DE10027260C2

DE10027260C2 - Turbogenerator und Verfahren zum Betreiben eines Turbogenerators sowie Verwendung des Turbogenerators und des Verfahrens bei einem Kernkraftwerk

Info

Publication number: DE10027260C2
Application number: DE10027260A
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Itoo; Kenya Ohashi; Kazumi Fujii; Takahiko Sano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP2000350414A; DE10027260A1; US6459750B1

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.

Tabelle 1

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.

Tabelle 2

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.