CH635401A5

CH635401A5 - Sperrdampfvorrichtung und verwendung desselben.

Info

Publication number: CH635401A5
Application number: CH918378A
Authority: CH
Inventors: Willy Dumont
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1983-03-31
Also published as: SE7907130L; SE432964B; US4290609A; DE2841631A1; DE2841631C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Sperrdampfvorrichtung für Turbinen wellen und Spindeln von Armaturen einer mit verunreinigtem Dampf betriebenen Dampfturbine, bei welcher durch in geringem Abstand um die abzudichtende Welle angeordnete Dichtungsringe mindestens drei in axialer Richtung voneinander distanzierte Kammern gebildet sind, von denen eine mit reinem Dampf angespeist wird. Sie betrifft auch eine Verwendung dieser Sperrdampfvorrichtung.

Ein derartiges Sperrdampfsystem ist bereits aus der CH-PS 504 614 bekannt. Dieses Sperrdampfsystem weist die Nachteile auf, dass einerseits auf der Hochdruckseite vom abzusperrenden Teil her Dampf in die zwei benachbarten Kammern gelangt und dort mit der Zeit Nassdampf-Erosionsschäden verursacht und anderseits bei Ausfall der Zufuhr des reinen Sperrdampfes ein Vakuum verlust auf der Niederdruckseite auftritt und sofort ein Schnellschluss der Turbine eingeleitet und die Dampferzeugungsleistung des Siedewasserreaktors drastisch vermindert werden muss, was alles sehr unerwünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Sperrdampfvorrichtung, bei dem diese Nachteile nicht auftreten können, das heisst, bei dessen Verwendung einerseits Nassdampf-Erosionsschäden sicher vermieden und anderseits bei Ausfall der Zufuhr von reinem Sperrdampf die Turbine ohne Vakuumverlust weiter betrieben werden kann, was ein normales Abfahren der Turbine und wenn notwendig, des Reaktors erlaubt.

Die erfindungsgemässe Sperrdampfvorrichtung der eingangs genannten Art ist in Anspruch 1 gekennzeichnet.

Es ist zweckmässig, wenn der Kammerdruck der Absaugkammer im Bereich von 0,90 bis 0,98 bar und der Kammerdruck in der mit reinem Sperrdampf gespeisten Einlasskammer im Bereich von 1,01 bis 1,2 bar liegt.

Es ist vorteilhaft, wenn zur Erzeugung des reinen Sperrdampfes ein Verdampfer mit nachgeschaltetem Überhitzer vorgesehen ist, welche mit Leckagedampf der Ventilstopfbüchsen und/oder mit Frischdampf, mit Hilfsdampf oder elektrisch beheizt sind.

Um zu verhindern, dass bei der Inbetriebsetzung der Turbinenanlage verunreinigter Dampf durch die Wellen- oder Spindeldichtung nach aussen gelangt und um zu ermöglichen, dass bei der Inbetriebsetzung ohne das verunreinigten Dampf verwendende Sperrsystem das volle Kondensator-Vakuum erreicht wird, ist es ferner zweckmässig, wenn die Zufuhr von reinem Sperrdampf in die dafür bestimmte Ein-lasslcammer lastunabhängig erfolgt.

Es ist ausserdem vorteilhaft, wenn die Zufuhr von verunreinigtem Sperrdampf in die dafür bestimmte Einlasskammer in Funktion der Turbinenlast erfolgt, das heisst bei grösserer Last ein grössere Zufuhr und bei kleinerer Last eine geringere Zufuhr bewirkt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung der erfindungsgemässen Sperrdampfvorrichtung an den Turbinenwellendichtungen von Niederdruckturbinen eines Siedewasser-Kernkraftwerkes.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teile der Turbinenanlage eines Siedewasser-Kernkraftwerkes;

Fig. 2 in vergrössertem Massstab schematisch eine Ausführungsform einer Sperrdampfvorrichtung an der ND-Seite der Turbine,

Fig. 3 schematisch die Kammerdrücke bei der in Fig. 2 dargestellten Wellendichtung;

Fig. 4 die in Fig. 2 dargestellte Wellendichtung, jedoch bei Ausfall der Zufuhr von reinem Sperrdampf; und

Fig. 5 analog zu Fig. 3 schematisch die Kammerdrücke bei dem in Fig. 4 dargestellten Betriebszustand der Wellendichtung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dargestellte Dampfturbinenanlage eine Hochdruckturbine 1 mit den Hochdruck -

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Wellendichtungen 2 und eine Niederdruckturbine 3 mit den Niederdruck Wellendichtungen 4 auf.

Der Dampf für die Turbinen 1 und 3 wird in einem nicht dargestellten Siedewasserreaktor erzeugt, und strömt über die Leitung 6 und das Turbinenventil 7 der Hochdruckturbine 1 zu. Von der Austrittsseite der Hochdruckturbine 1 aus gelangt der unsaubere Dampf über die Leitung 8, dem Wasserabscheider 9, dem Überhitzer 10 und der Regelklappe 11 in die Niederdruckturbine 3.

Die bei dieser Anlage verwendete Sperrdampfvorrichtung besteht aus zwei voneinander unabhängigen Systemen.

Das mit unreinem Dampf unmittelbar betriebene erste Sperrdampfsystem dient für die Sperrung der Turbinen-, Regelventile- und Klappenstopfbüchsen, wobei ein Gleitdruckbetrieb in Funktion der Turbinenlast der Hochdruckturbine erfolgt. Der dabei für die Hochdruck-Turbinenstopfbüchsen bestimmte unreine Sperrdampf wird über die Leitung 12 direkt dem Frischdampf entnommen und durch einen Überhitzer 13 geleitet, wobei der Überhitzer 13 elektrisch oder mittels Dampf beheizt sein kann. Die Stopfbüchsen der Niederdruck-Turbine und diejenigen des Regelventils 7 und der Klappe 11 erhalten durch den Drosseleffekt überhitzten Leck-Frischdampf.

Das mit reinem Dampf betriebene zweite Abdichtsystem verhindert, dass unreiner Sperrdampf in die freie Atmosphäre gelangt. Dieses System arbeitet lastunabhängig, das heisst im Festdruckbetrieb. Der reine Abdichtdampf wird in einem Verdampfer 14 erzeugt und über den Überhitzer 15 und die Leitungen 16,17 und 18 den einzelnen Wellendichtungen zugeleitet. Dabei können die Wellendichtungen 2,4 der Turbine und die Stopfbüchsen des Turbinenventils 7 und der Regelklappe 11 mit unterschiedlichen Drücken angespeist werden. Der Verdampfer 14 wird dabei sekundärseitig über die Zufuhrleitung 19 mit gereinigten Kondensat angespeist.

Beide Systeme wirken auf die Wellendichtungen bzw. Stopfbüchsen der Turbine, der kombinierten Regel-/ Abschlussventile und Abfang-/Abschlussklappen, und die Schaltung ist derart ausgeführt, dass die Turbogruppe grundsätzlich mindestens kurzzeitig nur mit dem ersten System ohne das zweite System beziehungsweise umgekehrt betrieben werden kann.

In beiden Systemen sind an den erforderlichen Stellen Überhitzer 13 resp. 15 eingebaut, so dass die Stopfbüchsen nur mit überhitztem Dampf angespeist werden, um Nassdampf-Erosionsschäden zu verhindern.

Zur Beheizung werden der Verdampfer 14 und der Überhitzer 15 über die Leitung 33 mit Leckagedampf der Stopfbüchsendichtung des Ventils 7, und falls dies nicht ausreichen sollte, über die Leitung 5 mit gedrosseltem Frischdampf beaufschlagt. Der Überhitzer 15 und der Verdampfer 14 sind in Reihe geschaltet, das heisst, der Heizdampf gibt im Überhitzer 15 einen Teil seiner Wärme und anschliessend im Verdampfer 14 seine Restwärme ab.

Der dem Überhitzer 15 zugeführte Heizdampf weist einen konstanten Druck von ungefähr 7 bar auf, welcher unabhängig von der Last ist.

Das Verdampferkondensat kann über eine Niveauregelung in eine zum Kondensator hin unabsperrbare Vorwärmstufe geleitet oder direkt dem Kondensat zugeführt werden.

Das im Verdampfer 14 zu verdampfende reine Kondensat wird über die Leitung 19 nach der Kondensatreinigungsanlage entnommen. Es kann vorgewärmt nach einer Vorwärmstufe entnommen werden. Bedingung ist jedoch, dass das reine Kondensat uneingeschränkt von den diversen Vorwär-merbetriebszuständen verfügbar ist. Im Verdampfer 14 wird das Kondensatniveau mittels einer Zulaufregelung konstant geregelt. Der Sekundärdruck im Verdampfer-/Überhitzer 14,

15 stellt sich dabei entsprechend der Verdampfungsleistung ein.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, weisen die Hochdruckturbi-nenwellendichtungen 2 vier Kammern I, II, III und IV auf, wobei die Kammer I über die Leitung 12 mit überhitztem unreinem Sperrdampf gespeist wird. Der Druck in der Kammer I liegt um einen festen Differenzwert über dem Hochdruck-Turbinenaustrittsdruck.

Die Kammer III wird über die Leitung 16 mit überhitztem reinem Abdichtdampf angespeist. Der Druck in der Kammer III beträgt 1,02 bar, ist konstant, und liegt um einen geringen Betrag über dem in den Kammern II und IV herrschenden Druck.

Aus der Kammer II wird der Entlastungsdampf aus den Kammern I und III entnommen, das heisst ein Gemisch von reinem und unreinem Dampf, und über die Leitung 22 den Kammern V der Niederdruck-Turbinenwellendichtungen zugeführt. Der Druck in der Kammer II beträgt beim dargestellten Beispiel 0,98 bar.

Aus der Kammer IV werden die von aussen einströmende Luft und der aus der Kammer III überströmende saubere Entlastungsdampf über die Leitung 32 abgesaugt und dem Kondensator 24 zugeführt, von wo die Luft über das Gebläse 25 in die Aussenatmosphäre gelangt. Der Druck in der Kammer IV beträgt dabei 0,97 bar.

Im besonderen wird die Erfindung nachstehend in ihrer Anwendung beim abzusperrenden Niederdruckteil 3 der Turbine erläutert.

Wie aus der Figur 2 ersichtlich, sind um die Niederdruckturbinenwelle 20 herum vier Dichtungsringe 21 angeordnet, die gegen die Welle 20 zu eine glatte Oberfläche aufweisen. Zur Bildung einer Labyrinthdichtung können sie mehrere ringförmige Kämme aufweisen. Jeder der Dichtungsringe 21 weist gegenüber der Turbinen welle 20 ein geringes Spiel auf. Zwischen den Dichtungsringen 21 werden drei Kammern V, VI und VII gebildet. Die Luftströmung in Fig. 2 ist durch weisse Pfeile, die Strömung des reinen Dampfes durch schwarze Pfeile und die Strömung des unreinen Dampfes durch zwei aufeinanderfolgende schwarze Pfeile gekennzeichnet.

Gemäss Fig. 1 erhält die Kammer V über die Leitungen 22 und 23 als Sperrdampf den Entlastungsdampf der Hoch-druck-Turbinenwellendichtung (Kammer II in Fig. 1) und einen Teil des sauberen Abdichtdampfes aus der Kammer VI (Fig. 2). Der Druck in der Kammer V beträgt beim dargestellten Beispiel 0,98 bar. Sämtlicher Dampf strömt aus der Kammer V mit dem Turbinenabdampf in einen (nicht dargestellten) Kondensator.

Fährt die Turbogruppe Teillast, dann ist die der Kammer I der Hochdruck-Wellendichtung zugeführte Dampfmenge geringer, und dadurch die zur Niederdruck-Kammer V zugeführte Dampfmenge nicht mehr ausreichend. In diesem Fall wird das Zusatzventil 26 geöffnet, um die fehlende Dampfmenge zu ersetzen. Tritt in der Kammer V bei einem tran-sienten Zustand ein zu hoher Druck auf, dann öffnet das Entlastungsventil 27.

Der Kammer VI wird über die Leitung 17 überhitzter reiner Abdichtdampf zugeführt. Der Druck in der Kammer VI beträgt 1,02 bar, ist konstant und liegt um einen geringen Betrag über dem Druck in den Kammern V und VII.

Über die Kammer VII wird die von aussen einströmende Luft und der saubere Entlastungsdampf aus der Kammer VI abgesaugt und über die Leitung 28 dem Kondensator 24 zugeführt.

Für die Spindeldichtungen des Regel-/Abschlussventils 7 sowie der Abfang-Abschlussklappe 11 gilt folgendes:

Die Kammer VIII der Spindeldichtung des Ventils 7 bildet eine Hochdruckentlastung (Druck ungefähr 7 bar), das heisst s

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der daraus ausströmende Dampf ist gedrosselter Frischdampf, der über die Leitung 33 als Heizdampf für den Hilfsverdampfer 14 mit dem Überhitzer 15 verwendet wird. Überschüssiger Leckdampf wird über das Regelventil 29 einem nicht dargestellten Vorwärmer oder Kondensator zugeführt.

Die Kammer IX der Spindeldichtung des Ventils 7 ist eine Niederdruckentlastung. Der daraus abgeführte Dampf wird über die Leitung 30 zusammen mit dem aus der Kammer XII und II entnommenen Dampf für die Anspeisung der Kammer V über die Leitungen 22,23 verwendet.

Die Kammern X und XIII sind über die Leitung 18 mit der Zufuhr von überhitztem sauberem Abdichtdampf und die Kammern XI und XIV über die Leitung 31 und den Kondensator 24 mit dem Absauggebläse 25 verbunden.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Sperren der Wellendichtung im Stillstand und beim Hochfahren der Turbinengruppe.

Bevor die eigentliche Stopfbüchsen-Sperrung (System A) in Betrieb gesetzt wird, muss zuerst das mit reinem Dampf arbeitende Abdichtungssystem (System B) in Betrieb genommen werden. Dadurch wird verhindert, dass unreiner Dampf nach aussen in die Atmosphäre gelangt.

Das reine Abdichtsystem ist so ausgelegt, dass ohne das unreine Sperrsystem das volle Turbinen-Kondensatorva-kuum erreicht werden kann.

Dadurch können diverse Stillstandszustände, wie zum Beispiel Vakuumtest der Turbinengruppe bei fehlendem Reaktor dampf, bewirkt werden.

Die Turbinengruppe wird ausschliesslich mit dem reinen Abdichtungssystem auf Drehzahl gebracht. Das unreine Sperrsystem muss spätestens während des Anwärmens oder

Belastens bis maximal 5% Last der Turbinengruppe in Betrieb sein. Würde nämlich ohne das unreine Sperrsystem in Betrieb weiter belastet, dann wäre die Hochdruck-Turbinenstopfbüchse durch einströmenden Nassdampf erosionsge-s fährdet.

In Fig. 3 ist der in den einzelnen Kammern der in Fig. 2 dargestellten Niederdruck-Turbinenwellendichtung 4 herrschende Kammerdruck Pk graphisch aufgetragen, wobei der Atmosphärendruck mit Pa und der Druck im Kondensator io mit PKond. bezeichnet sind.

Fällt die Zufuhr von reinem Sperrdampf a aus, dann verläuft der Druck zwischen den Kammern V und VII gemäss der gestrichelt eingezeichneten Linie b (entspricht Fig. 5), und wenn die Zufuhr von unreinem Sperrdampf c ausfällt, dann ls verläuft der Druck zwischen der Kammer VI und der Nieder-druck-Turbine gemäss der strichpunktiert eingezeichneten Linie d. Mit e (Fig. 2 und 4) ist der Strömungsverlauf der eingesaugten Luft eingezeichnet.

Ein Anfahren der Turbinengruppe nur mit dem unreinen 20 Sperrsystem, ohne das reine Abdichtsystem, wäre prinzipiell möglich, ist in der Praxis aus verschiedenen hier nicht interessierenden Gründen jedoch nicht erwünscht.

Fällt die Zufuhr von reinem Abdichtdampf zu den Wellendichtungen aus irgendeinem Grund aus, dann tritt der in den 25 Figuren 4 und 5 dargestellte Zustand ein, in dem die Turbinengruppe mittels dem unreinen Absperrsystem ohne Verlust des Kondensator-Vakuums weiterbetrieben werden kann, was die Möglichkeit ergibt, die Turbinen und den Reaktor langsam zu entlasten und abzuschalten. Ein unerwünschter 30 Reaktor-/Turbinen-Schnellschluss (Scram) kann im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen vermieden werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

635401 PATENTANSPRÜCHE

1. Sperrdampfvorrichtung für Turbinen wellen und Spindeln von Armaturen einer mit verunreinigtem Dampf betriebenen Dampfturbine, bei welcher durch um die abzudichtende Welle angeordnete Dichtungsringe mindestens drei in axialer Richtung voneinander distanzierte Kammern gebildet sind, von denen eine mit reinem Dampf angespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste, dem abzusperrenden Teil abgewandte und von der Aussenatmosphäre belüftete Absaugkammer (IV, VII) des Sperrdampfsystems zur Erzeugung eines unter dem Atmosphärendruck liegenden Kammerdruckes und zur Absaugung von austretendem Leckdampf über mindestens eine Leitung (32,28) mit einem Absaugsystem (25) verbunden ist, dass eine weitere mit verunreinigtem Sperrdampf gespeiste Einlasskammer (I, V) mit einem Kammerdruck, welcher sich oberhalb des in der Absaugkammer (IV, VII) und des im abzusperrenden Teil herrschenden Druckes befindet, vorgesehen ist, und dass sich zwischen diesen beiden Kammern (I, IV; V, VII) eine mit reinem Sperrdampf beaufschlagte Einlasskammer (III, VI) befindet, in welcher ein oberhalb dem Atmosphärendruck liegender Druck herrscht.

2. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der mit verunreinigtem Sperrdampf gespeisten Einlasskammer (V) ein Druck herrscht, welcher sich unterhalb dem Atmosphärendruck, jedoch oberhalb dem in der Absaugkammer (VII) herrschenden Druck befindet.

3. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der mit reinem Sperrdampf beaufschlagten Einlasskammer (III) und der mit verunreinigtem, überhitztem Sperrdampf gespeisten Einlasskammer (I) eine Austrittskammer (II) befindet, in welcher ein Druck herrscht, der unterhalb dem Atmosphärendruck, jedoch oberhalb dem in der äussersten, dem abzusperrenden Teil abgewandten und von der Aussenatmosphäre belüfteten Absaugkammer (IV) herrschenden Druck liegt.

4. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Absaugkammer (IV, VII) im Bereich von 0,90 bis 0,98 bar und der Druck in der mit reinem Sperrdampf gespeisten Einlasskammer (III, VI) im Bereich von 1,01 bis 1,2 bar liegt.

5. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des reinen Sperrdampfes ein Verdampfer (14) vorgesehen ist, welcher mit Leckagedampf der Ventilstopfbüchsen und/oder mit Frischdampf, mit Hilfsdampf (34) oder elektrisch beheizt ist.

6. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von reinem Sperrdampf in die dafür bestimmte Einlasskammer (III, VI) lastunabhängig erfolgt.

7. Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von verunreinigtem Sperrdampf in die dafür bestimmte Einlasskammer (V) in Funktion der Turbinenlast erfolgt, das heisst bei grösserer Last eine grössere Zufuhr und bei kleinerer Last eine geringere Zufuhr bewirkt wird.

8. Verwendung der Sperrdampfvorrichtung nach Anspruch 1 an den Turbinenwellendichtungen von Niederdruckturbinen eines Siedewasser-Kernkraftwerkes.