SE509390C2 - Ångturbin - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 390 externt styrd avtappning endast inkluderar en ventilmeka- nism, anordnad på avtappningsutloppsledningen, inbegriper internt styrd avtappning en ventilmekanism inuti ångturbi- nens hölje. Ett antal olika lösningar har tidigare föresla- gits.

Enligt en lösning leds ångan radiellt utåt från en första turbindel och samlas i kammare anordnade radiellt utvändigt om turbinens normala hölje. Den ånga som inte avtappas leds med hjälp av ett ventilarrangemang längs en komplicerad flö- desbana radiellt inåt till den andra turbindelens inlopp.

Denna lösning är mycket skrymmande och ångans flöde störs, vilket resulterar i relativt höga tryckförluster.

Enligt en annan lösning är en roterbar skiva som har ett an- tal öppningar anordnad nedströms om ett ångavtappningsutlopp men uppströms om en delningsvägg som har ett motsvarande antal öppningar. Genom rotation av skivan kan nämnda skivöppningar positioneras i linje med delningsväggsöppning- arna, och sålunda tillåta ett ångflöde från en första tur- bindel till en andra turbindel. ning är att rotationen av skivan fordrar krafter som kan Nackdelarna med denna lös- vara svåra att uppnå när ångans tryck är högt och att den möjliga öppningsarean är begränsad till halva inloppsarean hos turbindelen nedströms om delningsväggen. Även vid denna lösning störs ångflödet, vilket resulterar i relativt höga tryckförluster.

Enligt ytterligare en annan lösning är en delningsvägg an- ordnad i ett plan mot vilket turbinens längdaxel bildar nor- om ett ångavtappningsutlopp. Nämnda malen, och nedströms vägg har ett antal passager, försedda med ventilskivor som är anordnade mot ett ventilsäte i ett plan som är vinkelrätt mot nämnda plan. Ventilskivorna kan lyftas fràn sätena utmed en tangentiell riktning. Även detta arrangemang resulterar i 10 15 20 25 30 35 509 39Û en komplicerad flödesbana, vilken inbegriper flera ändringar av àngflödesriktningen.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att avhjälpa de ovan nämnda pro- blemen och tillhandahålla en förbättrad anordning för regle- ring av flödet av ånga som avtappas vid en nællanliggande position från en ångturbin. I synnerhet bör nämnda anordning vara kompakt och manövrerbar på ett enkelt sätt.

Detta syfte uppnås med hjälp av den inledningsvis definie- rade ångturbinen, vilken är kännetecknad av att ventilorga- net innefattar åtminstone en ventilskiva som är roterbar kring en axel, som är väsentligen vinkelrät mot ångflödet i ventilorganets område och väsentligen radiell med avseende på längdaxeln. Med ett sådant ventilorgan kan ventilskivan anordnas inuti den huvudsakligen axiella ångflödesbanan.

Därför är ventilorganets byggdimensioner små och ventilski- van behöver inte något ytterligare radiellt utrymme. Detta betyder att den vanliga ytterdiametern hos ett àngturbin- hölje kan bibehållas. ventilskiva, Dessutom kan, genom en sådan roterbar de ångflödeskrafter som verkar på ventilskivan så att de kraf- ter som behövs för att ställa in ventilens position är rela- balanseras med hänsyn till nämnda skivaxel, tivt låga. Dessutom har ventilskivan, vid en relativt låg öppningsgrad hos ett sådant ventilorgan, en riktningskompo- nent riktad i ångflödets riktning, så att den därvid leder ångflödet snarare än stryper detsamma. Ett sådant ventilor- gan tillåter internt styrd àngavtappning för en extern pro- cess med ett konstant tryck hos den avtappande ångan inom ett brett flödesintervall. Enligt ett utförande därav, inne- fattar ventilorganet styrmedel anordnade att styra ventil- skivans rotation. Därvid kan nämnda styrmedel inrättas att styra ventilskivans rotation för att reglera ångflödet ige- nom nämnda passage och sålunda trycket hos det mellanlig- 10 15 20 25 30 35 509 390 gande ångutloppets ånga. Enligt ett ytterligare utförande därav är passagen så formad att ångans riktning igenom denna är väsentligen axiell och perifer. Sålunda erhålls en rela- tivt rak ångflödesbana, vilket leder till minimala tryckför- luster. Det gör det även möjligt att hålla en hög hastighet hos ångan igenom nämnda passage och ventilorganet. Följakt- ligen kan ángturbinens prestanda förbättras.

Dessutom uppnås det ovan angivna syftet med hjälp av den in- ledningsvis definierade ångturbinen, vilken är kännetecknad av att nämnda passage är så formad att àngflödets riktning genom denna är väsentligen axiell och att ventilorganet in- nefattar åtminstone en ventilskiva som är förskjutbar i en väsentligen radiell riktning med hänsyn till nämnda längd- axel. Även med ett sådant ventilorgan kan ventilskivan an- ordnas inuti den väsentligen axiella ångflödesbanan, och därför är ventilorganets byggdimensioner kompakta och höl- jets ytterdiameter kan bibehàllas. Arean hos en sådan ven- tilskiva. behöver inte vara vidsträckt, och därför kan de ångflödeskrafter som verkar på denna hållas på en moderat nivå, så att ventilskivans funktion alltid kan garanteras. Även ett sådant ventilorgan tillåter internt styrd ångav- tappning för en extern process med ett konstant tryck hos den avtappade ångan inom ett brett flödesintervall. Vidare fås med en sådan rak ångflödesbana minimala tryckförluster, en hög hastighet hos ångan och en förbättrad prestanda hos ångturbinen. Enligt ett utförande därav innefattar ventilor- ganet styrmedel anordnade att styra nämnda väsentligen radi- ella förskjutning av ventilskivan. Därvid anordnas styrmed- let att styra nämnda väsentligen radiella förskjutning av ventilskivan för att reglera ångflödet igenom nämnda passage och sålunda trycket hos det mellanliggande àngutloppets ånga. Företrädesvis är ventilskivan förskjutbar i ett plan mot vilket nämnda längdaxel väsentligen bildar normalen. 10 15 20 25 30 35 509 .390 Enligt ytterligare ett utförande av den föreliggande uppfin- ningen är nämnda passage formad så att tvärsnittsarean hos dettas ångutlopp väsentligen motsvarar tvärsnittsarean hos den andra ångturbindelens inlopp. Sålunda kan den ånga som förs in i. den andra àngturbindelen distribueras över hela inloppsarean hos nämnda turbindel.

Enligt ett ytterligare utförande av den föreliggande uppfin- ningen innefattar nämnda passagemedel två eller flera passa- ger igenom delningsväggen.

Enligt ett ytterligare utförande av den föreliggande uppfin- ningen är det radiella avståndet fràn nämnda längdaxel till den första turbindelens utloppssida väsentligen detsamma som till nämnda passages inloppssida.

Enligt ytterligare ett utförande av den föreliggande uppfin- ningen innefattar ángturbinen ett hölje som innesluter nämnda komponenter. Därvid kan ventilorganet innefatta ett drivmedel som är anordnat utvändigt om höljet och förbundet med ventilskivan med hjälp av en axel som sträcker sig ige- nom höljet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den föreliggande uppfinningen skall nu förklaras mer detal- jerat medelst beskrivningen av olika utföranden av denna och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig 1 visar ett longitudinellt tvärsnitt av en àngturbin enligt ett utförande av den föreliggande uppfin- ningen.

Fig 2 visar ett tvärsnitt av ángturbinen i Pig l.

Fig 3 visar en tvärsnittsvy längs linjen III-III i Fig 2.

Pig 4 visar ett tvärsnitt liknande det i Fig 2 av ángtur- binen enligt ett ytterligare utförande av den före- liggande uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 509 590 DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRANDBN Fig 1 visar en àngturbin 1 som har ett schematiskt visat ànginlopp 2 och ett schematiskt visat ángutlopp 3. Det bör noteras att ändpartierna hos àngturbinen 1 har utelämnats i Fig 1. Ångturbinen 1 innefattar en rotor 4 som är lagrad i ett hölje 5 och roterbar kring en längdaxel 6. Nedströms om ànginloppet 2 är en inloppskammare 7 anordnad, vilken följs av en första turbindel 8 som har ett antal turbinsteg, vilka vart och ett innefattar en stationär ledskenekrans 9 och ett rotorbladshjul 10. Det bör noteras att inloppskammaren 7 kan vara indelad i två eller fler individuellt styrda inlopps- kammare för att tillåta partiell drift. Nedströms om turbin- delen 8 är ett utrymme ll anordnat, vilket har ett mellan- liggande ángutlopp 12. Nedströms om utrymmet 11 är en del- ningsvägg 13 anordnad, vilken har fyra passager 14 igenom Passagernas 14 inloppssida innefattar vilken skall be- och passagernas 14 utloppssida följs av en sig, se Fig 2 och 3. ventilorgan i form av en ventilskiva 15, skrivas senare, andra turbindel 16, vart och ett innefattar en stationär ledskenekrans 17 och vilken har ett antal turbinsteg, vilka ett rotorbladshjul 18. Nedströms om den andra turbindelen 16 följer utloppet 3. Dessutom kan àngturbinen 1 innefatta flera mellanliggande ángutlopp såsom indikerats vid 19, av olika dimensioner och för olika ändamål.

Med hänvisning till Fig 1-3 framgår det att en ventilskiva 15 är anordnad i var och en av passagerna 14 att vara roter- bar kring en axel 20, som en så kallad fjärilsventil. Axeln 20 sträcker sig väsentligen igenom ventilskivans 15 centrum och följaktligen kan de krafter hos àngflödet som verkar på ventilskivan 15 balanseras, så att krafterna är lika på var sida om axeln 20. Därför kan ventilskivan 15 roteras med hjälp av en relativt liten kraft, vilket underlättar ven- tilskivans 15 nmnövrering. I axelns 20 riktning sett har 10 15 20 25 30 35 509 590 varje ventilskiva 15 en konvex form som innesluter ett plan som innefattar axeln 20. En sådan fonn är fördelaktig för styrningen av flödet igenom passagen. Det bör emellertid no- teras att ventilskivan även kan ha andra former i axelns 20 riktning sett. T ex kan ventilskivan vara väsentligen plan eller vara krökt med en konvex form på en sida och en konkav form på den andra sidan. I passagernas 14 riktning sett är varje ventilskiva 15 cirkulär i det visade utförandet. Emel- lertid är även andra former möjliga, exempelvis en oval el- ler elliptisk form eller en mer rektangulär eller polygonal form. Var och en av ventilskivorna 15 är förbunden med ett respektive drivmedel 21 medelst en roterbar axel 22. Varje individuellt drivmedel 21 kan vara förbundet med ångturbi- nens 1 styrsystem, vilket är schematiskt indikerat vid 23.

Såsom framgår av Fig l och 2 är drivmedlen 21 anordnade ut- vändigt om höljet 5, och axlarna 22 sträcker sig igenom höl- jet längs axeln 20 i en väsentligen radiell riktning. Det bör noteras att axeln 20 även kan vara riktad i någon annan än en radiell riktning, exempelvis i en tangentiell rikt- ning. Axeln 20 kan även vara lutad med hänsyn till ångtur- binens längdaxel 6 i en framåt- eller bakåtlutad riktning.

Såsom framgår av Fig 2 och 3, sträcker sig passagerna 14 i en väsentligen axiell och perifer riktning. Passagernas 14 tvärsnittsarea minskar i det därigenom gående ångflödets riktning. Det framgår även av dessa figurer att tvärsnitts- arean hos passagernas 14 utlopp väsentligen motsvarar tvär- snittsarean hos den andra turbindelens 16 inlopp, represen- terat av ledskenekransen 17 i Fig 3.

Ofta önskar man bibehålla ett konstant tryck hos den ånga som lämnar ångturbinen 1 via det mellanliggande ångutloppet 12. Detta kan åstadkommas medelst de i Fig 1-3 visade ven- tilorganen genom styrning av ventilskivans l5 rotation eller öppningsgrad. Om samtliga ventilskivor 15 är stängda, kommer ett maximalt àngflöde att ledas igenom det nællanliggande 10 15 20 25 30 35 509 390 àngutloppet 12. Genom att öppna en eller flera av ventilski- vorna 15 något, leds en del av ångan igenom den motsvarande passagen eller passagerna 14 till den andra turbindelen 16, och därigenom reduceras àngflödet och trycket vid det mel- lanliggande àngutloppet 12. Sålunda kan trycket hos den ånga som avtappas igenom utloppet 12 vara konstant medan ångflö- det igenom àngturbinen 1 varierar inom ett brett intervall.

Pig 4 beskriver ett andra utförande av àngturbinen 1 enligt den föreliggande uppfinningen. Det bör noteras att komponen- ter som har en motsvarande konstruktion och funktion är för- sedda med sama hänvisningsbeteckningar i samtliga utföran- den. Ventilorganet enligt detta utförande innefattar fem förskjutbara ventilskivor 25, anordnade i ett cirkelarran- gemang där var och en är förskjutbar längs en axel 20 som sträcker sig i en väsentligen radiell riktning. Ventilski- vorna 25 är anordnade uppströms om delningsväggen 26, vilken har en passage 27 med ett ringformat tvärsnitt och är hu- vudsakligen koncentrisk med avseende på ångturbinens 1 längdaxel 6. När ventilskivorna 25 dras tillbaka och passa- helt ledskenekransens 17 inloppsarea. gen 27 är öppen motsvarar dennas tvärsnittsarea Genom en sådan passage 27 kan åtminstone en del av ångflödet ledas i en väsentligen rak axiell riktning från den första turbindelen 8 till den andra turbindelen 16. Delningsväggen 26 inkluderar ett ut- skjutande ventilsäte 28 som sträcker sig i en omfàngsrikt- ning på bägge sidor om passagen 27. Dessutom är utskjutande flänsar 29 anordnade för styrning och stödjande av ventil- skivorna 25. Både flänsarna 29 och ventilsätet 28 skjuter ut höjd. stängningsrörelsen glider ventilskivorna 25 på sätet 28 och bakåt till väsentligen samma Under öppnings- och flänsarna 29 i ett plan mot vilket ångturbinens 1 längdaxel 6 väsentligen bildar normalen. Var och en av ventilskivorna 25 är förbunden med ett respektive drivmedel 30 (enbart ett visas i Fig 4) medelst en axel 31. Såsom i det i Fig 1-3 be- skrivna utförandet kan varje individuellt drivmedel 30 vara 10 15 20 25 30 35 509 390 förbundet med ångturbinens l styrsystem. Såsom framgår av Fig 4, är drivmedlen 30 anordnade utvändigt om höljet 5 och sträcker sig axlarna 31 igenom höljet 5 utmed axeln 20 i en väsentligen radiell riktning. I ångturbinens 1 axialriktning sett har ventilskivorna 25 en så gott som triangulär form, så att passagen 27 helt kan täckas när ventilskivorna 25 är stängda. Andra former skulle också kunna vara möjliga. Ef- tersom ventilskivorna 25 har en relativt liten area i ång- turbinens 1 axialriktning sett, kan de ångflödeskrafter som verkar på ventilskivorna 25 överträffas medelst vanliga drivmedel 30. utrymmet mellan dessa kan dessutom trycket i kammaren upp- På grund av de utskjutande flänsarna 29 och ströms om delningsväggen 26 verka på en väsentlig del av varje ventilskivas 25 baksida, och därför kan friktionen mot sätet 28 och flänsarna 29 reduceras.

Sålunda kan, genom öppning av en eller flera av ventilski- vorna 25, trycket hos den genom utloppsledningen 12 avtap- pade ångan styras, exempelvis till en väsentligen konstant nivå, på samma sätt som i det i Fig 1-3 visade första utfö- randet.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de vi- sade utförandena, utan kan varieras och modifieras inom ra- men för de följande kraven. T ex kan de förskjutbara ventil- skivorna 25 göras mindre och anordnas för att täcka en öpp- ning hos en sådan passage såsom beskriven i Fig 1-3. Dess- utom kan ångturbinen 1 innefatta fler än ett ångavtappnings- utlopp 12 och ventilmedel 15, t ex med en turbindel som in- nefattar åtminstone ett turbinsteg mellan varje sådant av- tappningsarrangemang. I synnerhet bör det noteras att ett uppströms ventilorgan kan inkludera en ventilskiva 15, såsom beskriven i det första utförandet, och att ett nedströms ventilorgan kan inkludera en ventilskiva 25, såsom visad i det andra utförandet.

Claims (13)

f 10 15 20 25 30 35 509 390 10 Patentkrav

1. Ångturbin innefattande en rotor (4), som är roterbar kring en längdaxel (6), och följande efter varandra anord- nade komponenter: ett ånginlopp (2); en första turbindel (8) som har åtmins- tone ett turbinsteg; ett mellanliggande ángutlopp (12); en delningsvägg (13) som har åtminstone en ångpassage (l4); en andra ångturbindel (16) som har åtminstone ett turbinsteg; och ett ángutlopp (3), varvid nämnda passage (14) är försedd med ett ventilorgan (15) anordnat att styra ångflödet igenom nämnda passage, kännetecknad av att nämnda ventilorgan inne- fattar åtminstone en ventilskiva (15) som är roterbar kring en axel (20), som är väsentligen vinkelrät mot ångflödet i ventilorganets område och väsentligen radiell med avseende på lângdaxeln (6).

2. Ångturbin enligt krav 1, kännetecknad av att ventilor- ganet (15) innefattar' medel (21, 23) anordnade att styra ventilskivans (15) rotation.

3. Ångturbin enligt krav 2, kännetecknad. av att nämnda styrmedel (21, 23) är anordnade att styra ventilskivans (15) rotation för att reglera ångflödet igenom nämnda passage (14) och följaktligen trycket hos det mellanliggande ångut- loppets (12) ånga.

4. Ångturbin enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att nämnda passage (14) är så formad. att riktningen. hos ångan igenom denna är väsentligen axiell och perifer.

5. Ångturbin, innefattande en rotor (4), som är roterbar kring en längdaxel (6), och följande efter varandra anord- nade komponenter: ett ånginlopp (2); en första turbindel (8), vilken har åt- minstone ett turbinsteg; ett mellanliggande ángutlopp (12); 10 15 20 25 30 35 509 590 ll (27): som har åtminstone ett turbinsteg; en delningsvägg (13) som har åtminstone en ångpassage (16) och ett ångutlopp (3), varvid nämnda passage (27) är försedd en andra turbindel med ett ventilorgan (25) anordnat att styra ångflödet igenom (27) är så formad att riktningen hos ångflödet genom denna är vä- nämnda passage, kännetecknad av att nämnda passage sentligen axiell och att ventilorganet innefattar åtminstone (25) radiell riktning med hänsyn till nämnda längdaxel. en ventilskiva som är förskjutbar i en väsentligen

6. Ãngturbin enligt krav 5, kännetecknad av att ventilor- (25) (30, 23), anordnat att styra den väsentligen radiella förskjutningen av ventilski- ganet innefattar ett styrmedel van (25).

7. Ãngturbin enligt krav 6, kännetecknad av att styrmedlet (30, 23) är anordnat att styra nämnda väsentligen radiella förskjutning av ventilskivan (25) för att reglera ångflödet (27) lanliggande ångutloppets ånga. igenom nämnda passage och sålunda trycket hos det mel-

8. Ångturbin enligt något av kraven 5-7, kännetecknad av (25) längdaxeln (6) huvudsakligen bildar normalen. att ventilskivan är förskjutbar i ett plan mot vilket

9. Ångturbin enligt något av de föregående kraven, känne- (14, 27) tvärsnittsarean hos dennas ángutlopp väsentligen nwtsvarar (16) tecknad av' att nämnda. passage är formad. så att tvärsnittsarean hos den andra ångturbindelens inlopp.

10. Ångturbin enligt något av de föregående kraven, känne- (14) flera passager igenom ledningsväggen. tecknad av att nämnda. passage innefattar tvâ eller

11. Ångturbin enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att det radiella avståndet från längdaxeln (6) 509 390 12 till den första turbindelens (8) utloppssida är väsentligen detsamma som till nämnda passages (14, 27) inloppssida.

12. Ångturbin enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av ett hölje (5) som innesluter nämnda komponenter.

13. Ångturbin enligt krav 12, kännetecknad av att ventilor- ganet (14, 27) innefattar ett drivmedel (21, 30), som är an- ordnat utvändigt om höljet (5) och förbundet med ventilski- van (15, 25) medelst en axel (22, 31) som sträcker sig ige- nom höljet (5).