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Dokumentenidentifikation DE10048439C2 19.09.2002
Titel Dampfturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Kraner, Edmund, 91056 Erlangen, DE;
Sauer, Harry, 90542 Eckental, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.2000
DE-Aktenzeichen 10048439
Offenlegungstag 25.04.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse F01K 9/02
IPC-Nebenklasse F01K 17/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanlage mit einer Vakuumpumpeinrichtung, welche in Serie nacheinander angeordnet eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage, bei dem mittels einer Vakuumpumpeinrichtung, die in Serie nacheinander eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist, eine Anlagenkomponente entlüftet wird.

Bei einer Dampfturbinenanlage, beispielsweise auf dem Gebiet der Energieerzeugung, ist in der Regel eine Hauptturbinenanlage mit mehreren Turbinenstufen vorgesehen, um den Energieinhalt des bereitgestellten Dampfes möglichst gut auszunutzen. Leistungsstarke Dampfturbinenanlagen weisen in der Regel eine Hochdruck-, eine Mitteldruck- und eine Niederdruckstufe auf, wobei ein in einem Kessel erhitzter Dampf der Hochdruckstufe zugeführt wird und sich in Richtung zur Niederdruckstufe entspannt. Die Niederdruckstufe weist endseitig einen Unterdruck in der Größenordnung zwischen 80 mbar und 18 mbar auf. Der aus der Niederdruckstufe austretende Dampf wird einem Kondensator zugeführt und dort auskondensiert.

Die bei der Kondensation im Kondensator anfallende Gasmenge muss aus diesem abgesaugt werden. Hierzu ist eine Vakuumpumpeinrichtung vorgesehen, die aufgrund des niedrigen Enddrucks an der Niederdruckstufe saugseitig einen Unterdruck beispielsweise ≤ 18 mbar erreichen muss. Aufgrund der in der Dampfturbinenanlage anfallenden, in der Regel großen Dampfmenge muss die Vakuumpumpeinrichtung zum Absaugen einer großen Gasmenge eines Fördergases aus dem Kondensator zu dessen Entlüftung ausgelegt sein.

In einer Dampfturbinenanlage für ein großes Kraftwerk ist gewöhnlich weiterhin eine Nebenturbine für eine Speisewasserzuführung zum Kessel vorgesehen, die beispielsweise eine Leistung von 20 MW gegenüber einer Leistung der Hauptturbinenanlage von etwa 1 GW aufweist. Dieser Nebenturbine ist ebenfalls ein Kondensator zugeordnet, der entlüftet werden muss.

Der jeweilige Kondensator umfasst in der Regel ein Röhrensystem, das von dem zu kondensierende Dampf aus der Turbine beaufschlagt wird. Gekühlt wird der Dampf mit Hilfe von Wasser, das dem Kondensator über eine sogenannte Wasserkammer zugeführt wird. Um die Arbeitsfähigkeit des Kondensators zu erhalten, muss auch die Wasserkammer entlüftet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Entlüftungsleistung im Hinblick auf den Kondensator für die Niederdruckstufe, für die Nebenturbine und im Hinblick auf die Wasserkammer des Kondensators, ist gegenwärtig für jedes dieser drei Teilsysteme eine eigene Vakuumpumpeinrichtung vorgesehen.

Aus der GB 1 542 483 ist zum Entlüften eines Kondensators einer Dampfturbine eine Vakuumpumpeinrichtung bekannt, bei der in Serie nacheinander eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe vorgesehen sind. Als Treibmittel für die Strahlpumpe ist Luft vorgesehen. Durch Vorschalten der Strahlpumpe vor die Flüssigkeitsringpumpe wird der zu erzielende Unterdruck verbessert. Typischerweise lässt sich mit einer Flüssigkeitsringpumpe ein Unterdruck von ca. 50 mbar erzeugen. Durch Vorschalten einer Strahlpumpe lässt sich mit dem Gesamtsystem ein Unterdruck von bis zu < 15 mbar erreichen.

Bei dem System bestehend aus der Strahlpumpe und der Flüssigkeitsringpumpe besteht generell das Problem, dass die Flüssigkeitsringpumpe sowohl für die Menge des eigentlichen abzusaugenden Fördergases zuzüglich der Menge des Treibmittels für die Strahlpumpe ausgelegt sein muss. Dabei ist die notwendige Menge an Treibluft für eine luftbetriebene Strahlpumpe um ein Vielfaches höher als die aus dem Kondensator abzusaugende Menge des Fördergases. Um z. B. aus einem Kondensator einen Fördergasmassenstrom, bestehend aus einem Gemisch aus etwa 15 kg/h Luft und 35 kg/h Dampf, von etwa 40 mbar auf 125 mbar mittels der Strahlpumpe zu verdichten, ist ein Treibluftmassenstrom von etwa 200 kg/h notwendig. Aufgrund dieses sehr hohen Luftanteils ist die Flüssigkeitsringpumpe für Trockenluft als Fördergas auszulegen. Dies mindert im Vergleich zu feuchter Luft als Fördergas die Leistungsfähigkeit der Flüssigkeitsringpumpe.

Eine Flüssigkeitsringpumpe und, ihr Wirkprinzip ist beispielsweise aus der Siemens-Broschüre "ELMO-L2BL1 - luftgekühlt, ölfrei: die neue Generation von Vakuumpumpen", Siemens Aktiengesellschaft Deutschland, 12/98, Bestellnr.: E20001-P782- A208, oder auch aus dem Internet unter http://ww.ad.siemens.de/elmo (Stand August 2000) zu entnehmen. Die beschriebene Flüssigkeitsringpumpe weist ein exzentrisch in einem Gehäuse sitzendes Laufrad aus. Durch die Laufraddrehung bildet ein Betriebsmittel, in der Regel Wasser, im Gehäuse einen mitumlaufenden Wasserring. Aufgrund der exzentrischen Anordnung des Laufrads bilden sich zwischen der Laufradnabe und dem mitumlaufenden Wasserring unterschiedlich große Teilräume aus, in denen das zu pumpende Medium verdichtet wird.

Die Kombination einer Strahlpumpe mit nachgeordneter Flüssigkeitsringpumpe ist weiterhin beispielsweise aus der EP 0 88 226 A2 sowie der DE 29 13 960 A1 zu entnehmen. Gemäß der EP 0 88 226 wird die Flüssigkeitsringpumpe mit Öl als Betriebsmittel betrieben, welches bis auf eine Temperatur von etwa 130°C erwärmt wird. Um die in dem Öl gespeicherte Energie auszunutzen, ist es vorgesehen, über einen Wärmetauscher Wasser zu verdampfen und diesen Dampf der Strahlpumpe als Treibmittel zuzuführen. Eine separate Treibmittelversorgung ist daher bei diesem System nicht notwendig. Allerdings ist dieses System auf ölbetriebene Flüssigkeitsringpumpen beschränkt, bei denen das Öl auf Temperaturen über 100°C erhitzbar ist. In der Regel werden die Flüssigkeitsringpumpen mit Wasser betrieben, welches üblicherweise bis maximal auf etwa 35°C erwärmt wird, wie es aus der obengenannten Siemens- Broschüre zu entnehmen ist.

Gemäß der DE 29 13 960 A1 wird Luft aus einem der Flüssigkeitsringpumpe zugeordneten Abscheider der Strahlpumpe als Treibmittel zugeführt. Dabei wird die aus dem Abscheider entnommene Luft entfeuchtet, um der Strahlpumpe eine möglichst trockene Luft zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen Betrieb einer Dampfturbinenanlage bei einer einfachen Installation zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Dampfturbinenanlage mit einer Vakuumpumpeinrichtung, die in Serie nacheinander angeordnet eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist, wobei mit der Strahlpumpe eine Dampfleitung zur Zuführung eines in der Anlage anfallenden Dampfs als Treibmittel für die Strahlpumpe verbunden ist.

Als Dampf wird hierbei insbesondere überschüssiger Dampf herangezogen, um den Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage nicht zu beeinträchtigen. Die Verwendung von Dampf als Treibmittel hat den entscheidenden Vorteil, dass dadurch die benötigte Menge an nicht kondensierbaren Treibmittel im Vergleich zu der herkömmlich verwendeten Treibluft deutlich verringert ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, die der Strahlpumpe nachgeordnete Flüssigkeitsringpumpe für deutlich geringere Massenströme auszulegen, so dass sich dadurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielen lassen. Durch die Verwendung von Dampf oder von Dampf-Luft-Gemisch unter Atmosphärendruck als Treibmittel sinkt der Leistungsbedarf im Hinblick auf den durch die Flüssigkeitsringpumpe zu fördernden Massenstrom nämlich um etwa 40-50%, da der dampfförmige Massenanteil in der Flüssigkeitsringpumpe kondensiert und nicht auf atmosphärischen Druck verdichtet werden muss.

Zweckdienlicherweise ist die Dampfleitung, über die der Strahlpumpe Dampf als Treibmittel zugeführt wird, an einen Sperrdampfkreislauf für eine Turbinenwellendichtsystem angeschlossen.

Zum Abdichten der rotierenden Turbinenwelle ist in der Regel eine Labyrinthdichtung vorgesehen, durch die ein sogenannter Sperrdampf geführt wird. Nach Verlassen der Turbinendichtung wird dieser Sperrdampf auch als Wrasendampf bezeichnet. Dieser Wrasendampf ist ein in der Dampfturbinenanlage anfallendes "Abfallprodukt" und eignet sich daher besonders zur Verwendung als Treibmittel unter Atmosphärendruck, ohne den Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus hat die Zuführung des Wrasendampfes zu der Vakuumpumpeinrichtung weiterhin den entscheidenden Vorteil, dass der Wrasendampf - durch das Prinzip der Flüssigkeitsringpumpe bedingt - auskondensiert. Das üblicherweise bei einer Dampfturbinenanlage vorgesehene Kondensationssystem für den Wrasendampf ist daher nicht notwendig. Dadurch lassen sich Investitionskosten einsparen und zudem ist der notwendige Installationsbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Dampfturbinenanlagen reduziert.

Zweckdienlicherweise ist mit der Dampfleitung eine Gasleitung zur Beimischung von Luft zur Ausbildung eines Dampf-Luft-Gemisches als Treibmittel für die Strahlpumpe verbunden. Dadurch ergibt sich ein besonders effizienter Betrieb für die Strahlpumpe. Insbesondere wird etwa eine gleichmäßige Massenstromverteilung zwischen Luft und Dampf für das Gemisch eingestellt. Die Beimischung von Luft hat zudem den Vorteil, dass die notwendige Treibmittelmenge einfach eingestellt werden kann, insbesondere dann, wenn die Menge an Wrasendampf begrenzt ist, so dass diese Dampfmenge alleine als Treibmittel nicht ausreicht.

Zweckdienlicherweise ist die Gasleitung dabei mit ihrem weiteren Ende mit der Flüssigkeitsringpumpe druckseitig und insbesondere an einem der Flüssigkeitsringpumpe zugeordneten Abscheider angeschlossen. Die von der Flüssigkeitsringpumpe auf atmosphärischen Druck verdichtete Luft wird also als Treibmittel mit hinzugezogen. Dies hat den Vorteil, dass ein separater Verdichter für die Zuführung zur Strahlpumpe nicht erforderlich ist.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist die Vakuumpumpeinrichtung über eine erste Entlüftungsleitung zur Entlüftung eines Kondensators an diesen angeschlossen, der zur Kondensation eines aus einer Dampfturbine, insbesondere aus einem Niederdruckteil einer Dampfturbine austretenden Prozessdampfes vorgesehen ist.

Bevorzugt ist die Vakuumpumpeinrichtung gleichzeitig über eine zweite Entlüftungsleitung an einen zweiten Kondensator angeschlossen, der einer Nebenturbine zugeordnet ist. Es wird also vorzugsweise sowohl der Kondensator der Hauptturbine sowie der der Nebenturbine über die gleiche Vakuumpumpeinrichtung entlüftet. Damit entfällt die Notwendigkeit von mehreren den einzelnen Kondensatoren zugeordneten Vakuumpumpeinrichtungen.

In der Regel weist der Kondensator für eine Kühlflüssigkeit eine Wasserkammer auf, die zu ihrer Entlüftung bevorzugt über eine dritte Entlüftungsleitung mit der Vakuumpumpeinrichtung verbunden ist.

Es ist also ein einheitliches, zentrales Vakuumpumpsystem in Form der Vakuumpumpeinrichtung vorgesehen, das für eine Vielzahl von Komponenten in der Dampfturbinenanlage ein Vakuum bereitstellt. Dadurch ist der Installationsaufwand und auch Wartungsaufwand im Hinblick auf das Vakuumpumpsystem deutlich reduziert im Vergleich von einer Vielzahl von dezentralen Vakuumpumpsystemen.

Zur Entlüftung der Wasserkammer ist die dritte Entlüftungsleitung vorzugsweise an einer Zusatzöffnung der Flüssigkeitsringpumpe angeschlossen. Über diese wird aus dem Kühlwasser ausgasende und gesättigte Wasserkammer-Luft aus der Wasserkammer abgesaugt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die aus der Wasserkammer abgesaugte Menge an gesättigter Luft der Flüssigkeitsringpumpe separat zugeführt und nicht der aus den beiden Kondensatoren abgesaugten Fördergasmenge zugeschlagen wird.

Zweckdienlicherweise ist dabei die Zusatzöffnung zwischen einem Saugstutzen und einem Druckstutzen der Flüssigkeitsringpumpe angeordnet und mit einem während des Betriebs sich ausbildenden Arbeits- oder Verdichtungsraum verbunden. Die dritte Entlüftungsleitung führt die gesättigte Luft aus der Wasserkammer daher der Flüssigkeitsringpumpe in einen Zwischenbereich zwischen dem Saugstutzen und dem Druckstutzen zu. In diesem Bereich wird von der Flüssigkeitsringpumpe noch ein ausreichender Unterdruck zur Entlüftung der Wasserkammer bereitgestellt. Gleichzeitig führt die Zuführung an dieser Stelle jedoch nicht oder nur unmerklich zu einer Erhöhung des Leistungsbedarfs der Flüssigkeitsringpumpe. Von der Flüssigkeitsringpumpe wird über die Kavitationsschutzöffnung quasi "umsonst" eine Förderleistung bereitgestellt. Bei der Anordnung der dritten Entlüftungsleitung an der Zusatzöffnung muss daher die Flüssigkeitsringpumpe nicht größer dimensioniert werden.

Die Verwendung einer solchen Zusatzöffnung als zusätzlicher Sauganschluss ist dabei prinzipieller Natur und ist generell für alle Flüssigkeitsringpumpen geeignet und nicht auf die Anwendung in einer Dampfturbinenanlage beschränkt. Eine Flüssigkeitsringpumpe mit einer solchen Zusatzöffnung bietet sich beispielsweise auch in der Papierindustrie an Papiermaschinen zur Entwässerung einer Siebpartie an. Allgemein ist eine derartige Flüssigkeitsringpumpe für den Einsatz auf dem Gebiet der Papierherstellung geeignet. Durch geeignete Platzierung der Zusatzöffnung zwischen dem Saugstutzen und Druckstutzen und der Wahl des Durchmessers der Zusatzöffnung kann dabei die Saugleistung sowohl im Hinblick auf die Volumenmenge als auch im Hinblick auf den zu erzielenden Unterdruck innerhalb gewisser Grenzen variiert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage, bei dem mittels einer Vakuumpumpeinrichtung, die in Serie nacheinander eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist, eine Anlagenkomponente entlüftet wird, wobei der Strahlpumpe ein in der Dampfturbinenanlage anfallender, insbesondere überschüssiger Dampf, als Treibmittel zugeführt wird.

Die im Hinblick auf die Dampfturbinenanlage angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren anzuwenden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische ausschnittsweise Darstellung einer Dampfturbinenanlage und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch eine Flüssigkeitsringpumpe.

Eine Dampfturbinenanlage 2 gemäß Fig. 1 weist eine Dampfturbine 4 auf, die insbesondere eine Niederdruckstufe einer beispielsweise 3-stufigen Hauptturbinenanlage ist. Eine solche mehrstufige Hauptturbinenanlage wird beispielsweise in Kraftwerken zur Energieerzeugung mit einer Leistung im Gigawattbereich eingesetzt. Die Dampfturbine 4 weist ausgangsseitig einen Unterdruck auf, der bei einer Niederdruckstufe typischerweise im Bereich zwischen 80 mbar und 18 mbar liegt. Ein der Dampfturbine 4 zugeführter Prozessdampf P verlässt diese über Ausgangsleitungen 6 und wird einem ersten Kondensator 8 zugeführt. In diesem Kondensator 8 wird der Prozessdampf P auskondensiert, wobei das Kondensat über eine Ableitung 10 abgeführt und einem nicht näher dargestellten Kessel als Speisewasser wieder zugeführt wird.

Während der Kondensation sammelt sich im ersten Kondensator 8 ein als Fördergas F bezeichnetes Gas-Dampf-Gemisch, welches über eine erste Entlüftungsleitung 12 von einer Vakuumpumpeinrichtung 14 abgesaugt wird.

Die Dampfturbinenanlage 2 weist weiterhin eine Nebenturbine 16 auf, die analog zu der Dampfturbine 4, jedoch für eine deutlich geringere Leistung, ausgebildet ist. Diese Nebenturbine 16 wird insbesondere zum Antrieb einer Speisewasserpumpe herangezogen und weist typischerweise eine Leistung von etwa 20 MW auf. Der Nebenturbine 16 ist analog zu der Dampfturbine 4 ein zweiter Kondensator 18 zugeordnet, in dem der der Nebenturbine 16 zugeführte Prozessdampf P auskondensiert wird. Das Kondensat wird analog zum ersten Kondensator 8 über eine Ableitung 10 abgeführt. Zur Entlüftung des zweiten Kondensators 18 ist eine zweite Entlüftungsleitung 20 vorgesehen, die ebenfalls an die Vakuumpumpeinrichtung 14 angeschlossen ist. Über diese zweite Entlüftungsleitung 20 wird ebenfalls ein Gas-Dampf-Gemisch aus dem zweiten Kondensator 18 als Fördergas F abgepumpt. Die erste Entlüftungsleitung 12 mündet dabei in die zweite Entlüftungsleitung 20.

Die beiden Kondensatoren 8, 18 weisen als Kühlmittel vorzugsweise Wasser auf, welches in einer Wasserkammer 22 des jeweiligen Kondensators 8, 18 gespeichert ist. Beim Betrieb der Kondensatoren 8, 18 bildet sich in der jeweiligen Wasserkammer 22 ein Luftpolster aus. Zur Entlüftung zumindest der Wasserkammer 22 des ersten Kondensators 8 ist eine dritte Entlüftungsleitung 24 vorgesehen, die ebenfalls zur Vakuumpumpeinrichtung 14 führt. Aus der Wasserkammer 22 wird dabei die aus dem Kühlwasser ausgasende und gesättigte Luft abgesaugt, welche als Wasserkammer-Luft WL bezeichnet wird.

Die Vakuumpumpeinrichtung 14 umfasst eine Strahlpumpe 26 sowie eine der Strahlpumpe 26 in Strömungsrichtung nachgeordnete Flüssigkeitsringpumpe 28. Die zweite Entlüftungsleitung 20 ist hierzu an einen Saugbereich 27 der Strahlpumpe 26 angeschlossen, und diese ist ausgangsseitig mit einem Saugstutzen 30 der Flüssigkeitsringpumpe 28 verbunden. Das Fördergas F aus den beiden Kondensatoren 8, 18 wird also zunächst von der Strahlpumpe 26 vorverdichtet. Die Strahlpumpe 26 wird hierzu mit einem Treibmittel T betrieben, das von extern zugeführt wird und sich mit dem Fördergas F vermischt. Typischerweise liegt der Druck im ersten Kondensator sowie im zweiten Kondensator 18 in einem Bereich, der in etwa dem Ausgangsdruck der Dampfturbine 4 bzw. der Nebenturbine 16 entspricht. In beiden Kondensatoren 8, 18 liegt daher ein Unterdruck im Bereich zwischen 80 und 18 mbar vor. Demzufolge weist das Fördergas F eben diesen Unterdruck auf. In der Strahlpumpe 26 wird es etwa um den Faktor 3 und anschließend in der Flüssigkeitsringpumpe weiter bis auf Umgebungsdruck verdichtet und über einen Druckstutzen 34 ausgestoßen.

Die Flüssigkeitsringpumpe 28 weist weiterhin zwischen dem Saugstutzen 30 und dem Druckstutzen 34 eine Zusatzöffnung 35 auf, an die die dritte Entlüftungsleitung 24 angeschlossen ist. Die Zusatzöffnung 35 ist dabei zwischen einem Ansaugschlitz 70 und einem Druckschlitz 72 (vgl. Fig. 2) in sogenannten Steuerscheiben (hier nicht dargestellt) der Flüssigkeitsringpumpe 28 angeordnet. Durch das Funktionsprinzip der Flüssigkeitsringpumpe 28 bedingt, vermischt sich das über den Saugstutzen 30 zugeführte Pumpgemisch aus Fördergas F und Treibmittel T mit dem Betriebsmittel der Flüssigkeitsringpumpe 28. Das Betriebsmittel ist dabei Wasser W. Dieses wird zusammen mit gegebenenfalls aus dem Pumpgemisch anfallenden Kondensat von Luft L in einem Abscheider 38 getrennt. Das Wasser W wird über einen Wärmetauscher 40 der Flüssigkeitsringpumpe 28 wieder zugeführt. Die Luft L wird über eine Gasleitung 42, in die ein Ventil 44 geschaltet ist, der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T zugeführt. Überschüssige Luft L wird aus der Vakuumpumpeinrichtung 14 über eine Abluftleitung 46 an die Umgebung abgegeben.

Wesentlich ist, dass neben der Luft L der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T auch ein Dampf D über eine Dampfleitung 48 zugeführt wird. In die Dampfleitung 48 ist ein weiteres Ventil 44 geschalten. Die Dampfleitung 48 ist dabei an einen Sperrdampfkreislauf 50 angeschlossen, in dem ein Sperrdampf S durch eine Anzahl von Turbinendichtungen 52 geführt wird. Die Turbinendichtungen 52 sind dabei der Dampfturbine 4 sowie der Nebenturbine 16 zugeordnet und als Labyrinthdichtungen ausgebildet, um eine rotierende Welle der Turbinen 4, 16 gegenüber der Umgebung abzudichten. Nach Durchströmen der Turbinendichtungen 52 wird der Sperrdampf auch als Wrasendampf bezeichnet. Dieser Dampf D wird der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T zugeführt. Das Treibmittel T ist also ein Dampf-Luft-Gemisch, wobei die jeweiligen Anteile des Dampfes D oder der Luft L über die beiden Ventile 44 eingestellt werden können. Vorzugsweise wird eine Gleichverteilung zwischen Dampf D und Luft L eingestellt. Falls eine ausreichende Dampfmenge zur Verfügung steht, kann als Treibmittel T auch ausschließlich Dampf D verwendet werden. Da der Wrasendampf ein in der Dampfturbinenanlage 2 anfallender überschüssiger Dampf ist, wird der Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbinenanlage 2 durch Verwendung des Wrasendampfes als Treibmittel T nicht belastet. Neben der Verwendung des Wrasendampfes bieten sich auch andere in der Dampfturbinenanlage anfallende Dampfarten an. Beispielsweise kommt der im Sperrdampfsystem zur Regelung anfallende und gewöhnlich in einem der Kondensatoren 8, 18 verworfene Dampf in Frage.

Anhand der schematischen Darstellung eines Querschnitts durch eine Flüssigkeitsringpumpe 28 gemäß Fig. 2 ist das Funktionsprinzip der Flüssigkeitsringpumpe 28 zu entnehmen, die ein exzentrisch im Gehäuse 62 der Flüssigkeitsringpumpe 28 gelagertes Laufrad 64 aufweist. Das Wasser W bildet beim Betrieb einen mitumlaufenden Flüssigkeitsring 66 aus, so dass sich zwischen den einzelnen Speichen 68 des Laufrads 64 und dem Flüssigkeitsring 66 Teilräume 68 unterschiedlicher Volumina ausbilden. Im Gehäuse 62 ist stirnseitig an der mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichneten Position ein Ansaugschlitz vorgesehen, über den das anzusaugende Medium über den Saugstutzen 30 eingesaugt wird. Durch die exzentrische Anordnung wird das zu pumpende Medium im Verlauf der Umdrehung des Laufrads 64 verdichtet und an der mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichneten Position über einen Druckschlitz zum Druckstutzen 34 ausgestoßen.

Die Zusatzöffnung 35 ist zwischen dem Ansaugschlitz 70 und dem Druckschlitz 72 im Gehäuse 62 angeordnet und steht mit dem Arbeitsraum in Verbindung, der gebildet ist durch die einzelnen Teilräume 68. In Abhängigkeit der Position der Zusatzöffnung 35 variiert die an dieser Position herrschende Saugleistung der Flüssigkeitsringpumpe 28 sowohl im Hinblick auf den herrschenden Unterdruck als auch im Hinblick auf die Fördermenge. Das Saugvermögen kann zudem durch Wahl des Durchmessers der Zusatzöffnung 35 variiert werden.

Der Unterdruck an der Zusatzöffnung 35 liegt zwar über dem am Saugstutzen 30 anliegenden Unterdruck, jedoch ist er ausreichend niedrig, um ein Entlüften der Wasserkammer 22 zu ermöglichen. Auch ist das Volumen-Saugvermögen zur Entlüftung der Wasserkammer 22 ausreichend groß. Da die dritte Entlüftungsleitung 24 nicht am Saugstutzen 30 angeschlossen ist, wird die Flüssigkeitsringpumpe 28 durch das zusätzlich zugeführte Gasgemisch G nicht oder nur kaum zusätzlich belastet. Eine durch den Anschluss der dritten Entlüftungsleitung 24 gegebenenfalls notwendige, geringfügig größere Dimensionierung der Flüssigkeitsringpumpe 28 ist auf alle Fälle im Vergleich zu einem separaten Pumpsystem für die Entlüftung der Wasserkammer 22 günstiger.

Eine derartige ausgebildete Dampfturbinenanlage mit einheitlicher, zentraler Vakuumpumpeinrichtung 14 hat im Wesentlichen folgende Vorteile:

  • 1. Aufgrund der Verwendung von Dampf D und Luft L als Treibmittel T für die Strahlpumpe 26 kann - im Vergleich zu der Verwendung ausschließlich von Luft L als Treibmittel T - die Flüssigkeitsringpumpe 28 deutlich kleiner ausgelegt werden, da der Dampf D in der Flüssigkeitsringpumpe kondensiert, und nur der Luftanteil auf atmosphärischen Druck verdichtet werden muss.
  • 2. Der im Sperrdampfkreislauf 50 anfallende Wrasendampf wird vorzugsweise vollständig über die Vakuumpumpeinrichtung 14 geführt. Hierbei ist es nicht zwingend notwendig, dass die gesamte Menge des Wrasendampfes als Treibmittel T für die Strahlpumpe 26 herangezogen wird. Durch die Zuleitung des Wrasendampfes zur Flüssigkeitsringpumpe 28 mit dem zugeordneten Abscheider 38 wird der Wrasendampf auskondensiert, so dass ein separates Kondensationssystem für den Wrasendampf nicht notwendig ist.
  • 3. Für sämtliche Anlagenkomponenten, die mit einem Vakuumsystem verbunden sein müssen, ist die Vakuumpumpeinrichtung 14 als zentrales Vakuumsystem vorgesehen. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Installation ermöglicht. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit der Installation von mehreren dezentralen Vakuumpumpsystemen.
  • 4. Durch den Anschluss der dritten Entlüftungsleitung 24 an der Zusatzöffnung 35 wird eine von der Flüssigkeitsringpumpe 28 quasi "umsonst" bereitgestellte Saugleistung ausgenutzt, ohne dass durch den Anschluss dieser dritten Entlüftungsleitung 24 die Flüssigkeitsringpumpe 28 größer dimensioniert werden müsste.


Anspruch[de]
  1. 1. Dampfturbinenanlage mit einer Vakuumpumpeinrichtung (14), die in Serie nacheinander angeordnet eine Strahlpumpe (26) und eine Flüssigkeitsringpumpe (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Strahlpumpe (26) eine Dampfleitung (48) zur Zuführung eines in der Anlage anfallenden Dampfs (D) als Treibmittel (T) für die Strahlpumpe (26) verbunden ist.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfleitung (48) an einen Sperrdampfkreislauf (50) für eine Turbinendichtung (52) angeschlossen ist.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Dampfleitung (48) eine Gasleitung (42) zur Beimischung von Luft (L) zur Ausbildung eines Dampf-Luft-Gemisches als Treibmittel (T) verbunden ist.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (42) weiterhin mit der Flüssigkeitsringpumpe (28) druckseitig verbunden und insbesondere an einem der Flüssigkeitsringpumpe (28) zugeordneten Abscheider (38) angeschlossen ist.
  5. 5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpeinrichtung (28) über eine erste Entlüftungsleitung (12) zur Entlüftung eines ersten Kondensators (8) an diesen angeschlossen ist, der zur Kondensation eines aus einer Dampfturbine (4), insbesondere aus einem Niederdruckteil einer Dampfturbine (4), austretenden Prozessdampfes (P) vorgesehen ist.
  6. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpeinrichtung (28) über eine zweite Entlüftungsleitung (20) an einen zweiten Kondensator (1, 8) angeschlossen ist, der einer Nebenturbine (16) zugeordnet ist.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (8, 18) für eine Kühlflüssigkeit eine Wasserkammer (22) aufweist, die zu ihrer Entlüftung über eine dritte Entlüftungsleitung (24) mit der Vakuumpumpeinrichtung (14) verbunden ist.
  8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsringpumpe (28) eine Zusatzöffnung (35) aufweist, an die die dritte Entlüftungsleitung (24) angeschlossen ist.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzöffnung (35) zwischen einem Saugstutzen (30) und einem Druckstutzen (34) im Gehäuse (62) der Flüssigkeitsringpumpe (28) angeordnet ist, und mit einem während des Betriebs sich ausbildenden Arbeitsraum (68) verbunden ist.
  10. 10. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage (2), bei dem mittels einer Vakuumpumpeinrichtung (14), die in Serie nacheinander eine Strahlpumpe (26) und eine Flüssigkeitsringpumpe (28) aufweist, eine Anlagenkomponente (8, 18, 22) entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlpumpe (26) ein in der Dampfturbinenanlage (2) anfallender Dampf (D) als Treibmittel (T) zugeführt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel (T) ein Sperrdampf (S, D) für eine Turbinendichtung (52) verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel (T) ein Dampf-Luft-Gemisch (D, L) verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Gemisch (D, L) in etwa ein gleiches Verhältnis von Dampf (D) und Luft (L) eingestellt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrdampf (S, D) in der Vakuumpumpeinrichtung (14) kondensiert wird.
  15. 15. Verfahren nach dem einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (8, 18) einer Dampfturbine (4, 16) entlüftet wird.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserkammer (22) des Kondensators (8, 18) entlüftet wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlüftung der Wasserkammer (22) die hierin anfallende gesättigte Wasserkammer-Luft (WL) über eine Zusatzöffnung (35) in der Flüssigkeitsringpumpe (28) abgesaugt wird.






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