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1. (WO2019048184) STEAM TURBINE WITH BLEEDING CHAMBER
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Beschreibung

Dampfturbine mit Anzapfkammer

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine, umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Innengehäuse, ein um das Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse, einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ausgebildeten Strömungskanal, einen Einströmbereich zum Einströmen von Dampf in den Strömungskanal, einen Ausströmbereich zum Ausströmen von Dampf aus dem Strömungskanal, eine Anzapfkammer, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ausgebildet ist, eine Anzapfung, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und der Anzapfkammer herstellt.

Dampfturbinen als Ausführungsform einer Strömungsmaschine weisen in der Regel mehrere Teilturbinen auf, die in Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Teilturbinen aufgeteilt werden. Die Aufteilung erfolgt anhand thermodynamischen Überlegungen. Wesentliche Bauteile einer Dampfturbine sind ein um eine Drehachse drehbar gelagerter Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Innengehäuse und ein um das Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. Dieser Strömungskanal weist am Innengehäuse angeordnete Leitschaufeln und am Rotor angeordnete Laufschaufeln auf. Ein in diesen Strömungskanal strömender Dampf strömt an den Leit- und Laufschaufeln vorbei. Die thermische Energie des Dampfes wird hierbei in mechanische Energie des Rotors umgewandelt. Die mechanische Rotationsenergie des Rotors wird in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Es existieren Ausführungsformen von Dampfturbinen, die mit sogenannten Anzapfungen ausgebildet sind. Mit diesen Anzapfungen ist es möglich, einen Dampf aus dem Strömungskanal zu entnehmen und zu anderen Zwecken zu verwenden. Beispielsweise kann solch ein entnommener Anzapfdampf zum Vorwärmen von Speisewasser verwendet werden. In der Regel wird dazu eine Anzapfung im Innengehäuse ausgebildet, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und einer Anzapfkammer herstellt, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ausgebildet ist.

Der Druck in dieser Anzapfkammer führt zu mechanischen Belastungen der Dampfturbine, insbesondere des Außengehäuses. Sofern das Außengehäuse in einer axialen Richtung aufgeteilt ausgebildet ist, wirken Kräfte, hervorgerufen durch den Druck in der Anzapfkammer, auf das Außengehäuse. Die Werkstoffe und die Verbindungselemente wie z. B. Schrauben müssen daher geeignet ausgewählt werden.

Die Erfindung möchte hier Abhilfe schaffen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine anzugeben, bei der die mechanischen Belastungen, hervorgerufen durch den Anzapfdampf, möglichst gering sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, ganz insbesondere eine Hochdruckdampfturbine, die für Dampf mit einer Frischdampftemperatur von über 500°C ausgebildet ist, umfassend einen drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes Innengehäuse, ein um das Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse, einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ausgebildeten Strömungskanal, einen Einströmbereich zum Einströmen von Dampf in den Strömungskanal, einen Ausströmbereich zum Ausströmen von Dampf aus dem Strömungskanal, eine Anzapfkammer, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ausgebildet ist, eine Anzapfung, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und der Anzapfkammer herstellt, wobei das Außengehäuse einen ersten Dichtringvorsprung und einen zweiten Dichtringvorsprung aufweist, die dichtend um das Innengehäuse angeordnet sind und die Anzapfkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtringvorsprung ausgebildet ist, wobei das In- nengehäuse mit einem ringförmigen Vorsprung in dem durch den Gehäusevorsprung und dem zweiten Dichtringvorsprung gebildeten umlaufenden Ringraum liegt und durch einen eingeschraubten Gewindering in axialer Richtung fixiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .

Mit der Erfindung wird somit das Ziel verfolgt, die Druckkraft , hervorgerufen durch den Anzapfdampf in der Anzapfkammer, auf das Außengehäuse zu minimieren. Dies wird erreicht, indem erfindungsgemäß eine Anzapfkammer ausgebildet wird, die in axialer Richtung durch das Außengehäuse begrenzt ist. Dies wird erreicht, indem das Außengehäuse dichtend über einen ersten Dichtringvorsprung und einen zweiten Dichtringvorsprung am Innengehäuse anliegt und zwischen dem ersten Dichtringvorsprung und dem zweiten Dichtringvorsprung eine Anzapfkammer ausgebildet ist. Diese Anzapfkammer ist über eine Anzapfung strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden und wird mit einem Anzapfdampf beströmt. Dadurch, dass in axialer Richtung diese Anzapfkammer durch das Außengehäuse selbst begrenzt wird, wirken keine durch den Anzapfdruck hervorgerufenen zusätzlichen axialen Kräfte auf die Verschrau-bung des Außengehäuses, sodass eine Dimensionierung der betroffenen Baugruppen für diese zusätzlichen Kräfte vermieden wird .

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.

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

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.

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

Es zeigen:

Figur 1 eine Querschnittansicht einer Dampfturbine im Topfdesign gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2 eine Querschnittansicht einer Dampfturbine im Topfdesign gemäß der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt eine Querschnittansicht einer als Dampftur-bine 1 ausgebildeten Strömungsmaschine. Insbesondere zeigt die Figur 1 eine Querschnittansicht einer Hochdruck-Dampfturbine, die für Dampf mit einer Frischdampftemperatur von über 500°C ausgebildet ist. Die Dampfturbine 1 weist einen um eine Rotationsachse 2 drehbar gelagerten Rotor 3 auf. An einer Oberfläche 4 des Rotors 3 sind Laufschaufeln 5 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Laufschaufei mit dem Bezugszeichen 5 versehen. Um den Rotor 3 ist ein Innengehäuse 6 angeordnet. An einer inneren Oberfläche 7 des Innengehäuses 6 sind Leitschaufeln 8 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Das Innengehäuse 6 umfasst ein Innengehäuse-Oberteil 6a und ein Innengehäuse-Unterteil 6b, welches in der Figur 1 nicht näher dargestellt ist. Das Innengehäuse-Oberteil 6a ist über eine nicht näher dargestellte Teilfuge mit dem Innengehäuse-Unterteil 6b kraftschlüssig verbunden, wobei die Teilfuge im Zusammengebauten Zustand horizontal, vertikal oder in jeder beliebigen anderen um die Rotationsachse 2 verdrehten Lage angeordnet sein kann.

Um das Innengehäuse 6 ist ein Außengehäuse 9 angeordnet. Das Außengehäuse 9 umfasst ein in axialer Richtung geteiltes Außengehäuse-Vorderteil 9a und ein Außengehäuse-Hinterteil 9b. Das Außengehäuse-Vorderteil 9a wird mittels einer Schraubbefestigung 10 mit dem Außengehäuse-Hinterteil 9b verbunden. Das Außengehäuse 9 ist somit als ein sogenanntes Topfgehäuse ausgebildet.

Am äußeren Umfang des Innengehäuses 6 ist ein ringförmiger Anlegevorsprung 11 ausgebildet. Der ringförmige

Anlegevorsprung 11 ist in einer Querschnittansicht gesehen im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und ist zwischen einem Gehäusevorsprung 12 des Außengehäuses 9und einem in das Außengehäuse eingeschraubten Gewindering 16 axial im Außengehäuse fixiert, wobei der Gewindering 16 ein äußeres Gewinde 17 aufweist, das in ein inneres Gewinde 18 des Außengehäuse-Vorderteils 9a eingreift.

Zwischen dem Anlegevorsprung 11 und dem Gehäusevorsprung 12 ist eine Dichtung 13 angeordnet. Diese soll verhindern, dass ein in einem Dampfräum 14, der sich zwischen dem Außengehäu-se-Vorderteil 9a und dem Innengehäuse 6 befindet, befindlicher Dampf entlang einer axialen Richtung in Richtung eines Ausströmbereichs 15 strömt.

Zwischen dem Rotor 3 und dem Innengehäuse 6 ist ein Strö-mungskanal 19 ausgebildet. Durch den Strömungskanal 19 strömt ein Dampf mit einer thermischen Energie. Die thermische Energie des Dampfes wird dabei in mechanische Rotationsenergie des Rotors 3 umgewandelt.

In einem Dampfeinströmbereich (nicht dargestellt) strömt der Dampf, der Temperaturen von über 500 °C und einen Druck von über 300bar aufweisen kann, in den Strömungskanal. Der aus dem Strömungskanal ausströmende Dampf strömt in den

Ausströmbereich 15 und weist dort eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck auf. Nach einer Anzapfstufe 20 ist eine Anzapfung 21 ausgebildet. Die Anzapfung 21 stellt eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungska-nal 19 und einer Anzapfkammer 22 her. Diese Anzapfkammer 22 wird gebildet durch einen ersten Dichtringvorsprung 23, der integral aus dem Außengehäuse-Hinterteil 9b ausgebildet ist und über eine Dichtung 24 an einer äußeren Umrandung 29 des Innengehäuses 6 dichtend anliegt. Die Dichtung 24 verhindert eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem

Ausströmbereich 15 und der Anzapfkammer 22. Des Weiteren wird die Anzapfkammer 22 begrenzt durch eine innere Oberfläche 26 des Außengehäuse-Hinterteils 9b. Des Weiteren wird in axialer Richtung die Anzapfkammer 22 begrenzt durch eine Begrenzungs-fläche 27, die integral mit dem ringförmigen Anlegevorsprung 11 ausgebildet ist. Die Begrenzungsfläche 27 ist gegenüber des Gehäusevorsprungs 12 angeordnet. Abgedichtet wird dieser Raum mit Dichtungen 13 und 33In der Anzapfkammer 22 ist demnach auch der Gewindering 16 angeordnet. Der Dampf aus dem Strömungskanal 19 kann über die Anzapfung 21 in die Anzapfkammer 22 strömen. Der Druck des Dampfes in der Anzapfkammer 22 ist größer als der Druck des Dampfes in dem

Ausströmbereich 15. Daraus resultiert eine Kraft, die auf das Außengehäuse-Hinterteil 9b wirkt und die Schraubbefestigung 10 zusätzlich mechanisch belastet.

In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführung der

Dampfturbine 1 dargestellt. Die Figur 2 zeigt eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Dampfturbine 1. Das Au-ßengehäuse-Hinterteil 9b wird hierbei gegenüber dem Außengehäuse-Vorderteil 9b gemäß dem Stand der Technik (siehe Figur 1) modifiziert. Das Außengehäuse-Hinterteil 9b wird mit einem zweiten Dichtringvorsprung 28 ausgebildet. Der zweite Dichtringvorsprung 28 ragt hierbei bis an den Umfang 25 des Innen-gehäuses 6 ran. Zwischen dem zweiten Dichtringvorsprung 28 und dem Innengehäuse 6 ist eine weitere Dichtung 29 angeordnet. Die Anzapfkammer 22 wird erfindungsgemäß nunmehr durch den ersten Dichtringvorsprung 23 und dem zweiten Dichtring- vorsprung 28 begrenzt. Somit ist die Anzapfkammer 22 zwischen dem ersten Dichtringvorsprung 23 und dem zweiten Dichtring-vorsprung 28 ausgebildet.

In axialer Richtung gesehen ist vor der Anzapfkammer 22 ein Gewinderingraum 30 ausgebildet. Dieser Gewinderingraum 30 ist über eine oder mehrere Ausgleichsleitung (en) 31 strömungstechnisch mit dem Ausströmbereich 15 verbunden, wodurch sich im Ringraum 30 immer näherungsweise der gleiche Druck wie in dem Ausströmbereich 15 einstellt, selbst wenn in einem Schadensfall oder ähnlichen Fall Dampf am Anlegevorsprung 11 in den Ringraum 30 vorbeiströmt. Daher ist dadurch Vorkehrung getroffen worden, die in dem vorgenannten Schadensfall einen unkontrollierten Druckanstieg im Ringraum 30 ausschließt.

Des Weiteren ist eine zweite Ausgleichsleitung 32 im zweiten Dichtringvorsprung 28 angeordnet, der eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Anzapfkammer 22 und dem Gewinderingraum 30 herstellt. Die Wirkung der Ausgleichsleitung 32 kann folgendermaßen beschrieben werden: Es ist möglich, dass bei einem Weglassen der Ausgleichsleitung 32 sich im Betrieb Temperaturschichten im Gewinderingraum 30 ausbilden, die zu unterschiedlichen thermischen und mechanischen Belastungen des Außengehäuses 9 und des Innengehäuses 6 führen. Durch die zweite Ausgleichsleitung (en) 32 wird eine Zwangsströmung erreicht, wobei durch die gegenüber der ersten Ausgleichsleitung 31 kleinen Abmessungen der zweiten Ausgleichsleitung sichergestellt wird, dass lediglich ein vergleichsweise kleiner Volumenstrom des Dampfes aus der Anzapfkammer 22 in den Ge-winderingraum 30 strömt und der Druck im Gewinderingraum 30 näherungsweise identisch zu dem Druck im Ausströmbereich 15 bleibt. Durch die geschickte Anordnung einer oder mehrerer Ausgleichsleitung (en) 32 wird sozusagen die Ausbildung von Temperaturschichten in dem Ringraum 30 verhindert.

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