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CH682096A5 - - Google Patents

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Publication number
CH682096A5
CH682096A5 CH289/88A CH28988A CH682096A5 CH 682096 A5 CH682096 A5 CH 682096A5 CH 289/88 A CH289/88 A CH 289/88A CH 28988 A CH28988 A CH 28988A CH 682096 A5 CH682096 A5 CH 682096A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
steam
pressure chamber
turbine
flow
carrier
Prior art date
Application number
CH289/88A
Other languages
English (en)
Inventor
William Ronald Hines
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of CH682096A5 publication Critical patent/CH682096A5/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

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CH 682 096 A5
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Turbine mit mehreren Stufen gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Eine Eigenschaft einer Turbine besteht darin, dass sie rotierende Komponenten einschliesst, die von feststehenden Komponenten getragen werden, die Kräfte absorbieren oder von solchen be-einflusst werden, die von rotierenden Komponenten erzeugt werden. So umfassen beispielsweise moderne Gasturbinen eine rotierende Komponente oder einen Rotor, eine Vielzahl von Teilen, wie beispielsweise Wellen, Wellenkegel, Scheiben oder Trommeln mit Schaufeln, Fluiddichtungen und verschiedene strukturelle Verbindungsträger. An verschiedenen Stellen oder Teilen der Turbine wirken, je nach dem relativen Druck, Druckkräfte in axialer Richtung auf die Turbine. Im Turbinenteil der Turbine, in dem die Gasströmung oder der Fluidströ-mungspfaddruck axial flussabwärts an der Turbine abnimmt, befindet sich die Nettoaxialkraft flussabwärts. Ein von einer Turbine angetriebener Kompressor kann zu einem gewissen Grade eine solche flussabwärts liegende Nettoaxialkraft in der Turbine kompensieren, so dass der höchste Druck in seinen letzten Stufen dazu neigt, eine vorwärtsgerichtete Nettoaxialkraft auszuüben. In einer frei rotierende Leistungsturbine werden aber eine flussabwärts wirkende Kraft von einem Drucklager oder einer komplexen Anordnung der Lager absorbiert. Herkömmliche Lager können für normale Gasturbinen, einschliesslich normale Leistungsturbinen verwendet werden.
Die Gasturbinenentwicklung in Bezug auf industrielle Anwendungen haben in einer Hinsicht durch Verwendung von Dampf zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades Fortschritte gemacht, wie dies in der US-PS 4 569 195 (Johnson) vom 11.Februar 1986 und in der US-PS 4 631 914 (Hines) vom 30. Dezember 1986 beschrieben wurde, auf welche beide hier Bezug genommen wird. Ein Resultat besteht in einer bedeutenden Zunahme der Rotordrucklast, die Lager einer bisher unbekannten Belastungsfähigkeit erfordert. Eine solche Ausführung ist beispielsweise im genannten Johnson-Patent beschrieben.
Als Mittel zur Kompensation derartiger hoher Nettoaxialdrücke wurde Luft mit einem relativ hohen Druck verwendet, die vom Kompressor abgezapft und einem Teil der Turbine zugeführt wurde. Bei einem weiteren Mittel, das beispielsweise in der US-PS 4 578 018 (Pope) beschrieben ist und auf dem das vorliegende Gesuch basiert, wird ein hydraulisches Fluid für solche Zwecke verwendet.
Die Venwendung von Luft, die von der Turbine komprimiert wird oder von hydraulischen Fluiden, die beispielsweise zu Schmierzwecken in der Turbine verwendet werden, können Verluste in der Leistungsfähigkeit der Turbine hervorrufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Turbine mit einer gegenüber der herkömmlichen Ausführung verbesserten und wirksamen Vorrichtung zur Übernahme mindestens eines Teils des axialen Rotordruckes in einer Turbine zu schaffen.
Dabei ist eine Dampf statt Turbinenluft oder Hy-drauliköl benutzende Vorrichtung für eine Gasturbine vorgesehen, die mit einer Einrichtung zu versehen ist, welche eine Dampfquelle und ein Mittel zur Venwendung des Dampfes in einem Ausgleichkolben einschliesst.
Schliesslich ist ein verbessertes Verfahren zur Entlastung mindestens eines Teils der axialen Kraft auf ein Drucklager zu schaffen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Kurz zusammengefasst wird in einer Ausführungsform ein Ausgleichkolben, eine Druckkammer sowie eine Vorrichtung zur Dampfzufuhr beschrieben. Die Kammer wird von einem innenfiächenteil eines Trägers begrenzt, der mit dem Rotor verbunden ist und mit ihm rotiert, wobei ein nichtrotierender zweiter Träger von der Innenfläche beabstandet ist, und eine Dichtvorrichtung zwischen der rotierenden Innenfläche und dem nichtrotierenden zweiten Träger angeordnet ist. Ferner ist eine Vorrichtung zur Dampfzufuhr zur Kammer vorgesehen, damit der Dampf in der Lage ist, eine Ausgleichskraft auf den Rotor durch die verbundene Innenfläche auszuüben.
In einer anderen Ausführungsform sind Mittel zur Zufuhr von Dampf von der Kammer in den Be-triebsfluidströmungspfad der Turbine vorgesehen. Zudem ist in einer weiteren Ausführungsform eine Vorrichtung mit einer solchen Zugkolben-Ausgleichvorrichtung und einer Dampfquelle sowie einer Vorrichtung zur Zufuhr von Dampf zur Kammer ausgestattet.
In einer noch weiteren Ausführung ist eine Turbine mit einem Drucklager vorgesehen, die gemäss einem Verfahren betrieben wird, bei dem Druckgas gegen einen Träger, beispielsweise einen Teil einer Kammer, gerichtet wird, die mindestens einen Teil einer Axialkraft am Drucklager entspannt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer relativ einfachen Form einer Gasturbine mit einer Leistungsturbine, die mit der vorliegenden Erfindung zusammen verwendbar ist,
Fig. 2 einen Teilschnitt, in erster Linie durch den Leistungsturbinenteil einer Gasturbine, welche die vorliegende Erfindung benutzt, und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in grösserem Massstab, mit Details der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für industrielle Gasturbinen geeignet, die von Flugzeuggasturbinen abgeleitet und für Dampfbetrieb umgewandelt sind. Normalenweise haben derartige Turbinen Einzel- oder Doppelrotorkern mit freilaufenden Leistungsturbinen. Diese Ausführung weicht von den normalen, schwereren, industriellen Gasturbinen für Elektrizitätswerke darin ab, dass
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die normalen Turbinen normalerweise eine einzige Welle aufweisen, die mit einer festen Drehzahl, z.B. 3000 oder 6000 U/min., rotiert. Der axial abwärts oder hinten angetriebene Turbinenrotordruck von solchen Turbinenanlagen wird zu einem grossen Teil von axial vorderen oder stromaufwärts wirkenden Kompressorrotorkräfte ausgeglichen.
Mit dem Aufkommen von Turbinen der in den US-PSen zitierten Art, in welche Hochdruckdampf eingelassen wird, kann die Leistung mehrmals, beispielsweise fünfmal, verglichen mit den Trockenausführungen, in welche kein Dampf eingespritzt wird, erhöht werden. Der Druckpegel des Turbinenrotors wurde bis auf etwa 1,5 x 106 N Schubkraft erhöht, was zu einer 3- bis ömaligen Erhöhung der Drucklast führt. Diese Lasten übersteigen die Fähigkeit von herkömmlichen Lagern für die hier in Frage kommenden Wellen. Ferner benötigen gegenwärtig sehr grosse Lager sehr hohe Mengen von Schmiermittel für den Betrieb und sie verursachen hohe Reibungsverluste. Versuche zur Verteilung der Belastung in einem Doppel- oder Mehrfach-La-ger sind in der Praxis mit sehr grossen Problemen in Bezug auf die Durchführbarkeit sowie die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit verbunden. Die vorliegende Erfindung bildet eine einfachere, wirksamere und zuverlässige Alternative.
Die innovative Lösung der vorliegenden Erfindung von solchen Problemen nutzt den Vorteil einer Quelle mit Hochdruckdampf aus, der in geeigneter Weise von einem Abdampf-Dampfkessel zur Erzeugung von Druckdampf zur Einführung in die Turbine erzeugt wird. Eine solche Ausführung ist in der genannten Patentschrift von Johnson beschrieben. In einer Form der vorliegenden Erfindung wird der zur Ausübung eines Druckes oder einer Kolbenkraft verwendete Dampf vorne in bezug auf die Leistungsturbine benutzt. Diese Kraft wird auf die Oberfläche eines Trägers ausgeübt, der mit dem Rotor dieser Turbine verbunden ist und mit ihm rotiert. Da solche Träger mindestens mit einem Teil des Drucklagers verbunden sind, wird eine Kraft oder eine Zugkraft vor dem Drucklager ausgeübt. Dadurch wird mindestens ein Teil der hinteren oder flussabwärts wirkenden Lagerkraft infolge des Betriebes der Leistungsturbine entlastet.
Mittels der vorliegenden Erfindung kann eine fortgeschrittene Dampfinjektion sowie eine Hochdruckturbine mit einem einzigen Lager ausgestattet werden, das die Rotordrucklast im Trockenzustand, ohne Dampfinjektion, leicht handhaben kann. Gleichzeitig kann ein solches Lager eine passende Rotordrucklast, z.B. halbwegs, aufnehmen, wenn es mit Dampfinjektion, in Zusammenwirkung mit dem Ausgleichkolben gemäss der vorliegenden Erfindung arbeitet, um dadurch einen sicheren, wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Ein derartiges Einzellager muss nur derart ausgelegt werden, dass es die zusätzliche Rotordrucklast für den Trockenbetrieb übernimmt, wobei der Ausgleichkolben gemäss der Erfindung zur Handhabung des Rests der möglichen Rotordrucklast während des Dampfinjektions-Betriebs ausgelegt ist.
In Fig. 1 ist eine relativ einfache Turbine von der Dampfinjektionsart gezeigt. Diese sowie kompliziertere Ausführungen der Turbinen dieser Art sind in der genannten US-PS No. 4 569 195 beschrieben. Eine solche Turbine umfasst, in Serie längs des Fluidströmungspfades 10, eine Kompressorvorrichtung oder einen Kompressor 12, eine Verbrennungsvorrichtung 14 sowie eine Turbinenvorrichtung 16 mit einer freilaufenden Leistungsturbine 18, die bekannterweise zur Erzeugung von elektrischer und mechanischer Leistung dient. Der Kompressor 12 ist mit der Turbine 20 verbunden, die ihn über eine Welle 22 antreibt. Die Leistungsturbine 18 wird von einer feststehenden Motor- oder Turbinentragvor-richtung mittels der Leistungsturbinen-Lager vorne und hinten getragen, und kann als Funktion der durch ihre Turbinenschaufeln sich erweiternden Gase frei rotieren. Eine noch detailliertere Ansicht eines Typs einer Leistungsturbine ist im Schnitt in Fig. 2 gezeigt. Druckdampf von einer Quelle 23, meistens im überhitzten Zustand, wird hinten in die Turbine 20 nach Fig. 1 eingeführt.
In Fig. 2 ist eine Leistungsturbine 18 mit einem Turbinenrotor 25 mit einer Vielzahl von Turbinenschaufeln 24 gezeigt, die miteinander zu rotierenden Räder oder Scheiben 26 verbunden sind. Mindestens eine der Scheiben, z.B. diejenige 26a in Fig. 2 ist durch rotierende Träger 28 und 30 mit dem vorderen und hinteren Lager bzw. den Lagervorrichtungen 32 und 34 verbunden, wie dies bereits bekannt ist. Feststehende Flügel 36, die von einem feststehenden Träger, beispielsweise von einem äusseren Gehäuse 38 getragen werden, sind zwischen rotierenden Schaufein 24 angeordnet. In Fig. 2 ist eine Niederdruckturbine 40 stromaufwärts (nach links in der Fig.) von der Leistungsturbine 18 gezeigt, wobei die Trennung zwischen der Niederdruck- 40 und der Leistungsturbine 18 in der Nähe der hohlen, feststehenden Versteifung 44 stattfindet.
Ein rotierender Träger 30, der im hinteren Teil der Leistungsturbine, an der rotierenden Scheibe 26a befestigt ist, ist mit einem zusätzlichen Träger 50 verbunden, der den rotierenden Teilen der Lagervorrichtung 34 zugeordnet ist. In Fig. 2 ist ein Drucklager 52 in der Lagervorrichtung 34 gezeigt. Durch diese aligemeine, bekannte Anordnung wird der hintere Nettoaxialdruck von der Leistungsturbine vom Drucklager gehandhabt.
Ein Dampfansaugrohr 46, das mit einer Druckdampfquelle 23 verbunden ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, leitet Dampf durch eine Rohrvorrichtung 44 zu einer Art Ausgleichkolben 54, die in Fig. 3 detailliert gezeigt ist. Bei der Ausführung nach Fig. 2 schliesst das Rohr 48 ein Dampfströmungs-Steuer-ventil 49 ein, wie dies nachfolgend detailliert erläutert ist. Zudem ist das Dampfrohr 48 mit einem Luftrohr 51 sowie mit einem Luftsteuerventil 53 verbunden, das nachfolgend näher erläutert wird.
Im Teilausschnitt nach Fig. 3 umfasst der Ausgleichkolben gemäss der Erfindung eine Druckkammer 56 mit einer rotierenden Innenfläche 58 eines Teils eines ersten Trägers 60, der mit dem Leistungsturbinenrotor 25 verbunden ist und mit ihm rotiert, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar durch den rotierenden Träger 28. Die Druckkammer 56 ist ferner durch einen nichtrotierenden oder festen zweiten Träger 62 begrenzt, der von der festste-
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henden Versteifung 44 getragen wird und von der Oberfläche 58 des ersten Trägers 60 beabstandet ist. In der Ausführung nach Fig. 3 ist der erste sowie der zweite Träger 60, 62 praktisch ringförmig und voneinander beabstandet. Zwei Dichtungsvorrichtungen 64a und 64b, die jeweils als radial innere und äussere, labyrinthförmige Fluiddruckabfalldich-tungen bekannt sind, beschliessen die Begrenzung der Druckkammer 56 in Fig. 3. Normalerweise sind solche Dichtungsvorrichtungen ringförmig.
Dampf mit einem Druck, der beispielsweise mindestens grösser ist als derjenige an der Leistungstur-binenfluid-Einlassstation gerade oberhalb der Versteifung 44 und einen derart hohen Druck aufweist, wie dies für den Druckausgleich erforderlich ist, von der Quelle 23 in Fig. 1, wird vom Rohr 48 und demjenigen 48 in Fig. 2 durch den Hohlraum der Versteifung 44 einem Dampfrohr 66 nach Fig. 3 und dann der Druckkammer 56 zugeführt. Der Dampf wirkt auf die Wände der Kammer ein und übt eine mit der Art, in welcher das Druckfluid innerhalb der Kammer wirkt, übereinstimmende Kraft aus. Weil aber der drehbare Träger 60 der Kammer 56 durch den Rotor 25 mit dem Drucklager 52 verbunden ist, wie dies bereits erwähnt wurde, wird eine auf die Innenfläche 58 des ersten Trägers 60 ausgeübte Kraft als axiale, vorwärtsgerichtete Zugkraft auf das Drucklager 52 übertragen, wodurch mindestens ein Teil der vom Betrieb verursachten hinteren Axialkraft auf das betreffende Lager übernommen wird. Deshalb übt der Dampf, welcher eine Druckkraft auf die Innenfläche 58 des Trägers 60 ausübt, eine Zugkraft auf das Drucklager aus.
Eine weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 3 detailliert dargestellt ist, ist eine Vorrichtung zum Durchlassen von Dampf von der Druckkammer 56 zum Gasturbinen-Fluidströmungs-pfad 10 zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, wie dies z.B. in der genannten Patentschrift von Johnson beschrieben ist. Dampf aus dem Inneren der Kammer 56 strömt in gesteuerter Weise, beispielsweise durch die Dichtungsvorrichtungen 64a und 64b, und weiter in den Fluidströmungs- oder Gasströmungspfad 10 in die Turbinensektion der Anlage. Eine derartiger Dampfdurchlauf kann von der radial inneren oder äusseren Dichtungsvorrichtung in die Anlagenkammer 68 und 70 und dann durch verschiedene Anlagenstrukturen stattfinden, wie dies beispielsweise durch die Pfeile 72a und 72b angedeutet ist.
Eine weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 abgebildet und zeigt eine Dampf-strömungs-Steuervorrichtung 49 im Dampfrohr 48, oder sonst anderswo in der Dampfeinlassleitung zur Kammer 56, sofern dies zweckmässiger ist, um die Strömung von Druckdampf in die Druckkammer 56 einzustellen oder zu steuern. In einem Beispiel kann ein solches Ventil mindestens teilweise als eine Funktion der Abnutzung der Dichtungsvorrichtung 64a und 64b im Betrieb betätigt werden. Eine solche Dichtungsabnutzung neigt zum Durchlassen von mehr Dampf von der Kammer 56, wodurch der Druck in dieser Kammer reduziert und somit die Zugkraft oder die Wirkung auf das Druckiager 52 in Fig. 2 reduziert wird. Der Betrieb einer solchen
Strömungssteuervorrichtung, wie z.B. das Ventil 49, kann von einer zentraleren Steuerung gerichtet werden, der Signale einer Kraft oder eines Druckpegels oder andere Konditionen auf das Lager 52 übertragen werden können. Dies kann erreicht werden, indem ein Signal benutzt wird, das sowohl die bei der Verwendung von Gasturbinen verwendete Technologie und Betriebsbedingungen Parametern der Anlage als auch die zugeordneten ermittelt und ausstrahlt.
Eine noch weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung nach Fig. 2 ist die Venwendung eines Luftrohrs 51, das von einer Luftsteuervorrichtung oder einem Ventil 53 gesteuert wird. Eine solche Struktur ist zur Aufnahme des Zustandes vorgesehen, unter welchem die Anlage im «trockenen» Zustand, d.h. ohne Dampfinjektion für eine erhöhte Leistung und Effizienz, betrieben wird, wie dies in der genannten Patentschrift von Johnson beschrieben ist. In einem solchen «Trockenbetrieb» kann das Drucklager 52 die axial gerichtete Druckkraft in einer normalen Gasturbinenanlage aufnehmen. Es kann aber erwünschenswert sein, dass eine reinigungsartige Luftströmung oder Druckluft der Kammer 56 und dann den Kammern 68 und 70 zugeführt werden. Wenn beispielsweise das Ventil 49 im Rohr 48 geschlossen ist und kein Dampf durch das Rohr 48 fliesst, kann das Ventil 53 derart weit geöffnet werden, dass Druckluft, die passend nach oben in der Anlage, beispielsweise vom Kompressor, abgezapft ist, durch das Rohr 51 und in die Kammern 56,68 und 70 fliesst.
Die Koordination und die Ausdehnung des Betriebes der Ventile 49 und 53 kann durch eine relativ einfache Fluidströmungs-Steuervorrichtung, beispielsweise als Schalt- oder Ventilsteuervorrichtung 55 in Fig. 2 erreicht werden.
Beispielsweise kann das Schalten in eine Anlagensteuerung eingeschlossen werden, welche zwischen «trocken» und Dampfinjektion schaltet, indem bekannte Technologie in der Steuerung von Gasturbinenanlagen benutzt wird. Ferner kann diese teilweise Umschaltung zwischen Dampf und Luft in der Fluidströmungs-Steuervorrichtung 55 auf verschiedene Arten programmiert werden. So ist beispielsweise eine Variation zwischen einer Funktion als Leistungsturbinenrotor-Drucklager-Ölpum-pendruck möglich, wobei der Dampf zum Dampfkolben reduziert werden kann, wenn die Drucklagerlast der Leistungsturbine unterhalb der Konstruktionspegel liegt. In einer anderen Ausführung kann das Verhältnis des Dampfvertiefungsdrucks zum Leistungsturbineneinlass-Gasströmungsdruck durch Drosselung des Dampfventils zur Steuerung des axialen Rotordrucks eingestellt werden.
Es wurden Vergleichsberechnungen zwischen der vorliegenden Erfindung und der erwarteten Leistung von komplexeren mechanischen Lagern, wie beispielsweise zwischen ausgesuchten Paaren von belastungsteilenden Lagern, angestellt, die für die vorgenannten Lastbedingungen während der Dampfinjektion hätten konstruiert werden müssen. Diese Vergleiche haben gezeigt, dass die vorliegende Erfindung etwa den gleichen thermischen Wirkungsgrad ohne die Gefahr von Leistungsverlu-
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sten eines mit derartigen komplexen, mechanischen Lagervorrichtungen verbundenen, mechanischen Lagergerätes hat. Ferner haben Vergleichsberechnungen gezeigt, dass die vorliegende Erfindung etwa den gleichen Hitzewirkungsgrad aufweist, wie dies bei derartigen komplexen, mechanischen, sich verjüngenden Belastungsverteilungsgeräten mit Wälzlagern üblich ist, wobei der risikolose Leistungsverlust etwa 1% beträgt. Es ist eine zuverlässigere Vorrichtung mit einer zuverlässigen voraussehbaren Lebensdauer, wobei die Handhabung eines grossen Ölvorrats sowie der Bedarf an Pumpen, die einem anderen System zugeordnet sind, vermieden werden.
Die Verwendung einer Strömungssteuervorrichtung 55 und deren Koordination der Strömung des Druckdampfes, wie beispielsweise von der Quelle 23 in Fig. 1 und die Strömung von Druckluft durch das Rohr 51, ist im allgemeinen eine Funktion des Betriebs der Anlage. Ein Beispiel ist die Möglichkeit, dass die Anlagenleistung dadurch reduziert wird, dass die Drosselung vom «trocken» oder keinem Dampfbetrieb zurückgenommen wird. Die Steuervorrichtung 55 kann das Luftventil 53 und das Dampfventil 49 auf den Betrieb zur Drosselung des jeweiligen individuellen Druckes steuern, so dass der Dampfdruck bei konstanter totaler Entalphie reduziert wird, während die Dampfüberhitzung zunimmt. In dieser Weise verursacht das Mischen von drucküberhitztem Dampf mit kälterer Luft keine Kondensation. Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf die Möglichkeit, dass die Leistung der Anlage erhöht wird, wie dies beim Vorschieben der Drossel von «trocken »-Betrieb mit sauberer Luft gegen Dampfinjektionsbetrieb der Fall ist. Die Quelle oder die Zufuhr von Druckluft kann auf eine Temperatur ausgewählt werden, die ausreichend hoch ist, um eine Kondensation bei der Zufuhr von überhitztem Dampf zu vermeiden. Eine solche Steuerung und Koordination kann dadurch erreicht werden, dass bekannte Zykluskonstruktionsart und Ermittlung verwendet werden, wobei Rohr- und Schalttechnologie herkömmlicher Turbinenanlagenart benutzt werden.

Claims (11)

Patentansprüche
1. Mehrstufige Turbine mit einem Strömungspfad für das Fluid, einem axial von mindestens einem Drucklager abgestützten Rotor und einem mit diesem Lager verbundenen Ausgleichkolben zum Entlasten mindestens eines Teils einer nach rückwärts auf das Drucklager wirkenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:
a) eine Druckkammer (56) mit einer rotierenden Innenfläche (58), die von mindestens einem Teil eines ersten Trägers (60) begrenzt ist, der mit dem Rotor (25) verbunden ist und mit ihm rotiert, wobei ein nicht rotierender, zweiter Träger (62), der von der Innenfläche (58) beabstandet ist und durch eine Dichtvorrichtung (64a, 64b) begrenzt ist, die zwischen der rotierenden Innenfläche (58) und dem nichtrotierenden zweiten Träger (62) angeordnet ist, und dass die rotierende Innenfläche (58) axial vor dem nichtrotierenden, zweiten Träger (62) angeordnet ist,
b) eine Vorrichtung zur Druckdampfzufuhr zur Druckkammer (56) und gegen die Innenfläche (58), um eine axiale Vorwärtskraft auf die Innenfläche (58) sowie dadurch eine axial nach vorne gerichtete Zugkraft auf das Drucklager auszuüben, und c) eine Vorrichtung zur Zufuhr von Dampf von der Druckkammer in den Strömungspfad des Be-triebsfluids.
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Durchlassen von Dampf von der Druckkammer (56) in den Strömungspfad (10) der Turbine dient.
3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung zwei Labyrinthdichtungen (64a, 64b) aufweist.
4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Träger (60, 62) praktisch rund, voneinander beabstandet und jeweils von einer rotierenden oder nichtrotierenden Vorrichtung getragen sind, die zusammen mit der Dichtvorrichtung (64a, 64b) eine praktisch runde Druckkammer begrenzen, und die Dichtvorrichtung (64a, 64b) radial innere und äussere Fluiddichtun-gen einschliesst, die zur Steuerung der Dampfströmung von der Druckkammer (56) ausgelegt sind.
5. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zufuhr von Druckdampf zur Druckkammer (56) eine Steuervorrichtung zur Überwachung der Dampfströmung in die Druckkammer aufweist.
6. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Zufuhr von Druckluft zur Druckkammer, eine Vorrichtung zur Steuerung der Druckluftströmung zur Kammer, sowie eine Strömungssteuerung aufweist, die mit der Dampfströmungs-Steuervorrichtung und der Steuerungsvorrichtung für die Druckluftströmung zur Koordinierung der Dampf- und Luftströmung in die Druckkammer verbunden ist.
7. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zufuhr von Dampf von der Druckkammer (56) in den Strömungspfad (10) des Betriebsfluids so ausgelegt ist, dass mindestens ein Teil des Dampfes über die Dichtvorrichtung (64b) und eine Anlagekammer (70) in die erste Turbinenstufe gelangt.
8. Verfahren zum Betrieb einer mehrstufigen Turbine nach Anspruch 1, mit einem Betriebsfluid-Strö-mungspfad und einem Drucklager, das im Betrieb einer axialen Rückwärtskraft ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Druckdampfvor-rat erzeugt und den Dampf gegen einen Träger richtet, um eine Axialkraft auf den Träger nach vorne auszuüben und mindestens einen Teil der axial nach hinten gerichtete Kraft zu kompensieren, und dass man den Dampf von der Druckkammer in den Strömungspfad fliessen lässt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, in dem der Träger mindestens einen Teil einer Druckkammer begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf in die Druckkammer und gegen den Träger richtet und einen Druckluftvorrat verwendet, sowie
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Mittel wie ein Dampfrohr (48), eine Steuervorrichtung (49), ein Luftrohr (51) und ein Ventil (53) zu deren Zufuhr zur Druckkammer bereitstellt, und dass die Strömung der Druckluft und des Druckdampfes in die Druckkammer als Betriebsfunktionen der Turbine gesteuert und koordiniert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft- und die Dampfströmung gesteuert und koordiniert werden, wenn die Turbinenleistung zur Herabsetzung des Dampfdruckes bei einer konstanten, totalen Entalphie reduziert und die Dampfüberhitzung erhöht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung und die Lufttemperatur sowie die Strömumg des Dampfes gesteuert und koordiniert werden, wenn die Turbinenleistung erhöht wird, um die Kondensation des Dampfes zu verzögern.
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CH289/88A 1987-01-28 1988-01-28 CH682096A5 (de)

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