Leckage- und Sperrdampfsysteme von Industriedampfturbinen

Abstract

Als Industriedampfturbinen bezeichnet man Dampfturbinen im Leistungsbereich von 2 MW bis zu 250 MW. Industriedampfturbinen dienen dem Antrieb eines Generators oder einer entsprechenden Arbeitsmaschine. Je nach Anforderung können die Turbinen als Kondensations- oder Gegendruckturbinen ausgeführt werden. Die meisten Turbinen können auch noch zusätzlich mit Entnahmen versehen werden. Die Größe einer Turbine wird durch die Arbeitsbedingungen vorgegeben, die wesentlichen Größen sind dabei die Frischdampfparameter, die Art der Maschine, die Drehzahl, die geforderte Leistung sowie vorzusehende Entnahmen und Anzapfungen. Aus der Vielzahl an Parametern ergibt sich eine Vielzahl an möglichen Turbinengrößen. Um den Konstruktionsaufwand zu verringern haben Turbinenhersteller begonnen bestimmte Elemente der Turbine zu standardisieren und diese somit für eine große Bandbreite an Anwendungsfällen verwendbar zu machen. In diesem Zusammenhang spricht man oft vom Baukastensystem, dieses verringert die Anzahl an möglichen Turbinengrößen enorm. Die einzelnen Bauteile und Elemente skalieren dabei um den selben Faktor und die Turbinenanzahl bleibt überschaubar. Die Berechnung einer Industriedampfturbine beginnt bei der Thermodynamik, welche sich auf den Dampfpfad in der Maschine konzentriert. Der Dampfpfad beinhaltet dabei auch jene Massenströme welche über die Dichtungen verloren gehen oder welche als Sperrdampf in die Maschine gelangen. Dabei werden Leckageströme aus Labyrinthdichtungen oft der Turbine wieder hinzugeführt, um das restliche Enthalpiegefälle nutzen zu können. Ziel dieser Arbeit ist es thermodynamische Berechnungen im Programm Ebsilon vorzunehmen. Dabei sollen die Massenströme und die resultierenden Leistungsverluste bei verschiedensten Arten von Industriedampfturbinen ermittelt werden.

Industrial steam turbines are steam turbines in the power range from 2 MW up to 250 MW. They are used to drive a generator or a corresponding mechanical drive. Depending on the requirements, the turbines can be designed as condensing or back-pressure turbines. Most turbines can also be equipped with additional extractions. The size of a turbine is determined by the working conditions, the main parameters being the live steam parameters, the type of machine, the rotational speed, the required output, and the controlled and uncontrolled extractions to be provided. The large number of parameters results in a large number of possible turbine sizes. In order to reduce the design effort, turbine manufacturers have begun to standardize certain elements of the turbine and thus make them suitable for a wide range of applications. This is often referred to as a modular system, which greatly reduces the number of possible turbine sizes. The individual components and elements scale by the same factor and the number of turbines remains manageable. The calculation of an industrial steam turbine starts with thermodynamics, which focuses on the steam path in the machine. The steam path also includes those mass flows which are lost via the seals or which enter the machine as blocking steam. Leakage flows from labyrinth seals are often reintroduced into the turbine in order to utilize the remaining enthalpy drop. The aim of this work is to carry out thermodynamic calculations in the program Ebsilon. The final result should be the mass flows and the resulting power losses for different types of industrial steam turbines.