Anordnung zur Aufteilung eines Massenstroms in zwei

Teilmassenströme

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufteilung eines Massenstromes in zwei Teilmassenströme. In Strömungsmaschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen strömt ein Strömungsmedium (z.B. Dampf) über eine Frischdampfleitung in einen Frischdampfteinlass der Dampfturbine. In dieser Frischdampfleitung sind in der Regel ein Stellventil zum Regeln des Hauptmassenstromes und ein Schnellschluss- ventil zum schnellen Schließen der Dampfleitungen bei beispielsweise einem Störfall. Die thermische Energie des Damp ^¬ fes wird in der Dampfturbine in mechanische Energie des Ro ^¬ tors umgewandelt. Im Dauerbetrieb strömt Dampf über die

Frischdampfleitung in die Dampfturbine. Es sind allerdings auch Betriebsweisen bekannt, bei der eine Leistungssteigerung der Dampfturbine wünschenswert ist. Eine Leistungssteigerung der Dampfturbine ist möglich, wenn ein Zusatzmassenstrom über ein weiteres Ventil in die Dampfturbine strömt. Dieser Zu- satzmassenstrom wird nicht in die Frischdampfeinströmöffnung der Dampfturbine, sondern stromabwärts zwischen zwei Turbi ^¬ nenschaufelstufen eingeströmt.

Allerdings besteht hierbei die Gefahr, dass der Zusatzmassen ^¬ strom zu zu großen Kräften auf den Rotor führt. Daher wird der Zusatzmassenstrom nach dem Ventil auf zwei Rohrleitungen aufgeteilt. Bei der Aufteilung des Zusatzmassenstromes in zwei Teilmassenströme besteht die Gefahr, dass das Strömungs ^¬ feld im Bereich der Aufteilung auf die beiden Rohrleitungen instationär ist und dadurch periodische Anregungen in den Rohrleitungen erfolgen. Diese Anregungen können zu unerwünschten Rotorschwingungen führen. Um diese Schwingungen zu vermeiden, wäre es möglich, jeweils ein Ventil pro Rohrleitung zu verwenden. Diese Variante ist jedoch vergleichsweise kostspielig. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, ei ^¬ nen Massenstrom in zwei Teilmassenströme aufzuteilen, wobei die Gefahr von Schwingungen minimiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben . Der Vorteil der Erfindung ist, dass die Anordnung einen Strömungsteil darstellt, der eine ankommende komplexe Massenströ ^¬ mung in zwei homogene Teilmassenströme aufteilt. Die Aufspal ^¬ tung der Massenströmung in dem Strömungsteiler nach dem Ventil sollte möglichst derart erfolgen, dass es zu geringen Se- kundärströmen kommt. Des Weiteren sollten Totwassergebiete im Staupunkt vermieden werden. Des Weiteren bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Strömung so hohe Geschwindigkeiten aufweist, dass Druckverluste im Strömungsteiler auftreten, um die Strömung zu stabilisieren. Wesentlich in der Erfindung ist, dass der Massenstrom in zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird. Die Umlenkung des Massenstromes erfolgt über je zwei Umlenkungen in die erste Teilleitung und in die zweite Teilleitung, wobei die Umlenkung in einer ersten Ausführung 90° betragen .

In einer vorteilhaften Weiterbildung können die Umlenkungen +/- 45° von der 90° Umlenkung abweichen.

Des Weiteren können die Umlenkungen asymmetrisch ausgebildet sein. Das bedeutet, dass ein erster Teilmassenstrom beispielsweise um 90° und der zweite Teilmassenstrom beispiels ^¬ weise um 80° abgelenkt wird. Die Querschnittsfläche A der Hauptleitung teilt sich auf zwei Querschnittsflächen B und C der ersten Teilleitung und der zweiten Teilleitung. Die Querschnittsflächen B und C weisen jeweils eine Querschnittsfläche von 30% - 120% der

Querschnittsfläche A auf.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Querschnitte B und C rund, eckig mit Abrundungen oder elliptisch ausgeführt. Die Umlenkung der Hauptleitung in die Y-förmigen erste Teilleitung und zweite Teilleitung erfolgt über einen

Verrundungsradius , der möglichst klein gehalten werden soll.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Aufteilung des Verrundungsradius in zwei hintereinanderliegenden Radien, verbunden mit einem geraden Stück ausgebildet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Anordnung eine Aufwölbung auf, wobei die Aufwölbung an der Stelle angeordnet ist, an der der Massenstrom ankommt.

Mit dieser Erfindung ist es möglich, eine signifikante Verminderung der Strömungsinstabilität zu erhalten. Dabei werden Pulsationen bei der Umlenkung minimiert.

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 Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbei- spiel nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung 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 schematische Darstellung der Anordnung,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Leitungs ^¬ querschnittes .

Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1. Diese Anordnung 1 wird benutzt um einen Massenstrom 2 in einen ersten Teilmassenstrom 3 und einen zweiten Teilmassenstrom 4 aufzuteilen. Der Massenstrom 2 ist beispielsweise ein Zusatz- dampfmassenstrom, der zur Leistungssteigerung einer Dampfturbine benötigt wird, wobei der erste Teilmassenstrom 3 und der zweite Teilmassenstrom 4 stromabwärts in der Dampfturbine zwischen zwei Turbinenstufen eingeströmt wird. Der Massenstrom 2 strömt in einer ersten Hauptleitung 5. Diese Hauptleitung 5 weist einen Eintrittsquerschnitt mit der Querschnittsfläche A auf. Des Weiteren weist die Hauptleitung 5 eine Breite D auf. Die Hauptleitung 5 teilt sich in eine erste Teilleitung 6 und in eine zweite Teilleitung 7 auf. Da- durch ist die Anordnung 1 Y-förmig ausgebildet. Der Massenstrom 2 wird dadurch in einen ersten Teilmassenstrom 3 abgelenkt, der durch die erste Teilleitung 6 strömt und in einen zweiten Teilmassenstrom 4 abgelenkt, der durch die zweite Teilleitung 7 strömt. Die Hauptleitung 5 und die erste Teil- leitung 6 sind unter einem Winkel zueinander ausgebildet. Der Winkel beträgt hierbei 90°. In alternativen Ausfüh ^¬ rungsformen kann der Winkel = 90° um +/- 45° variieren.

Des Weiteren wird der Massenstrom 2 in der Hauptleitung 5 in die zweite Teilleitung 7 abgelenkt, wobei zwischen der Haupt ^¬ leitung 5 und der zweiten Teilleitung 7 ein Winkel ß ausgebildet ist. Der Winkel ß weist einen Wert von 90° auf. In al- ternativen Ausführungsformen kann der Winkel ß Werte zwischen 45° und 135° annehmen.

Die Anordnung 1 muss nicht zwingend symmetrisch ausgebildet sein, das bedeutet, dass Φ ß sein kann.

Der erste Teilmassenstrom 3 strömt durch die erste Teillei ^¬ tung 6 durch eine Eintrittsquerschnittsfläche B. Die zweite Teilleitung 7 weist eine Eintrittsquerschnittsfläche C auf. Die Eintrittsquerschnittsfläche B und

Eintrittsquerschnittsfläche C weisen jeweils eine

Querschnittsfläche von 30% bis 120% der

Eintrittsquerschnittsfläche A auf. Die Querschnitte der Hauptleitung 5, der ersten Teilleitung 6 und der zweiten Teilleitung 7 sind entweder rund, eckig mit Abrundungen oder elliptisch ausgeführt.

Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine eckige Querschnittsfläche mit Abrundungen.

Die eckige Querschnittsfläche weist eine Breite D auf und ei ^¬ nen Radius r. Es gilt 0,1 -S r/D < 0,5. Der Übergang von der Hauptleitung 5 zur ersten Teilleitung 6 und/oder zweiten Teilleitung 7 ist durch einen

Verrundungsradius R charakterisiert. Dabei gilt R/D > 0,1. Dieser Wert sollte möglichst klein gehalten werden. In alternativen Ausführungsformen kann der Radius in zwei

hintereinanderliegende Radien aufgeteilt werden, die mit ei ^¬ nem geraden Stück verbunden sind (in Figur 1 nicht dargestellt) .

In der Mitte 8 zwischen der ersten Teilleitung 6 und der zweiten Teilleitung 7 ist eine Aufwölbung 9 angeordnet. Diese Aufwölbung 9 hat eine Höhe F von 0,1 < F/E < 2. E ist hierbei die mittlere lichte Weite beider Austrittsstut ^¬ zen der ersten Teilleitung 6 und der zweiten Teilleitung 7.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert wird und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarte Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.