Dampfturbine

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem zweischa- ligen Gehäuse, welches ein Außengehäuse und ein darin ange ^¬ ordnetes Innengehäuse umfasst, und mit einem durch das Außen ^¬ gehäuse geführten Anschluss zum Zu- und/oder Abführen von Dampf in das Innengehäuse, wobei der Anschluss mit einem Paar von Anschlussöffnungen gestaltet ist, welche am Innengehäuse einander gegenüberliegend ausgebildet sind.

Eine zweischalige Ausführung von Gehäusen an Dampfturbinen wird bevorzugt verwendet, wenn in der Dampfturbine eine Ex- pansion von Frischdampf oder heißem zwischenüberhitztem Dampf erfolgt. Dabei erfolgt die Expansion in dem Innengehäuse, das von dem Außengehäuse umgeben ist, welches den expandierten Dampf (Abdampf) aufnimmt. Auf diese Weise wird das Innenge ^¬ häuse gekühlt und trägt gleichzeitig den Großteil des Dru- ckes, was insbesondere bei hohen Dampfdrücken sinnvoll ist. Um durch thermische Dehnungen hervorgerufene radiale bzw. seitliche Schnittkräfte, die unter anderem zu ungewünschten Verformungen bzw. Verlagerungen des Innengehäuses führen und sich damit nachteilig auf Wirkungsgrad und Einsatzbereich der Dampfturbine auswirken, auszugleichen, ist bei den vorbekannten Dampfturbinen ein Paar von am Innengehäuse einander gegenüberliegend ausgebildeten Anschlussöffnungen mit zugehörigen Leitungen vorgesehen. Beim Betrieb einer solchen Dampfturbine wird durch die Leitungen an beiden Anschlussöffnungen gleichmäßig Frischdampf zugeführt, wodurch sich die durch die DampfZuführung am Innengehäuse auftretenden Schnittkräfte im Wesentlichen ausgleichen.

Bei diesen vorbekannten Dampfturbinen tritt jedoch das Prob- lern auf, dass die DampfZuführung an die Dampfturbine über zwei Anschlüsse bei geringem Volumenstrom und einer nicht entsprechenden Strängigkeit des Kesselanschlusses unwirt ^¬ schaftlich ist. Die Verwendung einer Dampfturbine mit ledig-

lieh einer Anschlussöffnung ist dann sinnvoll, führt jedoch, wie vorstehend bereits ausgeführt, zum Entstehen von großen radialen bzw. seitlichen Schnittkräften, was sich nachteilig auf den Wirkungsgrad und den Einsatzbereich der Dampfturbine auswirkt. Eine Verringerung der Schnittkräfte bei Einzellei- tungsanschluss lässt sich zwar erzielen, indem die Zuführlei ^¬ tung fest mit dem Innengehäuse verbunden wird und zur wärme ^¬ beweglichen Gehäusedurchführung flexibel am Außengehäuse (z.B. über einen Kompensator) angeschlossen wird. Dieser An- satz erfordert jedoch eine aufwändige Montage und führt zu einer direkten Übertragung von Rohrleitungsverformungen auf das Innengehäuse mit der damit verbundenen Gefahr einer Überbrückung der Radialspiele.

In der DE 27 39 076 Al wird eine Turbomaschine mit einem

Schaufelrotor, der in einem Stator dreht, der aus einem unteren Teil und einem oberen Teil besteht, offenbart.

In der DE 18 12 488 Al wird eine mehrschalige Axialturbine mit Außengehäuse und in Achsebene geteiltem Innengehäuse sowie mit durch Außen- und Innengehäuse zum Stufenraum dampfdicht und wärmebeweglich hindurchgeführten Frischdampfein- sätzen offenbart.

Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik stellt sich die Erfindung daher die Aufgabe, eine Dampfturbine bereitzu ^¬ stellen, die auch bei kleinem Dampfvolumenstrom wirtschaftlich arbeitet, trotzdem der Dampfleitungsanschluss mittels einfacher Montage zu bewerkstelligen ist, und bei der keine großen Schnittkräfte bei Dampfeinströmung auftreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer eingangs genann ^¬ ten Dampfturbine gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass an einer ersten Anschlussöffnung eine Leitung zum Zu- und/oder Abführen von Dampf anschließbar sowie die zweite Anschlussöffnung mit einem Deckel verschlossen ist. Dadurch, dass die mit der Leitung versehbare Anschlussöffnung und die mit dem Deckel verschlossene Anschlussöffnungen einander im

Innengehäuse gegenüberliegen, wird, ähnlich wie beim An- schluss zweier Dampfzuführleitungen an die einander gegenüberliegenden Anschlussöffnungen, ein Kraftausgleich im Innengehäuse bei Dampfeinströmung durch die Leitung bewirkt. Das Entstehen von radialen bzw. seitlichen Schnittkräften wird dadurch weitgehend verhindert. Bei der erfindungsgemäßen Dampfturbine ist es damit möglich, die Dampfzuführleitung fest am Außengehäuse anzuschließen und die Verbindung mit dem Innengehäuse flexibel zu gestalten. Damit ist eine einfache Montage der Dampfzuführleitung möglich.

In einer erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführungs form ist der Verschluss der zweiten Anschlussöffnung mit dem Deckel derart gestaltet, dass der Deckel sich bei einer Dampfdruck- erhöhung im Innengehäuse hinsichtlich einer Krafteinwirkung am Innen- und/oder Außengehäuse im Wesentlichen wie die an der ersten gegenüberliegenden Anschlussöffnung angeschlossenen Leitung verhält. Damit wird ein optimaler Kraftausgleich am Innengehäuse und/oder am Außengehäuse bewerkstelligt. Da- durch, dass die Anschlussöffnungen einander gegenüberliegend angeordnet sind und damit die durch eine Dampfdruckerhöhung am Innengehäuse erzeugten Kräfte im Wesentlichen symmetrisch auf das Außengehäuse und das Innengehäuse abgeleitet werden können, wird das Entstehen von Schnittkräften am Innengehäuse weitgehend vermieden.

In erfindungsgemäß zweckmäßiger Aus führungsform ist der Verschluss der zweiten Anschlussöffnung mit dem Deckel derart gestaltet, dass der Deckel sich bei Wärmeverformungen an der Dampfturbine hinsichtlich einer Krafteinwirkung am Innen- und/oder Außengehäuse im Wesentlichen wie die an der ersten, gegenüberliegenden Anschlussöffnung angeschlossene Leitung verhält. Dadurch, dass die Anschlussöffnungen gegenüberlie ^¬ gend angeordnet sind, werden die durch Wärmeverformungen an der Dampfturbine hervorgerufenen Kräfte symmetrisch auf das

Innengehäuse und/oder Außengehäuse abgeleitet, wodurch am In ^¬ nengehäuse auftretende Schnittkräfte weitgehend vermieden werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn der Deckel mit einer ortsfesten Fixierung am Außengehäuse und einer wärmebeweglichen Ankopplung am Innengehäuse gestaltet ist. Eine solche wärmebewegliche Ankopplung am Innengehäuse kann etwa durch ein Aufstecken des Deckels auf einen Rohransatz der Anschlussöffnung mit Spiel in Steckrichtung geschehen. In diesem Fall wird bei Wärmeverformungen des Innengehäuses, bei denen die Anschlussöffnung auf das Außengehäuse zu oder von diesem weg bewegt wird, diese Relativbewegung durch das Spiel zwischen dem Deckel und der Anschlussöffnung ausgeglichen. Am Außengehäuse wird der Deckel hingegen ortfest fixiert. Da vorteilhafterweise die Leitung zum Ausgleich der auf das Ge ^¬ häuse einwirkenden Kräfte analog zum Deckel an der gegenüber- liegenden Anschlussöffnung befestigt wird, ergibt sich eine besonders einfache Montage der Dampfzuführleitung. Das heißt, die Leitung wird ebenfalls wärmebeweglich am Innengehäuse, wie etwa durch Aufstecken auf einen Rohransatz an der zugehörigen Anschlussöffnung angekoppelt sowie am Außengehäuse ortsfest fixiert. Weiterhin ergibt sich durch diese Anordnung insgesamt eine ideale Abfederung von Rohrleitungsverformungen.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn der Deckel im Wesentlichen becherförmig gestaltet ist. Die Becherform stellt strukturell eine Annäherung an die Rohrform der Lei ^¬ tung dar. Damit wird das mechanische Verhalten zwischen Dampfzuführleitung und Deckel noch besser aufeinander ange- passt, wodurch sich eine optimale Kraftausgleichswirkung er- gibt.

In zweckmäßiger Ausführungsform ist der offene Randabschnitt des im Wesentlichen becherförmigen Deckels am Außengehäuse befestigt, insbesondere angeflanscht. Damit ergibt sich eine symmetrische Befestigung des Deckels in Bezug auf die Dampf ^¬ zuführleitung, welche üblicherweise im gleichen Abstand von der zugehörigen Anschlussöffnung am Außengehäuse befestigt ist. Die Befestigung mittels eines Flansches ermöglicht eine

sehr sichere Fixierung des Deckels am Außengehäuse, wodurch die Stabilität des Gesamtsystems erhöht wird.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn der Boden- abschnitt des im Wesentlichen becherförmigen Deckels am Innengehäuse angeordnet, insbesondere beweglich abgedichtet ist. Damit wird ein Entweichen von Dampf vermieden, was den Wirkungsgrad der Dampfturbine erheblich verringern würde. Trotzdem bleibt der Deckel relativ zum Innengehäuse beweg- lieh, wodurch thermische Dehnungen des Gehäusematerials bei Dampfeinwirkung zugelassen werden.

In erfindungsgemäß zweckmäßiger Aus führungsform ist in dem Deckel ein Kanal zum Entwässern des Innen- und/oder Außenge- häuses ausgebildet. Damit kann im Innengehäuse bzw. Außenge ^¬ häuse gebildetes Kondensat aus der Turbine abgeführt werden. In der Turbine verbleibendes, stehendes Kondensat kann, auf ^¬ grund des unterschiedlichen Wärmeübergangs, zu unsymmetrischen Strukturen bzw. Gehäuseverformungen führen. Als Folge kann es im Extremfall sogar zu Spielüberbrückungen führen. Da durch die sofortige Expansion des Dampfes beim Einführen in die Dampfturbine zugleich eine große Menge an Kondensat an ^¬ fällt, ist ein Abführkanal in diesem Bereich, d.h. in dem der mit der Leitung verbundenen Einführöffnung nahe gelegenen Deckel besonders wirksam für die schnelle Abführung des Kon ^¬ densats. Somit können unsymmetrische Gehäuseverformungen vermieden und das mechanische Verhalten von Rotor zu stehendem Gehäuse verbessert werden. Auf diese Weise können in der mechanischen Auslegung Radialspiele minimiert werden, was zu einer Wirkungsgradsteigerung führt.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe, nämlich der Bereitstellung einer Dampfturbine, bei der keine großen Schnittkräfte auftreten und trotzdem die Dampfzufuhr mittels einer einfa- chen Montage zu bewerkstelligen ist, wird ferner erfindungs ^¬ gemäß ein Deckel zum Verschließen einer Öffnung bereitgestellt, welcher zum Verschließen einer Anschlussöffnung einer Dampfturbine mit einem zweischaligen Gehäuse, welches ein

Außengehäuse und ein darin angeordnetes Innengehäuse umfasst, und einem durch das Außengehäuse geführten, die Anschlussöff ^¬ nung aufweisenden Anschluss zum Zu- und/oder Abführen von Dampf in das Innengehäuse ausgebildet ist. Vorteilhafte Aus- führungen des Deckels sind in den Ansprüchen 11 bis 15 aufge ^¬ führt, die damit verbundenen Vorteile ergeben sich analog aus den vorstehenden Ausführungen zu vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dampfturbine.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung, auf die hinsicht ^¬ lich aller erfindungswesentlichen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt:

die Fig. eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine mit einem an einer Anschlussöff ^¬ nung befestigten Deckel.

Die Fig. ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Dampfturbine. In deren Zentrum befindet sich eine Welle 11, welche von einem Innengehäuse 2 umgeben ist. Dieses kann achssymmetrisch ausgeführt sein, muss aber nicht zwingend symmetrisch sein. Um das Innengehäuse 2 herum ist ein Außengehäuse 1, welches ebenfalls achssymmetrisch ausgeführt sein kann, angeordnet. Über eine Dampfzuführleitung 6 kann Frischdampf oder heißer zwischenüberhitzter Dampf oder Abdampf in das Innengehäuse 2 unter großem Druck zugeführt bzw. abge ^¬ führt werden. Durch die darauf erfolgende Expansion des zuge ^¬ führten Dampfes wird die Welle 11 angetrieben. Daraufhin wird der expandierte Dampf durch den Hohlraum zwischen Außengehäuse 1 und Innengehäuse 2 geführt, wodurch eine Kühlung des Innengehäuses 2 bewirkt wird.

Die Dampfturbine weist einen bezogen auf die Fig. sowohl von der linken Seite als auch von der rechten Seite her durch das Außengehäuse 1 geführten Anschluss 3 zum Zu- und/oder Abfüh ^¬ ren von Dampf in das Innengehäuse 2 auf. Dieser Anschluss 3 weist zwei einander gegenüberliegende Anschlussöffnungen 4

und 5 am Innengehäuse 2 auf. Die Anschlussöffnungen 4 und 5 sind jeweils mit einem Rohransatz 13 bzw. 14 ausgeführt. An dem ersten Rohransatz 13 der ersten Anschlussöffnung 4 ist die Leitung 6 zum Zu- und/oder Abführen von Dampf angebracht. Die Leitung 6 ist am Außengehäuse 1 angeflanscht und damit ortsfest daran befestigt. Relativbewegungen zwischen Innengehäuse 2 und Außengehäuse 1, sowohl in radialer als auch axia ^¬ ler Richtung, etwa hervorgerufen durch thermische Verformungen des Innengehäuses 1 und durch thermische Verformungen der Leitung 6 werden durch eine wärmebewegliche Abdichtung zwischen der Leitung 6 und den ersten Rohransatz 13, die im vorliegenden Fall mittels eines ersten L-Rings 12 ausgeführt ist, ausgeglichen.

Die der ersten Anschlussöffnung 4 gegenüberliegende zweite Anschlussöffnung 5 ist mit einem dem ersten Rohransatz 13 entsprechenden zweiten Rohransatz 14 versehen. Darauf ist ein becherförmiger Deckel 7 aufgesteckt. Der becherförmige Deckel 7 weist einen Bodenabschnitt 9 zum Abdichten der zweiten An- schlussöffnung 5 sowie einen offenen Randabschnitt 8 auf. Dieser offene Randabschnitt 8 ist am Außengehäuse 1 ange ^¬ flanscht. Damit ist der Deckel 7 auf gleiche Weise wie die Anschlussleitung 6, nämlich ortsfest am Außengehäuse 1 befes ^¬ tigt.

An der Unterseite des Bodenabschnitts 9, d.h. an der Becher ^¬ außenseite ist ein Ringansatz 15 ausgebildet. Dieser Ringan ^¬ satz 15 ist am zweiten Rohransatz 14 der Anschlussöffnung 5 angebracht. Zwischen dem Ringansatz 15 und der zweiten An- schlussöffnung 5 ist eine wärmebewegliche Abdichtung zum Aus ^¬ gleichen von Wärmeverformungen oder von durch Ansteigen des Innendrucks im Innengehäuse 2 hervorgerufenen Relativverschiebungen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zwischen Innen- und Außengehäuse 2 bzw. 1 vorgesehen. Diese wärmebewegliche Abdichtung ist im vorliegenden Fall mittels eines zweiten L-Rings 12' ausgeführt. Bei der durch die Rela ^¬ tivverschiebungen erfolgenden Axialverschiebung zwischen dem zweitem Rohransatz 14 und dem Ringansatz 15 des Deckels 7

bleibt jedoch die Abdichtung der Anschlussöffnung 5 ohne Einschränkung bestehen.

Die L- Ringe 12 bzw. 12' dichten gleichzeitig den Innenraum des Innengehäuses 2 vom Zwischenraum zwischen Außengehäuse 1 und Innengehäuse 2 ab. Alternativ zu den L-Ringen 12 bzw. 12 können auch jede Art von Kolbenringen, Wellrohrkompensatoren oder jede andere Art der Abdichtung verwendet werden, welche gleichzeitig Abdichten sowie relative Bewegungen zwischen Innengehäuse und Außengehäuse zulassen.

Weiterhin weist der Deckel 7 einen Kanal 10 zum Entwässern des Innengehäuses auf. Durch die sofortige Expansion des durch die Einführleitung 6 in den Innenraum 2 der Dampftur- bine eingeführten Dampfes bildet sich eine beträchtliche

Menge an kondensierter Flüssigkeit, die durch den Entwässe ^¬ rungskanal 10 aus dem Innenraum der Dampfturbine herausgelei ^¬ tet wird.