmten Abschnitte 3" die Kräfte, weiche die zwei Teile des Zuströmgehäuses 1 voneinander wegzudrücken bestrebt sind, bedeutend kleiner sind, so daß eine geringere Anzahl von Schrauben und/oder kleiner Schraubenquerschnitte zum Zusammenhalten der Teile des Zuströmgehäuses 1 genügen.

Das Zuströmgehäuse 1 ist mit dem Schaufelträger 22, siehe Fig. 1, aus einem Stück gebaut, das alle Leitschaufeln mit Ausnahme jener der letzten Stufe trägt Zusammen mit den die Leitschaufeln der letzten Stufe tragenden Schaufelträgern 23, 24 sind also insgesamt drei Schaufelträger vorgesehen. Der mittlere Schaufelträger 22 weist in seiner Wand zwei ringförmig ausgebildete Anzapfkammern 25, 26 auf, deren Achsen mit der Turbinenachse zusammenfallen und die vom Innengehäuse 2 unabhängig sind. Die Anzapfkammern 25,26, von denen je eine für jede Flut der Dampfturbine vorgesehen ist, zapfen aus verschiedenen Stufen Dampf ab, so daß in den beiden Kammern unterschiedliche Dampfzustände herrschen. Diese Kammern können im Querschnitt viel kleiner gehalten werden als entsprechende Anzapfkammern bei bekannten Turbinen, so daß eine bedeutende Raumersparnis erzielt wird. Auch können die bei bekannten Turbinen notwendigen Trennwände v/egfallen, wodurch der Einfluß des in den Anzapfkammern 25, 26 vorhandenen Dampfes auf die Festigkeitsbeanspruchung des Innengehäuses 2 vermieden wird.

Die F i g. 2 zeigt ferner je einen mit dem Einströmen jedes Teiles des Zuströmgehäuses 1 gasdicht verbundenen Eintrittsstutzen 27, dessen Bohrung 28 in den Einströmabschnitt 3' des Einlaufkanals 3 übergeht. Das andere Ende des Eintrittsstutzens 27 geht durch das Innengehäuse 2 hindurch und dichtet dabei den einzigen im Innengehäuse 2 vorhandenen Anzapfraum 45, siehe Fig. 1, der seinen Dampf aus dem nach der vorletzten Stufe befindlichen Schaufelkana! entnimmt, gegenüber einem nicht dargestellten, zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Außengehäuse befindlichen Abdampfraum wärmebeweglich ab. Der Eintrittsstutzen 27 weist, wie aus F i g. 2 hervorgeht, die Leitschaufeln 29 auf, die den horizontal einströmenden Dampf in Richtung des Einlaufkanals 3 umlenken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Thermische Turbomaschine, insbesondere Niederdnickdampfturbine, mit einem Zuströmgehäuse mit Anzapfkammern und einem mittleren sowie seitlich davon mindestens je einem weiteren Schaufelträger, welches innerhalb eines Außengehäuses untergebracht ist und mindestens zwei getrennte Teile aufweist, die zwei gleiche, der Zuführung eines Arbeitsmediums zu einem ersten Schaufelkranz dienende Einlaufkanäle begrenzen, wobei jeder Einlaufkanal (3) einen geraden Einströmabschnitt (3') und einen gekrümmten Abschnitt (3") aufweist und zur Speisung eines vorbestimmten Teiles des ersten Schaufelkranzes (4) dient und is gleichsinnig mit der Drehrichtung der Turbomaschine durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (16), in der die Turbinenachse und die Spitzen der beiden Einlaufkanäle (3) liegen, mit der Trennebene (15) zwischen den Teilen des Zuströmgehäuses (1) einen spitzen Winkel (17) bildet.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (3") in der Trennebene (15) zwischen den Teilen des Zuströmgehäuses (1) eine Querschnittsfläche (18) aufweist, die kleiner ist als ein Drittel seiner maximalen Querschnittsfläche.