DE10027260C2 - Turbogenerator und Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators sowie Verwendung des Turbogenerators und des Verfahrens bei einem Kernkraftwerk - Google Patents
Turbogenerator und Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators sowie Verwendung des Turbogenerators und des Verfahrens bei einem KernkraftwerkInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Turbogenerator mit einer Wasser-Innenkühlung und mit einer
Statorwicklung aus einem Kupfermaterial und ein Verfahren zum
Betreiben eines solchen Turbogenerators sowie die Verwendung
des Turbogenerators bei einem Kernkraftwerk und ein Verfahren
zum Betreiben eines Kernkraftwerks.
Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von
elektrischen Maschinen wird die Kühlung der elektrischen
Maschinen immer wichtiger, um ihre Leistungsfähigkeit auf
Dauer zu sichern und die Größe der Maschine in Grenzen zu
halten. Wie in den japanischen Gebrauchsmustern Nr. 58-40782
und Nr. 59-8449 beschrieben ist, wird bei den
Turbogeneratoren für große nukleare oder thermische
Kraftwerke das Wasserkühlverfahren angewendet, bei dem sich
im Inneren der Maschine Wasserstoffgas befindet und in der
Statorwicklung, die aus hohlen Drähten besteht, Wasser
zirkuliert. Die Hohldrähte der Statorwicklung bestehen aus
einem Material, dessen Hauptbestandteil Kupfer ist, die
Oberfläche der Wicklung ist mit einer Isolierschicht bedeckt,
und das Kühlwasser strömt durch das Innere der Drähte. Das
Ende der Statorwicklung ist an einem Schaltkasten durch ein
Lot, dessen Hauptbestandteil ebenfalls Kupfer ist, mit einer
Anschlußleitung verbunden.
Das Wasserkühlsystem zum Kühlen der Statorwicklung
des Turbogenerators umfaßt einen Leitungskreis, in dem mit
einer Pumpe Wasser aus einem Wasser-Vorratstank umgepumpt
wird, wobei die Wassertemperatur mit einem Kühler auf eine
vorgegebene Temperatur eingestellt wird, das Wasser durch
einen Filter geleitet und dann zum Generator geführt wird, wo
es durch das Innere der Statorwicklung läuft, und wobei das
Wasser dann zum Wassertank zurückgeführt wird. Um die
Reinheit des Kühlwasser zu erhalten, umfaßt das System einen
Reinigungskreis, in dem ein Teil des Wassers zu einen
Kunstharz-Ionentauscher geführt wird, und eine Abgasleitung
zum Abführen des Wasserstoffgases, das sich im Wassertank
sammelt, nach außen.
Bei dem Wasserkühlsystem für den Turbogenerator eines
Kernkraftwerkes besteht die Möglichkeit, daß sich, wenn die
Statorwicklung aus einem Kupfermaterial im Betrieb korrodiert
und die Korrosionsprodukte den Filter verstopfen oder sich in
der Hohlwicklung ansammeln und die Durchflußrate des
Kühlwasser herabsetzen, die Temperatur der Wicklung erhöht,
mit der Folge eines elektrischen Ausfalls. Für das
Wasserkühlsystem eines Turbogenerators für ein Kernkraftwerk
beschreibt daher die japanische Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 9-271156 ein Verfahren, bei dem die metallischen Teile
und der Wärmetauscher aus Kupfermaterial an der Oberfläche
mit einer Kupfer(II)-Oxidschicht (Cuprioxidschicht, CuO-
Schicht) versehen werden, um die Korrosionsfestigkeit zu
erhöhen, und die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr.
10-262351 beschreibt ein Verfahren, bei dem die
Statorwicklung erst ausgebildet wird, nachdem durch eine
Oxidationsbehandlung eine Kupferoxidschicht (CuO-Schicht) auf
der Oberfläche der Wicklung aufgebracht wurde. Bei beiden
Verfahren wird die Korrosionsfestigkeit durch Oxidieren der
Oberfläche der Statorwicklung in einer frühen Stufe der
Herstellung zur Ausbildung einer Kupferoxidschicht (CuO-
Schicht) verbessert. Es wird dabei nicht berücksichtigt, daß
sich die so ausgebildete Oxidschicht im Betrieb abnutzt und
sich daher die Korrosionsfestigkeit wieder verschlechtert.
Andererseits wird in der japanischen Patent-
Offenlegungsschrift Nr. 9-289750 vorgeschlagen, dem
Wasserkühlsystem auf der Basis von Messungen für die Menge
des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs Sauerstoff zuzuführen,
um die Kupferoxidschicht (CuO-Schicht) auszubilden und
aufrechtzuerhalten und dadurch die Lebensdauer der
Statorwicklung zu erhöhen. Dieses Verfahren hat jedoch den
Nachteil, daß im Wassertank oder in der Entlüftungsleitung
des Turbogenerator-Kühlsystems in Abhängigkeit von der
Zuführung des Sauerstoffs in das Kühlwasser die Gefahr einer
Wasserstoffexplosion besteht.
Das Problem, daß Korrosionsprodukte, die bei der
Korrosion von Kupfer entstehen, den Filter verstopfen oder
sich in der Statorwicklung ansammeln und die Durchflußrate
des Kühlwassers herabsetzen, tritt meist in Kernkraftwerken,
aber nicht in thermischen Kraftwerken auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turbogenerator zu
schaffen, bei dem die aus einem Kupfermaterial bestehende
Statorwicklung eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweist, und
darüberhinaus ein Betriebsverfahren für den Turbogenerator
sowie ein Kernkraftwerk mit einem solchen Turbogenerator und
ein Betriebsverfahren für das Kernkraftwerk zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen
angegebenen Vorrichtungen und Verfahren gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach
einen Turbogenerator mit einem Wasserkühlsystem zum
Kühlen der Innenseite der Statorwicklung mit Wasser, wobei
das Wasserkühlsystem einen Wassertank zum Speichern von
Wasser; Leitungen, die den Wassertank mit der Statorwicklung
verbinden, wobei die Leitungen an der Einlaßseite und an der
Auslaßseite des Generators vorgesehen sind; eine
Injektionseinheit für dekarbonisierte Luft, die mit den
Leitungen an der Einlaßseite oder mit dem Wassertank
verbunden ist; und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des
Wassers umfaßt; wobei die Statorwicklung an den Oberflächen,
die in Kontakt mit dem Wasser stehen, eine Oxidschicht
aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators durch
Wasser ausgebildet wird, das von der Heizeinrichtung auf hohe
Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft
injiziert wurde; und wobei eine Steuereinheit in der Folge
dafür sorgt, daß während des Betriebs des Generators immer
und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser
injiziert wird.
Die vorliegende Erfindung ist demnach weiter
gekennzeichnet durch einen Turbogenerator mit einem
Wasserkühlsystem zum Kühlen der Innenseite der Statorwicklung
mit Wasser, wobei das Wasserkühlsystem einen Heiztank zum
Heizen und Speichern des Wassers und zum Zuführen des Wassers
zu einem Wassertank; einen Filter zum Entfernen von festen
Teilchen aus dem Wasser, bevor das Wasser zu der
Statorwicklung geführt wird; einen Kunstharz-Ionenaustauscher
zum Entfernen von Ionen aus dem Wasser; und ein Sauerstoff-
Konzentrationsmeßgerät zum Messen des Sauerstoffgehaltes des
Wassers umfaßt, das den Filter durchlaufen hat; wobei die
Statorwicklung an den Oberflächen, die in Kontakt mit dem
Wasser stehen, eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des
Betriebs des Generators durch Wasser ausgebildet wird, das im
Heiztank auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das
dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und wobei eine
Steuereinheit in der Folge dafür sorgt, daß während des
Betriebs des Generators immer und kontinuierlich
dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser für die Statorwicklung
injiziert wird, wobei die Menge an dekarbonisierter Luft, die
im Betrieb in das Kühlwasser injiziert wird, auf der Basis
des Signals vom Sauerstoff-Konzentrationsmeßgerät gesteuert
wird.
Die vorliegende Erfindung ist des weiteren
gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Betreiben eines
Turbogenerators, bei dem vor Beginn des Betriebs des
Generators an den Oberflächen der Statorwicklung, die mit dem
Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser hoher Temperatur,
in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht
ausgebildet wird; und bei dem während des Betriebs des
Generators immer und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in
das Kühlwasser injiziert wird.
Die vorliegende Erfindung ist des weiteren
gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Betreiben eines
Turbogenerators mit den Schritten des Ausbildens einer
Oxidschicht an den Oberflächen der Statorwicklung, die mit
dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer
hohen Temperatur von über 50°C, in das dekarbonisierte Luft
injiziert wird, vor Beginn des Betriebs des Generators; und
des Zirkulierens des Kühlwassers beim Betrieb des Generators
so, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch eine
fortwährende und kontinuierliche Injektion dekarbonisierter
Luft in das Kühlwasser zwischen 1 und 4 ppm bleibt, um die
Oxidschicht auf der Innenseite der Wicklung zu erhalten;
wobei das Verfahren zum Betreiben des Turbogenerators das
Injizieren eines Inertgases mit einer
Inertgasinjektionseinrichtung in das Kühlwasser vor Beginn
des Betriebs des Generators, wobei die
Inertgasinjektionseinrichtung direkt mit einer Leitung
verbunden ist, die mit der Statorwicklung in Verbindung
steht; und das Entfernen von Korrosionsprodukten aus der
Statorwicklung und der Leitung mit einem mit der Leitung
verbundenen Filter umfaßt; wobei danach, aber immer noch vor
dem Beginn des Betriebs des Generators, an den Oberflächen
der Statorwicklung, die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen,
durch Wasser mit einer hohen Temperatur von über 50°C, in das
dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht
ausgebildet wird; und wobei während des Betriebs des
Generators das Kühlwasser so zirkuliert wird, daß die
Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch eine fortwährende
und kontinuierliche Injektion dekarbonisierter Luft in das
Kühlwasser zwischen 1 und 4 ppm bleibt, um die Oxidschicht
auf der Innenseite der Wicklung zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem gekennzeichnet
durch ein Kernkraftwerk mit einem Kernreaktor; einer
Dampfturbine, die mit Dampf betrieben wird, der mit Energie
vom Kernreaktor erzeugt wird; und mit einem Turbogenerator,
der von der Dampfturbine angetrieben wird, wobei der
Turbogenerator ein dem obigen System entsprechendes
Wasserkühlsystem zum Kühlen der Innenseite der Statorwicklung
mit Wasser aufweist.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch noch ein
Verfahren zum Betreiben eines Kernkraftwerks mit einer
Dampfturbine, die mit Dampf betrieben wird, der mit der
Energie von einem Kernreaktor erzeugt wird; und mit einem
Turbogenerator, der von der Dampfturbine angetrieben wird,
wobei der Turbogenerator ein Wasserkühlsystem zum Kühlen der
Innenseite der Statorwicklung mit Wasser aufweist, wobei an
der Oberfläche der Statorwicklung vor dem Beginn des Betriebs
und während des Betriebs des Generators durch Injektion von
dekarbonisierter Luft in das Kühlwasser eine Oxidschicht
ausgebildet und aufrechterhalten wird.
Erfindungsgemäß wird somit durch das Ausbilden und
Aufrechterhalten der Kupfer(II)-Oxidschicht (Cuprioxid
schicht, CuO-Schicht) an den Oberflächen der Statorwicklung,
die mit Wasser in Kontakt kommen, jede Korrosion vollständig
unterdrückt. Es wird dies dadurch erreicht, daß vor und
während des Betriebs des Turbogenerators oder immer und
kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser bzw. in
den Wassertank injiziert wird, wobei zur Ausbildung der
Oxidschicht das Wasser vorzugsweise eine Temperatur von über
50°C hat und die Konzertration des im Kühlwasser gelösten
Sauerstoffs bei 1 bis 4 ppm liegt. Vorzugsweise wird in das
im Kühlsystem zirkulierende Wasser in bestimmten Abständen
ein Inertgas wie Stickstoff injiziert, um Korrosionsprodukte
aus dem Kühlsystem zu entfernen, wobei dann wieder
dekarbonisierte Luft in das Wasser injiziert wird, dessen
Temperatur vorzugsweise bei über 50°C liegt und wobei zur
Ausbildung und Aufrechterhaltung der Schicht die
Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs bei 1
bis 4 ppm liegt. Vorzugsweise weist das verwendete Wasser
eine hohe Reinheit auf, um lokale Korrosion wie Lochkorrosion
zu verhindern. Vorzugsweise beträgt die Oxidierungstemperatur
vor dem Betrieb 50 bis 90°C; die Oxidation erfolgt um so
wirkungsvoller, je höher die Temperatur ist.
Atmosphärische Luft enthält normalerweise
Kohlendioxidgas in einer Menge von 0,04 Gew.-%. Die in das
Kühlsystem injizierte Luft wird deshalb dekarbonisiert.
Erfindungsgemäß ist die Menge an Kohlendioxid im Kühlwasser
kleiner als 100 ppm, besser kleiner als 50 ppm, noch besser
kleiner als 10 ppm und am besten 2 ppm.
Da die Korrosionsreaktion ein elektrochemischer
Vorgang ist, kann die Elektronentransferreaktion isoliert und
entsprechend die Korrosion durch Isolieren des Kupfers mit
einer dielektrischen Substanz von der Umgebung unterdrückt
werden. Da Kupfer(II)-Oxid (CuO) eine dielektrische Substanz
mit einer Dielektrizitätskonstanten von 18,1 bei
Raumtemperatur ist, kann durch das Bedecken der Oberfläche
des Kupfers mit Kupfer(II)-Oxid (CuO) die Korrosion des
Kupfers unterdrückt und die Abgaberate von
Korrosionsprodukten des Kupfer(I)-Oxids (Cuprooxid, Cu2O)
drastisch verringert werden, wobei das Kupfer(II)-Oxid eine
harte Oxidschicht ist, die in engem Kontakt zu einem
metallischen Material aufgebracht werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlsystem für den Turbogenerator eines
Kernkraftwerks ein Meßsystem zum Überwachen der Konzentration
von gelöstem Sauerstoff im Kühlwasser umfaßt, wobei das
Meßsystem im Kühlwassersystem angeordnet ist und wobei eine
Steuereinheit vorzugsweise dann dekarbonisierte Luft in das
Kühlwasser injiziert, wenn die Konzentration an gelöstem
Sauerstoff im Kühlwasser unter 1 ppm liegt.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, in einem
Turbogenerator, insbesondere einem Turbogenerator für ein
Kernkraftwerk, die Korrosion der Statorwicklung durch das
Ausbilden und das Aufrechterhalten einer Oxidschicht in der
Statorwicklung im Betrieb zu unterdrücken. Die mit einer
Korrosion verbundenen Probleme werden dadurch vermieden; und
die Lebensdauer der Statorwicklung des Turbogenerators wird
verlängert.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines
Wasserkühlsystems für einen Turbogenerator;
Fig. 2 schematisch die Statorwicklung eines
Turbogenerators mit Wasserkühlung;
Fig. 3 ein Diagramm für die zeitliche Änderung des
Ausmaßes der Korrosion von Kupfer;
Fig. 4 ein Diagramm für die zeitliche Änderung der
Abgabe von Korrosionsprodukten;
Fig. 5 die Beziehung zwischen der Konzentration an
gelöstem Sauerstoff und der Abgaberate von
Korrosionsprodukten;
Fig. 6 schematisch eine zweite Ausführungsform eines
Wasserkühlsystems für einen Turbogenerator;
Fig. 7 schematisch eine dritte Ausführungsform eines
Wasserkühlsystems für einen Turbogenerator; und
Fig. 8 schematisch eine vierte Ausführungsform eines
Wasserkühlsystems für einen Turbogenerator.
Gemäß dem folgenden Prozeß erfolgte eine
Oxidationsbehandlung einer Hohldrahtprobe aus reinem Kupfer
mit heißem Wasser. Der Hohldraht ist für die innen mit Wasser
gekühlte Statorwicklung eines Turbogenerators vorgesehen. Der
Hohldraht hatte einen rechteckigen Querschnitt, die Öffnung
für das Kühlwasser war 3,4 mm breit und 1,5 mm hoch, die
Wanddicke betrug 1,0 mm und die Drahtlänge 5 m. Eine Anzahl
von Hohldrähten, von denen Anlagerungen durch Waschen mit
Säure entfernt worden waren, wurde gebündelt. An einem Ende
der gebündelten Drähte wurde eine Einlaßöffnung für heißes
Wasser ausgebildet. Die folgende Tabelle 1 zeigt die
Bedingungen für die Oxidationsbehandlung mit Luftsättigung
(Konzentration an gelöstem Sauerstoff 4 ppm) und Sauerstoff
sättigung (Konzentration an gelöstem Sauerstoff 20 ppm) im
heißen Wasser. Die Tabelle zeigt auch die Ergebnisse für die
Korrosionsrate und die Abgaberate von Korrosionsprodukten
nach 100 Stunden Korrosionstest bei den Proben nach der
Oxidationsbehandlung, die mit reinem Wasser mit einer
Temperatur von 65°C, einer Geschwindigkeit von 1,8 m/s und
einer Konzentration an gelöstem Sauerstoff von 10 ppb
ausgeführt wurde. Die Korrosionsrate und die Abgaberate von
Korrosionsprodukten wurden mit der Oxidationsbehandlung
drastisch reduziert. Am effektivsten ist die Behandlung im
Zustand der Sauerstoffsättigung.
Es wurde dann die Korrosionsfestigkeit der oxidierten
Proben in einem Langzeit-Korrosionstest untersucht.
Die Fig. 3 ist ein graphische Darstellung der von der
Zeit abhängigen Änderung im Ausmaß der Korrosion der im
Zustand der Luftsättigung oxidierten Kupferproben und die
Fig. 4 eine graphische Darstellung der von der Zeit
abhängigen Änderung in der Menge der abgegebenen
Korrosionsprodukte bei den im Zustand der Luftsättigung
oxidierten Proben. Der Test wurde durchgeführt durch
Injizieren von Luft in reines Wasser bei einer Temperatur von
65°C und einer Fließgeschwindigkeit von 1,8 m/s mit einer
Konzentration an im Wasser gelösten Sauerstoff von 4 ppm bzw.
im Zustand ohne Luft (20 ppb), der durch die Injektion von
Stickstoffgas erhalten wurde. Es ist ersichtlich, daß das
Ausmaß der Korrosion und die Menge der abgegebenen
Korrosionsprodukte bei der erfindungsgemäßen
Aufrechterhaltung des Zustandes der Luftsättigung. (4 ppm)
gegenüber dem Fall mit 20 ppb Sauerstoff drastisch reduziert
sind. Das Ausmaß der Korrosion und die Menge der abgegebenen
Korrosionsprodukte können damit dadurch erheblich verringert
werden, daß ständig Luft in die Kühlflüssigkeit injiziert
wird.
Die Fig. 5 zeigt das Ergebnis einer Studie über die
Auswirkungen der Konzentration des in der Flüssigkeit
gelösten Sauerstoffs auf die Abgaberate von
Korrosionsprodukten. Es ist zu sehen, daß das Ausmaß der
Korrosion und die Menge der abgegebenen Korrosionsprodukte
dadurch erheblich verringert werden kann, daß die
Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffs im
Zustand der Luftsättigung im Bereich von 1 ppm bis 4 ppm
gehalten wird. Wenn in die Flüssigkeit Luft injiziert wird,
kann die Konzentration des gelösten Sauerstoffs diesen Wert
nicht übersteigen. Da die elektrische Leitfähigkeit des
Wasser durch die Auswirkungen des Kohlenstoffdioxids, das zu
etwa 0,04% in atmosphärischer Luft enthalten ist, ansteigen
kann, ist es erforderlich, als injizierte Luft
dekarbonisierte Luft zu verwenden.
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des
Wasserkühlsystems für den Turbogenerator eines
Kernkraftwerks. Das Wasserkühlsystem des Turbogenerators
umfaßt einen Leitungskreis mit einer Pumpe 2, die das Wasser
aus einem Wassertank 1 umpumpt, wobei die Temperatur des
Wassers aus dem Wassertank 1 zuerst mit einem Kühler 3 auf
einen vorgegebenen Wert eingestellt wird und das Wasser durch
einen Filter 4 geführt wird, bevor das Wasser dann zu dem
Generator 5 geleitet wird, in dem es das Innere der
Statorwicklung 6 durchläuft. Vom Generator 5 kehrt das Wasser
dann zum Wassertank 1 zurück. Um die Temperatur des Wassers
im Wassertank 1 erhöhen zu können, ist ein Heiztank 18 mit
einer Heizvorrichtung 19 vorgesehen. Zum Injizieren von
dekarbonatisierter Luft in das Kühlsystem ist eine Flasche 20
mit dekarbonatisierter Luft und ein Luftzuführventil 21
vorgesehen. Das Kernkraftwerk umfaßt einen Kernreaktor, eine
Dampfturbine, die mit Dampf betrieben wird, der mit Energie
vom Kernreaktor erzeugt wird, und den Turbogenerator, der von
der Dampfturbine angetrieben wird und der das genannte
Wasserkühlsystem zum Kühlen der Statorwicklung 6 von innen
mit Wasser umfaßt. In der Zeichnung sind nicht alle diese
Komponenten dargestellt. Das Wasserkühlsystem umfaßt neben
dem Wassertank 1 zum Speichern des Wassers eine einlaßseitige
Leitung 14 und eine auslaßseitige Leitung 15, die den
Wassertank 1 mit der Statorspule 6 verbinden; sowie eine
Injektionseinheit für dekarbonisierte Luft mit der
Luftflasche 20 und dem Luftzuführventil 21, die mit der
Leitung 14 an der Einlaßseite der Statorwicklung 6 verbunden
ist. Durch die geschlossene Struktur dieser Anordnung kann
die dekarbonisierte Luft auch in das Wasser im Wassertank 1
injiziert werden. Die Injektionseinheit 20, 21 für die
dekarbonisierte Luft umfaßt eine (nicht gezeigte)
Steuereinheit zum Steuern der Zufuhr von dekarbonisierter
Luft. Die Steuereinheit sorgt dafür, daß im Betrieb immer und
kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Wasserkühlsystem
injiziert wird, so daß vor dem Betrieb des Generators eine
Oxidschicht auf den Oberflächen der Statorwicklung 6
ausgebildet wird und diese Oxidschicht beim Betrieb des
Generators aufrechterhalten bleibt.
Um die Reinheit des Kühlwassers aufrechtzuerhalten,
weist das System einen Reinigungskreis 8 auf, in dem ein Teil
des Wassers durch einen Kunstharz-Ionentauscher 7 geführt
wird, und eine Abgabeleitung 9 zur Abgabe des
Wasserstoffgases nach außen, das sich im Wassertank 1
gesammelt hat. Wie in der Fig. 2 gezeigt, besteht die
Statorwicklung 6 aus Leitungen 10, die von den Hohldrähten
der Wicklung gebildet werden, deren Hauptbestandteil Kupfer
ist. Die Oberfläche der Statorwicklung ist mit einer
Isolierschicht 11 abgedeckt, und das Kühlwasser strömt durch
das Innere der hohlen Drähte. Das Ende der Statorwicklung ist
mit einem Lot, dessen Hauptbestandteil ebenfalls Kupfer ist,
an einem Schaltkasten 13 mit einer Anschlußleitung 12
verbunden.
Die Oxidationsbehandlung der Teile der
Statorwicklung, die mit Wasser in Berührung kommen, vor und
während des Betriebs des Turbogenerators wird gemäß der im
folgenden beschriebenen Prozedur ausgeführt. Zuerst wird die
Prozedur zur Ausbildung einer Kupfer(II)-Oxidschicht
(Cuprioxidschicht, CuO-Schicht) auf der Oberfläche der
Wicklungsteile vor dem Betrieb des Turbogenerators erläutert.
- 1. Das Wasser im Heiztank 18 wird mit der Heizvorrichtung 19 auf 50 bis 90°C aufgeheizt und dem Wassertank 1 zugeführt.
- 2. Das Wasser aus dem Wassertank 1 wird über die Kühlwasserleitung umgewälzt.
- 3. Während das Wasser durch die Kühlwasserleitung umläuft, wird kontinuierlich oder zu vorgegebenen Perioden mit der Injektionseinheit 20, 21 dekarbonisierte Luft in die Kühlwasserleitung injiziert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die
verwendete dekarbonisierte Luft 100 ppm Kohlendioxidgas, die
Dauer der Injektion beträgt etwa 20 Stunden, und die
Injektion erfolgt in einstündigen Intervallen für jeweils
etwa 15 Minuten. Vorzugsweise wird während der
Oxidationsbehandlung jedoch immer und kontinuierlich Luft
injiziert. Wenn eine Instrumentenluft oder eine
dekarbonisierte Luft mit weniger als 0,5 ppm Kohlendioxid als
Luftquelle verwendet wird, ist es möglich, einen Anstieg in
der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers und die Korrosion
des Kupfers wirkungsvoll zu unterdrücken.
Um die Oxidsubstanzen, die sich an den Teilen der
Statorwicklung befinden, die mit dem Wasser in Kontakt
kommen, abzuwaschen und zu entfernen, wird anstelle der
dekarbonisierten Luft der Fig. 1 ein Inertgas wie
Stickstoffgas dem Wasser zugegeben. Nach dem Entfernen der
Oxidsubstanzen an den Teilen der Statorwicklung, die im
Betrieb des Turbogenerators mit Wasser in Kontakt kommen, mit
Wasser, in das Inertgas wie Stickstoffgas injiziert wurde,
wird die Oxidationsbehandlung ausgeführt. Die
Oxidationsbehandlung wird gemäß der folgenden Prozedur
ausgeführt. Zuerst wird die Prozedur zum Entfernen der
anhaftenden Oxidsubstanzen erläutert.
- 1. Die vom Wassertank 1 der Kühlwasserleitung zugeführte Wassermenge wird gegenüber dem normalen Betrieb auf das etwa 5-fache erhöht. Wenn zum Beispiel normalerweise das Wasser mit einer Rate von 500 l/min zirkuliert, wird die umlaufende Wassermenge auf 3000 l/min erhöht.
- 2. Nach dem Umwälzen des Wassers unter den im Punkt 4) genannten Bedingungen für etwa 5 Stunden wird für etwa 15 Minuten Stickstoff in die Kühlwasserleitung injiziert, um den Wascheffekt durch die entstehenden Blasen zu erhöhen.
- 3. Die Zirkulation des Wassers wird gestoppt und die Innenseite der Leitung untersucht.
- 4. Nach einer dreimaligen Wiederholung der Prozesse 4) bis 6) wird der Filter 4 ausgetauscht.
- 5. Die Innenseite der Leitung wird durch eine dreimalige Wiederholung der Prozesse 4) bis 7) gespült.
- 6. Die Zirkulation des Wassers in der Kühlwasserleitung wird gestoppt, und das Wasser in der Leitung und im Wassertank wird abgelassen.
- 7. Es wird frisches Wasser in den Wassertank eingefüllt.
- 8. Durch Ausführen der Prozesse 1) bis 3) erfolgt eine Oxidationsbehandlung der Innenseite der Kühlwasserleitung.
Die Kupfer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht) wird an der
mit dem Wasser in Kontakt kommenden Oberfläche der
Statorwicklung bei dieser Oxidationsbehandlung unter
Bedingungen ausgebildet, die ähnlich sind wie die im
Zusammenhang mit der Tabelle 1 genannten Bedingungen. Die
Statorwicklung mit der Kupfer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht),
die eine dunkelbraune Farbe hat, hält die Leistungsfähigkeit
des Turbogenerators aufrecht, da die Korrosion beim Betrieb
des Generators nicht fortschreitet und keine Abgabe von
Korrosionsprodukten erfolgt, weshalb der Turbogenerator sehr
zuverlässig arbeitet. Wenn die Statorwicklung neu installiert
ist, kann der gleiche Effekt erhalten werden, wenn der obige
Spülvorgang zum Entfernen anhaftender Oxidsubstanzen
weggelassen wird und nur der Prozeß der kontinuierlichen
Ausbildung der Kupfer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht)
ausgeführt wird.
Die Tabelle 2 zeigt das Ergebnis eines
Vergleichsversuchs für die Korrosion in der Statorwicklung
für die Fälle mit und ohne einer Oxidationsbehandlung der
Innenseite der Statorwicklung, wenn der Turbogenerator in
Betrieb ist. Es ließ sich bestätigen, daß durch die
beschriebene Oxidationsbehandlung die Korrosionsrate der
Statorwicklung auf nahezu 1/20 verringert wird und die
Abgaberate von Korrosionsprodukten aus der Statorwicklung auf
nahezu 1/5.
Im Betrieb steuert die Steuereinheit die Injektion
der dekarbonisierten Luft in das Kühlwasser so, daß dies
während der Periode immer und kontinuierlich erfolgt.
Das kontinuierliche Aufrechterhalten der Kupfer(II)-
Oxidschicht (CuO-Schicht) an der Statorwicklung ergibt damit
einen sehr zuverlässigen Turbogenerator, dessen
Leistungsfähigkeit erhalten bleibt, da die Korrosion im
Betrieb des Generators nicht fortschreitet und die Abgabe von
Korrosionsprodukten unterdrückt ist.
Die Fig. 6 zeigt ein Wasserkühlsystem für den
Turbogenerator eines Kernkraftwerks mit einem
Konzentrationsmeßgerät 24 für gelösten Sauerstoff im
Kühlwassersystem. Ansonsten ist das Wasserkühlsystem der Fig.
6 der Ausführungsform der Fig. 1 ähnlich. Das
Konzentrationsmeßgerät 24 für gelösten Sauerstoff mißt und
überwacht den Gehalt an im Kühlwasser gelösten Sauerstoff
kontinuierlich. Wenn die Konzentration an gelöstem Sauerstoff
im Kühlwasser unter 1 ppm liegt, wird dekarbonisierte Luft in
das Kühlwasser injiziert, um die Konzentration an gelöstem
Sauerstoff im Kühlwasser immer im Bereich zwischen 1 und 4 ppm
zu halten.
Die Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des
Wasserkühlsystems für den Turbogenerator eines
Kernkraftwerks, bei der wie bei der Ausführungsform der Fig.
6 ein Konzentrationsmeßgerät 24 zur Messung der Konzentration
von im Kühlwasser gelösten Sauerstoff vorgesehen ist, wobei
das Signal, das bei einer Änderung der Konzentration des
gelösten Sauerstoffs vom Konzentrationsmeßgerät 24 ausgegeben
wird, von einem PID-Regler 25 für eine Proportional-,
Integral- und Differentialregelung verarbeitet wird und das
Luftzuführventil 21 vom PID-Regler elektrisch entsprechend
angesteuert wird. Wenn zum Beispiel die Konzentration an
gelöstem Sauerstoff im Kühlwasser auf 4 ppm eingestellt ist,
wird die Konzentration an im Kühlwasser gelösten Sauerstoff
durch das entsprechende Steuern der dem Kühlwassersystem
durch das Luftzuführventil 21 zugeführten Luft immer auf 4 ppm
gehalten.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des
Wasserkühlsystems für den Turbogenerator eines
Kernkraftwerks. Die Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet
sich von der der Fig. 7 dadurch, daß die Injektionseinheit
20, 21 zum Zuführen dekarbonisierter Luft über eine Leitung
direkt mit dem Wassertank 1 verbunden ist. Das Verfahren zum
Betreiben des Wasserkühlsystems der vorliegenden
Ausführungsform vor und während des Betriebs des Generators
ist ähnlich wie oben beschrieben, und es werden die gleichen
vorteilhaften Auswirkungen wie oben erhalten.
Claims (12)
1. Turbogenerator mit einem Wasserkühlsystem zum Kühlen der
Innenseite der Statorwicklung (6) des Generators (5) mit
Wasser, wobei das Wasserkühlsystem aufweist:
einen Wassertank (1) zum: Speichern von Kühlasser,
Leitungen (14, 15), die den Wassertank (1) an der Einlassseite und an der Auslassseite des Generators (5) mit der Statorwicklung (6) verbinden,
eine Injektionseinheit (20, 21), die mit der Leitung (14) an der Einlassseite oder mit dem Wassertank (1) verbunden ist,
eine Heizeinrichtung (18, 19) zum Aufheizen des Kühlwassers, und
eine Steuereinheit; wobei
die Statorwicklung (6) an den Oberflächen, die mit Kühlwasser in Kontakt kommen; eine Oxidschicht aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Injektionseinheit (20, 21) der Zufuhr von dekarbonisierte Luft zum Kühlwasser dient;
die Statorwicklung (6) eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators (5) durch Wasser ausgebildet wird, das von der Heizeinrichtung (18, 19) auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und
die Steuereinheit dafür sorgt, dass während des Betriebs des Generators (5) kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.
einen Wassertank (1) zum: Speichern von Kühlasser,
Leitungen (14, 15), die den Wassertank (1) an der Einlassseite und an der Auslassseite des Generators (5) mit der Statorwicklung (6) verbinden,
eine Injektionseinheit (20, 21), die mit der Leitung (14) an der Einlassseite oder mit dem Wassertank (1) verbunden ist,
eine Heizeinrichtung (18, 19) zum Aufheizen des Kühlwassers, und
eine Steuereinheit; wobei
die Statorwicklung (6) an den Oberflächen, die mit Kühlwasser in Kontakt kommen; eine Oxidschicht aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Injektionseinheit (20, 21) der Zufuhr von dekarbonisierte Luft zum Kühlwasser dient;
die Statorwicklung (6) eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators (5) durch Wasser ausgebildet wird, das von der Heizeinrichtung (18, 19) auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und
die Steuereinheit dafür sorgt, dass während des Betriebs des Generators (5) kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.
2. Turbogenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Filter (4) zum Entfernen von festen Partikeln aus dem
Kühlwasser, bevor dieses zur Statorwicklung (6) geführt wird.
3. Turbogenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Kunstharz-Ionentauscher (7) zum Entfernen von Ionen aus
dem Kühlwasser.
4. Turbogenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein
Sauerstoff-Konzentrationsmeßgerät (24) zum Messen des
Sauerstoffgehalts im Kühlwasser, das den Filter (4)
durchlaufen hat.
5. Turbogenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge der im Betrieb des Generators (5) in das
Kühlwasser injizierten, dekarbonisierten Luft auf der Basis
eines Signals vom Sauerstoff-Konzentrationsmeßgerät (24)
gesteuert wird.
6. Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators mit einer
Statorwicklung (6), die von innen mit Wasser gekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
vor Beginn des Betriebs des Generators (5) an den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer hohen Temperatur, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und daß
während des Betriebs des Generators (5) kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.
vor Beginn des Betriebs des Generators (5) an den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer hohen Temperatur, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und daß
während des Betriebs des Generators (5) kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.
7. Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wasser, mit dem vor dem Beginn des Betriebs die Oxidschicht in der Statorwicklung (6) ausgebildet wird, eine Temperatur von über 50°C besitzt; und daß
das während des Betriebs des Generators zirkulierende Kühlwasser durch die Injektion der dekarbonisierten Luft eine Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Bereich von 1 bis 4 ppm aufweist, um den Oxidfilm an der Innenseite der Statorwicklung (6) aufrechtzuerhalten.
das Wasser, mit dem vor dem Beginn des Betriebs die Oxidschicht in der Statorwicklung (6) ausgebildet wird, eine Temperatur von über 50°C besitzt; und daß
das während des Betriebs des Generators zirkulierende Kühlwasser durch die Injektion der dekarbonisierten Luft eine Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Bereich von 1 bis 4 ppm aufweist, um den Oxidfilm an der Innenseite der Statorwicklung (6) aufrechtzuerhalten.
8. Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Beginn des Betriebs des Generators (5) mit einer Inertgasinjektionseinrichtung ein Inertgas in das Kühlwasser injiziert wird, wobei die Inertgasinjektionseinrichtung direkt mit der Leitung (14) verbunden ist, die zu der Statorwicklung (6) führt, und wobei mittels einem mit der Leitung verbundenen Filter Korrosionsprodukte aus dem Inneren der Statorwicklung (6) und der Leitung (14) entfernt werden;
daß danach vor dem Beginn des Betriebs des Generators auf den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer Temperatur von über 50°C, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und
daß während des Betriebs des Generators das Kühlwasser so zirkuliert wird, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch die kontinuierliche Injektion der dekarbonisierten Luft in das Kühlwasser im Bereich von 1 bis 4 ppm liegt, um den Oxidfilm an der Innenseite der Statorwicklung (6) aufrechzuerhalten.
daß vor dem Beginn des Betriebs des Generators (5) mit einer Inertgasinjektionseinrichtung ein Inertgas in das Kühlwasser injiziert wird, wobei die Inertgasinjektionseinrichtung direkt mit der Leitung (14) verbunden ist, die zu der Statorwicklung (6) führt, und wobei mittels einem mit der Leitung verbundenen Filter Korrosionsprodukte aus dem Inneren der Statorwicklung (6) und der Leitung (14) entfernt werden;
daß danach vor dem Beginn des Betriebs des Generators auf den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer Temperatur von über 50°C, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und
daß während des Betriebs des Generators das Kühlwasser so zirkuliert wird, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch die kontinuierliche Injektion der dekarbonisierten Luft in das Kühlwasser im Bereich von 1 bis 4 ppm liegt, um den Oxidfilm an der Innenseite der Statorwicklung (6) aufrechzuerhalten.
9. Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators nach einem
der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs gemessen wird; und
daß die Menge der injizierten, dekarbonisierten Luft auf der Basis der gemessenen Sauerstoffkonzentration gesteuert wird.
daß die Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs gemessen wird; und
daß die Menge der injizierten, dekarbonisierten Luft auf der Basis der gemessenen Sauerstoffkonzentration gesteuert wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators nach
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dekarbonisierte
Luft so in das Kühlwasser injiziert wird, daß die
Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs nicht
unter 1 ppm liegt.
11. Verwendung eines Turbogenerators nach einem der
Ansprüche 1 bis 5 in einem Kernkraftwerk mit einem
Kernreaktor, einer Dampfturbine, die mit dem Dampf betrieben
wird, der mit Energie vom Kernreaktor erzeugt wird, wobei die
Dampfturbine den Turbogenerator antreibt.
12. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6
bis 10 bei einem Turbogenerator, der in einem Kernkraftwerk
verwendet wird, wobei der Dampf, der mit Energie vom
Kernreaktor erzeugt wird, eine Dampfturbine antreibt, die
ihrerseits den Turbogenerator antreibt.
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- 1999-06-03 JP JP11156040A patent/JP2000350414A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |