Thermodynamische und strömungstechnische Berechnung einer Industriedampfturbine

Abstract

Dampfturbinen sind Wärmekraftmaschinen die Energie aus dem Wasserdampf gewinnen und über den Rotor abgeben. Als Industriedampfturbinen werden Dampfturbinen bezeichnet die einen Leistungsbereich von etwa 2 MW bis zu 250 MW aufweisen, wobei Leistungen über 100 MW eher selten sind. In dieser Arbeit wird eine Gegendruck-Industriedampfturbine berechnet. Dabei sollen wesentliche Parameter wie die Abmessungen und thermodynamischen Zustände bestimmt werden. Die thermodynamische Berechnung beruht auf der Erhaltung von Masse und Energie. Für die analytische Berechnung der Strömung wird ein 1-D Verfahren angewendet. Die Leistungsregelung der Industriedampfturbine erfolgt über eine einkränzige Regelstufe in Gleichdruckbauweise. Bei den weiteren Turbinenstufen handelt es sich um Überdruckstufen mit einem Reaktionsgrad von 50%. Als Schaufelprofil der Überdruckstufen wird das Traupel-Profil verwendet. Um den axialen Schub zu reduzieren wird ein Ausgleichskolben eingeplant. Mittels Berechnung wird der mittlere Stufendurchmesser der Regelstufe mit 630 mm festgelegt. Der konstante Nabendurchmesser der Stufengruppe, die aus 13 Stufen besteht, wird mit 375 mm angenommen.

Steam turbines are heat engines which extract energy from steam. The recovered energy is used to perform mechanical work. Industrial steam turbines have a power range of 2 MW to 250 MW, although outputs of more than 100 MW are quite rare. In this thesis, a back pressure steam turbine is calculated. In the process, the main dimensions and the thermodynamic parameters are determined. The thermodynamic calculation is based on the conservation of mass and energy. For the analytical calculation of the flow, a 1-D method is used. The first stage is an impulse stage, with one ring of moving blades for controlling the steam flow and, therefore, the power output. The further stages are 50% reaction stages. Traupel’s profile is used for all reaction stages. To reduce the axial forces a balancing piston is provided.It was found, in terms of measurements, that the control stage requires a middle diameter of 630 mm. The stage group in the drum section, which consists of 13 stages, has a constant hub diameter of 375 mm.