Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung eines

Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich

temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses, insbesondere eines Dampfturbinengehäuses . Ferner betrifft die Erfindung eine Turbine, insbesondere Dampfturbine mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen des Turbinengehäuses sowie ein Verfahren zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses.

Insbesondere beim Herunterfahren von Turbinen, speziell bei Dampfturbinen, kommt es häufig zu einer ungleichmäßigen

Abkühlung des Turbinengehäuses. Im Bereich der Dampfanzapfung bzw. der Dampfentnähme kommt es insbesondere auf Grund der großen Öffnungen zu einem schnelleren Abkühlen dieses

Dampfturbinenabschnittes als in den Bereichen, in denen eine größere Massenanhäufung z. B. auf Grund von zusätzlich angebrachten Ventilgehäusen vorhanden ist. Durch die

unterschiedlich schnelle Abkühlung der einzelnen

Gehäusebereiche besteht die Gefahr von

Turbinengehäuseverkrümmungen . Die Gehäuseverkrümmungen müssen jedoch so minimal wie möglich gehalten werden, da ansonsten die Gefahr einer Spielüberbrückung besteht, wodurch es dann im Folgenden zu AnstreifSchäden zwischen den Turbinenblättern und dem Turbinengehäuse/Dichtungen kommen kann. Um die

Gehäuseverkrümmung möglichst gering zu halten, werden derzeit elektrische Heizmatten verwendet, die dafür sorgen, dass es zu einer langsameren Abkühlung der schneller abkühlenden Gehäuseabschnitte kommt. Die elektrischen Heizmatten haben jedoch einen sehr hohen Energiebedarf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Vermeidung von Gehäuseverkrümmungen bereit z stellen, die einen niedrigeren Energiebedarf aufweist.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine bereit zu stellen, welche eine Vorrichtung zur

Vermeidung von Gehäuseverkrümmungen aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen

unterschiedlich temperierten

Gehäusebereichen/Gehäuseabschnitten bereit zu stellen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 erfüllt.

Hinsichtlich der Turbine wird die Erfindung durch die

Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 10 und hinsichtlic des Verfahrens durch die Merkmale des unabhängigen

Patentanspruchs 11 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sin Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses, insbesondere eines Dampfturbinengehäuses , zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung wenigstens eine Rohrleitung umfasst, die

mittelbar oder unmittelbar in Kontakt mit wenigstens 2 unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen des

Turbinengehäuses steht und die mit einer Flüssigkeit

durchströmbar ist. Durch das Durchströmen der Flüssigkeit durch die Rohrleitung, nimmt die Flüssigkeit im wärmeren Gehäusebereich Wärmeenergie auf und gibt diese anschließend an den kühleren Gehäusebereich ab. Hierdurch kommt es zu einem Temperaturausgleich zwischen den wenigstens zwei

Gehäusebereichen mit unterschiedlichem Temperaturniveau. Das Temperaturniveau ändert sich dabei üblicherweise nicht sprunghaft zwischen unterschiedlichen Gehäusebereichen, sondern weist eine stetige Temperaturänderung auf. Durch den Temperaturausgleich mittels einer Rohrleitung und einer darin strömenden Flüssigkeit kann auf zusätzliche elektrische

Heizmatten wie sie bislang verwendet werden verzichtet werden. Hierdurch sinkt der Energiebedarf deutlich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Rohrleitung entlang des Umfangs des

Turbinengehäuses angeordnet ist, die vorzugsweise wendel- oder mäanderförmig um das Turbinengehäuse verläuft. Der wendel- oder mäanderförmige Verlauf ist strömungsmechanisch besonders günstig und bewirkt einen nur geringen

Strömungswiderstand. Grundsätzlich sind auch andere

Anordnungen der Rohrleitung um das Turbinengehäuse denkbar. Die Anordnung entlang des Umfangs sorgt jedoch besonders vorteilhaft dafür, dass die Wärme gleichmäßig über das

Turbinengehäuse verteilt wird und ein weitgehend

vollständiger Temperaturausgleich zwischen den einzelnen Gehäusebereichen erfolgt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flüssigkeit ein Thermoöl ist. Das Thermoöl kann bis zu Temperaturen von 300 °C verwendet werden. Bei Turbinengehäuse bei denen eine höhere Temperatur auftritt, können auch andere Flüssigkeiten oder flüssiges Salz verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung mehrere Rohrleitungen, die jeweils einzelne Kreisläufe ausbilden. Die einzelnen Kreisläufe können dann bevorzugt mit Flüssigkeiten unterschiedlicher

Temperaturniveaus durchströmt werden. Hierdurch ergibt sich ein energetisch günstiger Verlauf. Für die Gehäuseverkrümmung ist im Wesentlichen ein Temperaturausgleich entlang des Umfangs wichtig. Eine Temperaturänderung entlang der

Gehäuseachse wirkt sich nicht negativ auf die

Turbinengehäuseverkrümmung aus . Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flüssigkeit, bevorzugt mittels einer Pumpe, besonders bevorzugt mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe, durch die wenigstens eine Rohrleitung gepumpt wird. Durch das Pumpen der Flüssigkeit durch die Rohrleitungen wird eine gleichmäßige Zirkulation der Flüssigkeit und damit ein besonders guter Temperaturausgleich zwischen den

unterschiedlichen Gehäusebereichen ermöglicht. Durch das gleichmäßige durchströmen der Rohrleitung mit der Flüssigkeit wird zudem ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den einzelnen Gehäusebereichen und der Flüssigkeit erzielt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Rohrleitung mittels eines oder mehrerer Wärmeleitbleche mit dem Turbinengehäuse verbunden ist. Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen der

Rohrleitung, durch die Flüssigkeit gepumpt wird und dem

Turbinengehäuse verbessert. Eine besonders vorteilhafte

Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass die

Wärmeleitbleche federnd ausgebildet sind. Hierdurch werden Spannungen zwischen der Rohrleitung und dem Turbinengehäuse vermieden bzw. vermindert.

Die Erfindung umfasst weiter eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine, mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen

unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen eines

Turbinengehäuses. Eine Turbine mit einer solchen Vorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass es aufgrund des guten Temperaturausgleichs zu keiner

Turbinengehäuseverkrümmung und damit zu keiner

Spielüberbrückung kommt. Aufgrund dessen kann das Spiel zwischen dem bewegten Turbinenrotor und dem feststehenden Gehäuse/Dichtungen gering gewählt werden, wodurch sich die Spaltverluste verringern und der Wirkungsgrad der Turbine gesteigert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines

Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung, zeichnet sich dadurch aus, dass beim Auftreten eines Temperaturgradienten zwischen

unterschiedlichen Bereichen des Turbinengehäuses, die

wenigstens eine Rohrleitung mit einer Flüssigkeit durchströmt wird, die für einen weitgehenden Temperaturausgleich zwischen den unterschiedlichen Bereichen des Turbinengehäuses sorgt. Je nach Auslegung des Verfahrens kann die Flüssigkeit dabei permanent durch die Rohre gepumpt werden oder das Pumpen der Flüssigkeit erfolgt erst beim Eintreten einer zuvor

festgelegten Temperaturdifferenz bzw. erst beim

Herunterfahren der Turbine. Zum Bestimmen des

Temperaturgradienten können am Turbinengehäuse mehrere

Temperatursensoren angebracht sein. Diese können über eine Steuer- und/oder Regeleinheit die Pumpen zum Pumpen der

Flüssigkeit ansteuern.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das

erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines

Temperaturausgleichs mittels Rohrleitungen und in den

Rohrleitungen strömenden Flüssigkeit wird ein sehr

energieeffizienter Temperaturausgleich erzielt. Auf eine zusätzliche elektrische Gehäuseheizung mittels Heizmatten kann daher verzichtet werden. Durch die gleichmäßige

Temperaturverteilung über den Umfang des Turbinengehäuses kann die Gefahr von Turbinengehäuseverkrümmung verhindert werden. Hierdurch lassen sich besonders geringe Spaltmaße zwischen den rotierenden Bauteilen und den feststehenden Bauteilen erzielen, wodurch die Spaltverluste minimiert werden können und der Wirkungsgrad gesteigert wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Die Figuren zeigen:

- Figur 1 : eine erfindungsgemäße Turbine mit einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines b

Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich

temperierten Gehäusebereichen eines Turbinengehäuses;

- Figur 2: eine Detailansicht des Details A aus Figur 1 ;

Die Figuren zeigen jeweils stark vereinfachte Darstellungen, bei denen jeweils nur die für die Erfindung wesentlichen Bauteile dargestellt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch eine Dampfturbine mit einer

Rotorwelle 8 und einem Turbinengehäuse 2. Entlang des Umfangs 6 des Turbinengehäuses 2 ist wendeiförmig eine erste

Rohrleitung 5 und eine zweite Rohrleitung 5' angeordnet. Die beiden Rohrleitungen 5, 5' sind mit einem Thermoöl gefüllt. Für die Zirkulation des Thermoöls in den Rohrleitungen 5, 5' sind jeweils eine elektrisch angetriebene Pumpe 9 vorgesehen. Die elektrisch angetriebene Pumpe 9 sorgt für eine

gleichmäßige Zirkulation des Thermoöls in den Rohrleitungen 5, 5'. Die Rohrleitungen 5 und 5' bilden jeweils einzelne Kreisläufe aus. In den einzelnen Kreisläufen strömt die

Flüssigkeit mit einem unterschiedlichen Temperaturniveau. Durch die Zirkulation des Thermoöls in den Rohrleitungen 5, 5' kommt es zu einem Temperaturausgleich zwischen

unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen 3, 4 entlang des Umfangs 6. Die unterschiedlichen Temperaturen entlang des Umfangs 6 rühren häufig daher, dass am Turbinengehäuse 2, z.B. Öffnungen zum Abführen von Dampf angebracht sind, an denen die Temperatur, insbesondere beim Abschalten der

Turbine, schneller sinkt als beispielsweise in Bereichen, in denen ein zusätzliches Bauteile, beispielsweise ein

Entnahmestellventilgehäuse, angeordnet ist, welches zu einer Massenanhäufung in diesem Bereich führt.

Beim Durchströmen des Thermoöls durch die Rohrleitung 5, 5' nimmt das Thermoöl jeweils in Bereichen mit einer hohen

Temperatur Wärme auf und leitet sie an Bereiche mit niedrigerer Temperatur weiter. Hierdurch kommt es zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur über den Umfang des

Turbinengehäuses. Durch den Temperaturausgleich wird eine Gehäuseverkrümmung wirkungsvoll unterbunden.

Mehrere Rohrleitung 5, 5' , mit unterschiedlichen

Temperaturniveau bieten sich besonders dann an, wenn das Temperaturniveau entlang der Gehäuseachse stark variiert. Bei weitgehend konstanten Temperaturen entlang der Gehäuseachse reicht unter Umständen auch eine Rohrleitung 5, um für einen hinreichenden Temperaturausgleich zwischen den

unterschiedlichen Gehäusebereichen 3,4 des Turbinengehäuses 2 zu sorgen. Figur 2 zeigt eine Detailansicht A aus Figur 1. Um den

Wärmeübergang zwischen dem Turbinengehäuse 2 und der

Rohrleitung 5, 5' zu verbessern, ist die Rohrleitung 5, 5' so ausgebildet, dass sie flächig am Turbinengehäuse 2 anliegt. Hierzu weist sie ein im Wesentlichen rechteckiges Profil aus. Zusätzlich sind Wärmeleitbleche 7 zwischen der Rohrleitung 5, 5' und dem Turbinengehäuse 2 angeordnet, die für eine

Verbesserung des Wärmeübergangs sorgen. Die Verbindung zwischen der Rohrleitung 5, 5' und dem Turbinengehäuse 2 mittels der Wärmeleitfläche ist federn ausgeführt, sodass keine Spannungen entstehen können.

Da die Flüssigkeit durch das Turbinengehäuse 2 erwärmt wird, ist keine zusätzliche elektrische Heizenergie notwendig.

Elektrische Energie wird lediglich zum Betreiben der

elektrisch angetriebenen Pumpen benötigt, wodurch sich eine besonders energieeffiziente Vorrichtung ergibt.

Die erfindungsgemäße Turbine mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zeichnet sich somit dadurch aus, dass sich eine sehr

gleichmäßige Temperaturverteilung entlang des Umfangs des Turbinengehäuses einstellt. Hierdurch werden

Turbinengehäuseverkrümmungen wirkungsvoll unterbunden. Das Verfahren zur Durchführung eines Temperaturausgleichs zwischen unterschiedlich temperierten Gehäusebereichen 3, 4 erfolgt dadurch, dass beim Auftreffen eines

Temperaturgradienten zwischen unterschiedlichen Bereichen 3, 4 des Turbinengehäuses 2 die wenigstens eine Rohrleitung 5, 5' mit einer Flüssigkeit durchströmt wird, die für einen weitgehenden Temperaturausgleich zwischen den

unterschiedlichen Bereichen 3,4 des Turbinengehäuses 2 sorgt.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Flüssigkeit ständig durch die Rohrleitungen strömt. Hierdurch wird aber zusätzliche elektrische Energie für die elektrisch

angetriebenen Pumpen benötigt. Aus diesem Grund ist es energetisch sinnvoller, die Temperatur an unterschiedlichen Bereichen 3,4 des Turbinengehäuses 2 zu messen und erst beim Auftreten eines zuvor festgelegten Temperaturgradienten die elektrisch angetriebenen Pumpen zu starten, sodass die

Flüssigkeit durch die Rohrleitung 5, 5' gepumpt wird und dabei für einem Temperaturausgleich der unterschiedlich

Temperierten Gehäusebereiche 3,4 sorgt. Das Verfahrens kann auf einfache Weise automatisiert werden, indem die

Temperatursensoren mit einer zusätzlichen Steuer- und

Regeleinheit verbunden werden.