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Title:
PERFORATED CAGE FOR A CONDENSER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/034355
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steam or vapour input cage (7) for a condenser (1) which is formed from a segment (9) which has a plurality of inlet openings (12) through which a flow medium flows from a flow direction (5), wherein a flow projection (14) protrudes from the main segment (11) around the inlet opening (12) and is designed for diverting the steam or vapour into the inlet opening (12).

Inventors:
BÜSCHER, Karsten (Auenhof 23, Ratingen, 40882, DE)
GUNTERMANN, Svea (Frintroper Straße 5, Mülheim an der Ruhr, 45475, DE)
MINUTH, Stephan (Karolinenstr. 25, Mülheim a.d. Ruhr, 45475, DE)
PENKNER, Andreas (Broicher Waldweg 78, Mülheim an der Ruhr, 45478, DE)
Application Number:
EP2018/069479
Publication Date:
February 21, 2019
Filing Date:
July 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
F01K9/00; F28B1/00; F28F19/00
Foreign References:
EP2987971A12016-02-24
GB366716A1932-02-11
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Kondensator (1), umfassend einen Dampfeinmündungskorb (7) mit einem Segment (9),

wobei das Segment (9) ein Grundsegment (11) mit zumindest einer Eintrittsöffnung (12) aufweist, durch die im Betrieb ein Dampf, aus einer Strömungsrichtung (5) , strömt,

dadurch gekennzeichnet, dass

in Strömungsrichtung (5) gesehen vor der Eintrittsöffnung (12) einen Strömungsvorsprung (14) aus dem Grundsegment

(11) ragt, das zum Umleiten des Dampfes in die Eintritts¬ öffnung (12) ausgebildet ist.

2. Kondensator (1) nach Anspruch 1,

wobei der Strömungsvorsprung (14) eine geschlossene Kontur um die Eintrittsöffnung (12) aufweist.

3. Kondensator (1) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei der Strömungsvorsprung (14) derart kragenförmig aus- gebildet ist, dass ein Hinterschnitt (15) zwischen dem

Strömungsvorsprung (14) und einer Oberfläche (13) des

Grundsegmentes (11) entsteht.

4. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsvorsprung (14) trompetenförmig ausgebildet ist.

5. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsvorsprung (14) bellmouth-förmig ausge- bildet ist.

6. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsvorsprung (14) und das Grundsegment (11) materialeinheitlich ausgebildet sind.

7. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsvorsprung (14) mit einem Öffnungswinkel zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 60° ausgebildet ist.

8. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsvorsprung (14) direkt am Rand (16) der Eintrittsöffnung (12) ausgebildet ist. 9. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

wobei das Grundsegment (11) und der Strömungsvorsprung (14) durch ein selektives Strahlungsschmelzverfahren hergestellt werden .

10. Verfahren nach Anspruch 9,

wobei ein selektives Laserschmelzverfahren verwendet wird.

Description:
Beschreibung

Lochkorb für einen Kondensator

Die Erfindung betrifft einen Kondensator, umfassend einen Dampfeinmündungskorb mit einem Segment, wobei das Segment ein Grundsegment mit zumindest einer Eintrittsöffnung aufweist, durch die im Betrieb ein Dampf aus einer Strömungsrichtung strömt.

Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Segmentes. Kondensatoren werden unter anderem in Dampfturbinenanlagen eingesetzt. Eine Hauptaufgabe des Kondensators ist es, den nach einer Niederdruck-Teilturbine ausströmenden Dampf, der eine vergleichsweise niedrige Temperatur und einen niedrige ¬ ren Druck aufweist, wieder in Wasser umzuwandeln. Dazu sind im Kondensator Kondesatorrohre verlegt, die mit einem Kühlme ¬ dium durchströmt werden, wobei der Dampf an der kühlen Außenoberfläche des Kondensatorrohres kondensiert und sich nieder ¬ schlägt. Das somit gesammelte Wasser wird einem Wasser-Dampf- Kreislauf wieder zugeordnet. Das Wasser strömt nach dem Kon- densator zu einem Dampferzeuger und wird dort wieder zu Dampf umgewandelt .

Der aus dem Dampferzeuger ausströmende Dampf strömt zunächst in eine Hochdruck-Teilturbine und danach in eine Zwischen- Überhitzereinheit des Dampferzeugers, wo der in der Hoch ¬ druck-Teilturbine abgekühlte Dampf wieder auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Danach strömt der Dampf in eine Mitteldruck-Teilturbine und anschließend in eine Niederdruck- Teilturbine .

Es sind Betriebsfälle möglich, in denen der Dampf nicht durch die einzelnen Teilturbinen strömen soll, sondern um die vorgenannten Teilturbinen umgeleitet und direkt dem Kondensator zugeführt wird. Dieser Fall wird als Umleitung bezeichnet. Da der Dampf im Umleitbetrieb vergleichsweise hohe Temperaturen und hohe Drücke aufweist, muss dieser Dampf abgekühlt werden. Abe3r auch nach der Abkühlung ist die Temperatur des Umleitdampfes immer noch vergleichsweise hoch, so dass besondere Vorkehrungen in dem Kondensator durchgeführt werden müssen. Bevor der Umleitdampf in den Kondensator strömt, wird ein Dampfeinmündungskorb angeordnet, der als letzte Druckstufe eingesetzt wird, bevor der Umleitdampf in den Kondensator strömt. Der Dampfeinmündungskorb besteht aus einer Schweiß- konstruktion aus mehreren Blechen, wobei die Kontur eine Halbschale oder eine rechteckige Form haben kann.

Ein Problem bei den derzeitigen Konstruktionen des Dampfeinmündungskorbs besteht darin, dass sich vergleichsweise kleine Wassertröpfchen an der Oberfläche des Dampfeinmündungskorbs sammeln und durch den Umleitdampf in den Kondensator mitgerissen werden. Die in den Kondensator mitgerissenen

Wassertröpfchen verursachen allerdings eine Tropfenschlagero ¬ sion im Kondensator, der den Kondensator schließlich beschä- digt. Es sind zwar Anstrengungen vorhanden, die Bildung der Wassertröpfchen derart zu gestalten, dass die Größe der

Wassertröpfchen möglichst gering ist. Dies gelingt aber nicht immer. Dadurch ist eine Tropfenschlagerosion wirksam zu vermeiden .

Die Tropfenschlagerosion wird derzeit dadurch vermindert, indem Innenbauteile des Kondensators aufwändig durch Aufbringen von Edelstahlblechen oder direktem Einsatz von höherwertige- rem Material ausgebildet werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dampfeinmündungs ¬ korb derart zu verbessern, dass eine Tropfenschlagerosion minimiert ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Segment für einen Dampf ¬ einmündungskorb für einen Kondensator, wobei das Segment ein Grundsegment mit zumindest einer Eintrittsöffnung aufweist, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium, insbesondere Dampf, aus einer Strömungsrichtung strömt, wobei in Strömungsrichtung gesehen vor der Eintrittsöffnung ein Strömungsvorsprung aus dem Grundsegment ragt, das zum Umleiten des Dampfes in die Eintrittsöffnung ausgebildet ist.

Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, statt simpler Löcher als Eintrittsöffnung die Eintrittsöffnung derart zu erweitern, dass der Dampf mit Hilfe des Strömungsvorsprunges, der aus dem Grundsegment ragt, zielgerichteter in die Ein- trittsöffnung gelenkt wird. Dadurch wird verhindert, dass an der Innenseite des Dampfeinmündungskorbs akkumuliertes Wasser durch den Dampf mitgerissen wird und zu Erosion an stromabwärts befindlichen Bauteilen führt. Erfindungsgemäß ragt daher der Strömungsvorsprung aus dem

Grundsegment hervor. Dabei ist der Strömungsvorsprung derart ausgebildet, dass sich eine Wasseransammlung vor der Eintrittsöffnung minimiert, so dass der einströmende Dampf so wenig wie möglich Wassertröpfchen mitreißt. Dadurch wird eine Erosion stromabwärts an den empfindlichen Kondensatorbauteilen verhindert.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung weist der Strömungsvorsprung eine geschlossene Kontur um die Eintrittsöff ¬ nung auf. Somit wird zielgerichtet jegliche Ansammlung von

Wassertröpfchen um die Eintrittsöffnung verhindert. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Strömungsvorsprung derart kragenförmig ausgebildet, dass ein

Hinterschnitt zwischen dem Strömungsvorsprung und einer Ober- fläche des Grundsegments entsteht.

Durch den Hinterschnitt wird verhindert, dass sich an der in ¬ neren Oberfläche des Strömungsvorsprungs Wassertröpfchen bil- den, die dann durch den Dampf durch die Eintrittsöffnung mitgerissen werden und zu Tropfenschlagerosion führen. Sofern sich Wassertröpfchen bilden, sammeln sich diese im Bereich des Hinterschnittes zwischen dem Strömungsvorsprung und der Oberfläche des Grundsegments. Durch eine geschickte Anord ¬ nung, vorzugsweise senkrecht, kann man die Tröpfchen der Schwerkraft aussetzen, wodurch eine Ansammlung der

Wassertröpfchen in einem unteren Bereich des Dampfeinmündungskorbes erfolgt.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Strömungsvorsprung trompeten- oder bellmouth-förmig ausgebildet. Eine Bellmouth-Anordnung ist eine angeschrägte, kreisförmige Umrandung einer Strömungsöffnung, wie sie beispielsweise bei Vergasern in Motoren eingesetzt werden. Die Geometrie solcher Strömungsvorsprünge durch trompetenförmige bzw. bellmouth- förmige Kontur liefert eine optimale Einströmung in die Ein- trittsöffnungen . In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Strömungsvorsprung und das Grundsegment materialeinheitlich ausgebildet. Das kann vorteilhafterweise dadurch erfolgen, indem ein selektives Laserschmelzverfahren eingesetzt wird. Durch die Ausgestaltung der Eintrittsöffnung mit einem Strömungsvorsprung kann die Anzahl der Eintrittsöffnungen reduziert werden. Dadurch ist eine kompaktere Bauweise des Dampf- einmündungskorbes möglich. 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 erläu- tert werden.

Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind da ¬ bei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbei ¬ spiele 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 perspektivische Darstellung eines Kondensators mit Dampfeinmündungskorb,

Figur 2 eine Draufsicht auf ein Segment des Dampfeinmün ¬ dungskorbs,

Figur 3 eine Schnittdarstellung des Segmentes aus Figur 2 von der Seite,

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung einer Eintrittsöffnung des Segmentes aus Figur 3.

In Figur 1 ist ein Kondensator 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Kondensator 1 ist Teil einer nicht näher dargestellten Dampfkraftanlage, umfassend eine Dampf ¬ turbine, einen Dampferzeuger und einen Generator. Der die Dampfturbine durchströmende Dampf strömt durch einen Hoch ¬ druckbereich, einen Mitteldruckbereich und einen Niederdruckbereich. Nach dem Niederdruckbereich weist der Dampf eine geringe Temperatur und einen geringen Druck auf. Dieser Dampf strömt in den Kondensator 1 und wird an gekühlten

Kondensatorrohrbündeln 2 geleitet, wobei der Dampf dort zu Wasser kondensiert. Das kondensierte Wasser sammelt sich in einem unteren Bereich 3 des Kondensators 1 ein. Von dort wird das kondensierte Wasser angeführt und über Speisewasserpumpen zu einem Dampferzeuger bzw. zu Vorwärmern geführt.

Die Zuführung des Niederdruckdampfes ist in der Figur 1 nicht näher dargestellt. In der Figur 1 ist eine Umleitung 4 darge ¬ stellt. In dieser Umleitung 4 strömt ein Umleitungsdampf, der an einer Dampfturbine umgeleitet wird und direkt in den Kon ¬ densator 1 in einer Strömungsrichtung 5 strömt. Da dieser Dampf hohe Temperaturen und einen hohen Druck aufweist, wird dieser Dampf mit Wasser durch nicht näher dargestellte Wasserdampfeinspritzungen gekühlt. Die Umleitung 4 mündet über eine Durchtrittsöffnung 6 in einen Dampfeinmündungskorb 7. Der Dampfeinmündungskorb 7 ist die letzte Druckstufe der je ¬ weiligen Dampfturbinen-Umleitdampfeinführung bevor der Um- leitdampf in den Kondensator 1 strömt. Der Dampfeinmündungskorb 7 besteht aus einer Schweißkonstruktion aus mehreren Blechen. Die Kontur kann dabei eine Halbschale oder eine rechteckige Form aufweisen. Der Dampfeinmündungskorb 7 wird an der Innenseite der Kondensatorwand 8 angeordnet.

Der Dampfeinmündungskorb 7 weist ein Segment 9 auf. Das Seg ¬ ment 9 ist in den Figuren 2, 3 und 4 darstellt. Das Segment 9 ist wie in Figur 1 dargestellt in einer Blechkonstruktion 10 derart angeordnet, dass das Segment 9 mit einem Umleitdampf in der Umleitung 4 in Strömungsrichtung 5 angeströmt wird.

Wie in Figur 2 dargestellt, umfasst das Segment 9 ein Grund ¬ segment 11, das mehrere Eintrittsöffnungen 12 aufweist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur 2 lediglich eine Eintrittsöffnung mit dem Bezugszeichen 12 versehen.

Ebenso aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur 3 lediglich eine Eintrittsöffnung mit dem Bezugszeichen 12 versehen . Die Eintrittsöffnung 12 ist als Bohrung ausgeführt. An der zur Strömungsrichtung 5 zugewandten Oberfläche 13 ist ein Strömungsvorsprung 14 ausgebildet, der aus dem Grundsegment 11 ragt. Der Strömungsvorsprung 14 ist zum Umleiten des Dampfes in die Eintrittsöffnung 12 ausgebildet.

Der Strömungsvorsprung 14 weist hierbei eine geschlossene Kontur um die Eintrittsöffnung 12 auf, was in der Figur 2 dargestellt ist. Der Strömungsvorsprung 14 ist hierbei kra- genförmig ausgebildet, so dass ein Hinterschnitt 15 zwischen dem Strömungsvorsprung 14 und der Oberfläche 13 des Grundseg ¬ mentes 11 entsteht. Sofern ein Teil des Umleitdampfes auf der Oberfläche 13 kondensiert, sammelt er sich im Hinterschnitt

15 und kann in Folge der Schwerkraft nach unten abtropfen und gesammelt werden.

Der Strömungsvorsprung 14 ist wie in Figur 4 dargestellt trompetenförmig oder bellmouth-förmig ausgebildet. Zwischen dem Strömungsvorsprung 14 und der Oberfläche 13 ist ein Öffnungswinkel ausgebildet. Der Winkel hat hierbei einen Wert zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 60°. Der Strömungsvorsprung 14 ist direkt an einem Rand 16 der Eintrittsöffnung 12 angeordnet. Dadurch entsteht kein Versatz und die Strömung des Umleitdampfes kann in Strömungsrichtung 5 optimal in den Kondensator 1 strömen.

Das Grundsegment 11 und der Strömungsvorsprung 14 werden ma- terialeinheitlich ausgebildet. Dies kann durch ein selektives Strahlungsschmelzverfahren, wie beispielsweise das selektive Laserschmelzen erfolgen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel 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 .