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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Dampfkondensators für eine
Dampfturbinenanlage sowie den Dampfkondensator für die Dampfturbinenanlage.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Beschichten eines eingebauten
Kondensatorrohres mit einer hydrophoben Beschichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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In
einer Dampfturbine wird die Totalenthalpie eines Wasserdampfes ausgenutzt,
um eine Wärmeenergie,
beispielsweise von Atomenergie, Kohle oder anderen Energieträgern, in
mechanische Energie umzuwandeln. Dabei wird aus einem flüssigen Arbeitsmedium,
wie beispielsweise Wasser, in einem Dampferzeuger Dampf bereitgestellt
und einer Turbine zugeführt.
In dieser Turbine kann eine Enthalpiedifferenz des Dampfes genutzt
werden, um mechanische Energie zu erzeugen. Der Turbine nachgeschaltet
wird ein Kondensator bzw. ein Dampfkondensator angeordnet, um eine
isobare Kondensation des Wasserdampfes bereitzustellen.
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Als
Dampfkondensation sind Oberflächenkondensatoren
für Dampfturbinenanlagen
bekannt, wobei die Oberflächenkondensatoren
eine Vielzahl von unbeschichteten Kondensatorrohren aufweisen. An
den Kondensatorrohren, welche mit einem kühlenden Arbeitsmedium gefüllt sind,
findet üblicherweise
eine Filmkondensation statt, so dass der Flüssigdampf in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht.
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Ferner
können
die Kondensatorrohre hydrophob beschichtet werden, um einen gezielten Übergang
von Filmkondensation zu einer Tropfenkondensation bereitzustellen.
Mittels einer Tropfenkondensation kann eine Steigerung des Wärmeübergangs er zielt
werden, wodurch sich eine Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten
um ca. 20% einstellt. Dies führt
wiederum zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Kondensators
(kleinere Grädigkeit)
oder zu einer Verringerung der Kosten und des Bauraums bei gleicher
Grädigkeit.
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Dampfkondensator mit einer
verbesserten Wirksamkeit bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst, insbesondere
mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Dampfkondensators
für eine
Dampfturbinenanlage, eine Vorrichtung zum Beschichten eines eingebauten
Kondensatorrohres mit einer hydrophoben Beschichtung und eines Dampfkondensators
für eine
Dampfturbinenanlage.
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Gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Dampfkondensators für eine
Dampfturbinenanlage beschrieben. Ein Kondensatorrohr wird in einen
Träger
für ein
Kondensatorrohrbündel
des Dampfkondensators eingebaut. Das eingebaute Kondensatorrohr
wird mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird eine Vorrichtung zum Beschichten eines eingebauten Kondensatorrohres
mit einer hydrophoben Beschichtung gemäß den oben beschriebenen Herstellverfahren
geschaffen. Die Vorrichtung weist einen Sprühkopf zum Beschichten des eingebauten
Kondensatorrohres mit der hydrophoben Beschichtung auf.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Dampfkondensator für eine Dampfturbinenanlage geschaffen.
Der Dampfkondensator wird mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt.
Der Dampfkondensator weist einen Träger mit einem eingebauten Kondensatorrohr auf,
wobei das eingebaute Kondensatorrohr eine hydrophobe Beschichtung aufweist.
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Unter
dem Begriff „Kondensatorrohrbündel” kann ein
Kondensatorrohr oder eine Vielzahl von Kondensatorrohren verstanden
werden, welche in einem Träger
(Kondensatorrohrträger)
in einem bestimmten Abstand zueinander gehaltert werden und eine
Kondensatorrohreinheit bzw. das Kondensatorrohrbündel bilden. Ein zu kühlender
Wasserdampf kann beispielsweise auf ein Kondensatorrohrbündel auftreffen,
so dass der Wasserdampf durch das Kondensatorrohrbündel an
den einzelnen Kondensatorrohren vorbeiströmen kann. Der Träger kann
ferner ausgebildet sein, die einzelnen Kondensatorrohre in einen
definierten Abstand zu beabstanden, so dass der Wasserdampf zwischen
den Kondensatorrohren hindurchströmen und durch die Kondensatorrohre gekühlt werden
kann. Der Träger
kann beispielsweise aus Rohrböden
und Stützwänden bestehen,
welche Bohrungen und Aufnahmeeinheiten aufweisen an denen die einzelnen
Kondensatorrohre befestigt werden können.
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Unter
dem Begriff „hydrophob” bzw. „hydrophobe
Beschichtung” kann
eine Oberfläche
verstanden werden, welche wasserabweisend ist, bzw. an welcher eine
Tropfenkondensation stattfinden kann. Zudem kann im folgenden unter
dem Begriff „hydrophober
Beschichtung” ebenfalls
eine Beschichtung verstanden werden, welche einen oleophoben Effekt aufweist,
das heißt
welche einen Öl
abweisenden Effekt aufweist. Eine hydrophobe Beschichtung weist einen
Kontaktwinkel bei Flüssigkeitstropfen
von über 90° auf. Der
Kontaktwinkel kann bei hydrophoben Beschichtungen bis zu 130° reichen.
Mit strukturierten Oberflächen
kann ein superhydrophober Effekt mit einem Kontaktwinkel von größer als
130° oder größer als
160° (Grad)
erzielt werden (z. B. Lotus-Effekt). Der Kontaktwinkel definiert
einen Winkel zwischen einer Oberfläche einer Beschichtung und
einem tangential an einem Flüssigkeitstropfen
verlaufenden Vektor im Kontaktpunkt des Tropfens mit einer Bauteiloberfläche. Bei
einem Kontaktwinkel von über
90° bildet
sich bei einem Wassertropfen auf einer Oberfläche eine Tropfenform aus, so
dass bei einem Kontaktwinkel von über 90° eine Tropfenkondensation bereitstellbar
sein kann.
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Üblicherweise
werden Kondensatorrohre vor Einbau in den Träger beschichtet und nach der
Beschichtung in den Träger
für das
Kondensatorrohrbündel
eingeschoben. Das Einschieben bzw. der Einbau der bereits beschichteten
Kondensatorrohre kann jedoch die hydrophobe Beschichtung beschädigen. Hydrophobe
Beschichtungen weisen sensible Eigenschaften auf, so dass eine geringe
Abriebsfestigkeit vorliegt und das Verletzungsrisiko der hydrophoben
Beschichtungen auf den Kondensatorrohren bei dem Einbau hoch ist.
Besonders wünschenswert kann
dabei eine Beschichtung der Kondensatorrohre mit superhydrophoben
Schichten (z. B. Beschichten mit „Lotus-Effekt”) sein,
wobei solche superhydrophoben Schichten besonders sensibel hinsichtlich mechanischer
Beanspruchung sind, so dass ein nachträglicher Einbau der beschichteten
Kondensatorrohre zu einem hohen Risiko von Beschichtungsschäden führt. Ferner
kann die Beschichtung neben dem Einschieben der Kondensatorrohre
ebenfalls durch die Befestigungsverfahren der Kondensatorrohre an
dem Träger
des Kondensatorrohrbündels beschädigt werden.
Kondensatorrohre werden beispielsweise an den Träger geschweißt, wodurch
es zu einer Verletzung der hydrophoben Beschichtung kommen kann.
Zudem ist ein hoher Wartungsaufwand notwendig, um hydrophob beschichtete
Kondensatorrohre mittels Rohraustausch nachzurüsten, so dass lange Wartungs-
und Rüstzeiten
bestehen.
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Mittels
des beanspruchten Herstellverfahrens wird eine hydrophobe Beschichtung
auf ein eingebautes Kondensatorrohr aufgetragen. Mit anderen Worten
wird auf ein bereits in einem Kondensatorrohrbündel befestigtes Kondensatorrohr
die hydrophobe Beschichtung aufgetragen. Somit besteht die Möglichkeit,
einen sich in der Herstellung befindlichen Kondensator in einem
einzigen Beschichtungsvorgang zu behandeln, so dass die Kondensatorrohre
des Kondensators in einem Arbeitsschritt mit der hydrophoben Beschichtung
versehen werden können,
womit ein Produktionszeitaufwand reduziert werden kann. Zudem kann bei
späteren
Wartungsvorgängen
der Kondensatoren eine hydrophobe Beschichtung erneuert werden,
ohne dass die einzelnen Kondensatorrohre ausgebaut werden müssen.
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Bei
dem beanspruchten Herstellverfahren des Dampfkondensators kann ferner
nur ein Teil von Kondensatorrohren in dem eingebauten Zustand beschichtet
werden und ein anderer Teil an Kondensatorrohren unbeschichtet bleiben.
Beispielsweise tragen jeweils die äußeren Rohre eines Kondensatorrohrbündels am
stärksten
zur Kondensationsleistung des Dampfkondensators bei. Daher können die
Vorteile der Erfindung bereits damit erreicht werden, indem in dem
Träger
des Kondensatorrohrbündels
die äußeren Kondensatorrohre
zunächst
eingebaut werden und in einem eingebauten Zustand mit der hydrophoben
Beschichtung beschichtet werden. Somit weisen zumindest die äußeren Kondensatorrohre des
Kondensatorrohrbündels
eine hochqualitative hydrophobe Beschichtung auf. Da diese äußeren, sich
am Rand des Trägers
befindenden Kondensatorrohre die stärkste Kondensationsleistung
des Dampfkondensators bereitstellen, ist es besonders vorteilhaft,
gerade bei diesen Kondensatorrohren eine hochqualitative hydrophobe
Beschichtung bereitzustellen. Somit kann eine Erzielung einer höheren Kondensationsleistung
des Dampfkondensators ohne Ausbau der Kondensatorrohre ermöglicht werden.
Ferner besteht eine verbesserte Servicemöglichkeit und eine bessere
Retrofit-Möglichkeit
(Instandhaltungs- oder Nachrüstmöglichkeit).
Gerade für
einen Kraftwerksbetreiber kann dies einen wichtigen Faktor darstellen,
da ein kurzer Stillstand der Dampfturbine bzw. des Dampfkondensators
ohne wesentliche Montagearbeit für
eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades führt. Ferner kann für den Hersteller
der Dampfturbine ein attraktives Geschäftsfeld in dem Servicebereich
bereitgestellt werden.
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Durch
den Auftrag der Beschichtung der Kondensatorrohre in eingebautem
Zustand kann ferner eine Wahl der Beschichtung getroffen werden, ohne
auf Montagebelange Rücksicht
zu nehmen. Gerade bei beschichteten Kondensatorrohren muss Rück sicht
genommen werden, dass beispielsweise die Beschichtung mit Befestigungsmitteln
am Träger in
Kontakt kommen, welches zu einer Abnutzung der Beschichtung führt. Ein
komplexes Einschiebeverfahren der Kondensatorrohre durch eine Reihe
von Befestigungsbohrungen kann bisher eine Einsatzmöglichkeit
von den mechanisch weniger stabilen strukturierten hydrophoben Beschichtungen
ausschließen.
Durch eine nachträgliche
Beschichtung der eingebauten Kondensatorrohre mittels des beanspruchten
Herstellverfahrens kann somit ein Auftrag von hydrophoben Beschichtungen
auf den Kondensatorrohren ermöglicht
werden, so dass eine weitere Verbesserung der Kondensationseigenschaften
geschaffen werden kann.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Verfahrens ist der Dampfkondensator während des Beschichtens auf
der Dampfturbinenanlage montiert und z. B. bereits vor dem Beschichtungsvorgang
in Betrieb gewesen. Der Kraftwerksbetreiber kann somit ohne ein
Entleeren der Kondensatorrohre und somit mit minimalem Aufwand eine
Ausbesserung oder einen Auftrag der hydrophoben Beschichtung auf
dem eingebauten Kondensatorrohr vornehmen. Ein Ausbau des Kondensatorrohres
und somit ein Unterbrechen des Betriebs des Dampfkondensators kann
vermieden werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird das eingebaute Kondensatorrohr mittels einer Streichbeschichtung
mit der hydrophoben Beschichtung beschichtet. Mittels der Streichbeschichtung
kann in einfacher und schneller Art und Weise ein Kondensatorrohr
mittels der hydrophoben Beschichtung beschichtet werden. Beispielsweise können bei
der Streichbeschichtung Pinselvorrichtungen eingesetzt werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Beschichten des eingebauten Kondensatorrohres mit der
hydrophoben Beschichtung zumindest ein Positionieren einer Sprühvorrichtung
an dem Träger
oder relativ zum Träger auf.
Mittels der Sprühvorrichtung
wird anschließend ein
Aufsprühen
der hydrophoben Beschichtung bereitgestellt, um das eingebau te Kondensatorrohr
mit der hydrophoben Beschichtung zu beschichten. Mittels der Sprühlackierung
kann aufgrund eines sehr feinen Sprühstaubs der hydrophoben Beschichtungsmaße ein besonders
dünner
und gleichmäßiger Auftrag
der hydrophoben Beschichtung auf dem eingebauten Kondensatorrohr
bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist der Schritt des Beschichtens des eingebauten Kondensatorrohres
mit der hydrophoben Beschichtung ein Bewegen der Sprühvorrichtung
während
des Aufsprühens
mit einem gleichmäßigen Vorschub
entlang einer Erstreckungsrichtung des eingebauten Kondensatorrohres
auf. Somit kann selbsttätig
ein gleichmäßiges Besprühen bzw.
Beschichten des eingebauten Kondensatorrohres bereitgestellt werden.
Gerade bei manuellem Auftragen einer Beschichtung kann es durch
einen unregelmäßigen manuellen
Vorschub zu Unregelmäßigkeiten bei
dem Sprühauftrag
der hydrophoben Beschichtung kommen, so dass unterschiedliche Schichtdicken
auf dem Kondensatorrohr erzielt werden. Mittels des Einsatzes der
Sprühvorrichtung,
welche einen gleichmäßigen Vorschub
bereitstellt, kann eine vordefinierte und gleichmäßige Schichtdicke
der hydrophoben Beschichtung bereitgestellt werden, so dass vordefinierte
und verbesserte Kondensatorwirkungen des Kondensatorrohres erreicht
werden können.
Ferner kann durch mehrmaliges Verfahren mit dem gleichmäßigen Vorschub
eine Vielzahl von Schichten der hydrophoben Beschichtung aufgetragen
werden. So kann beispielsweise eine hydrophobe Beschichtung aus
10, 12 oder mehr Unterschichten bestehen. Neben einem gleichmäßigen Vorschub entlang
einer Erstreckungsrichtung des eingebauten Kondensators ist auch
ein gleichmäßiger Vorschub orthogonal
zur Erstreckungsrichtung des eingebauten Kondensatorrohres bereitstellbar.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Sprühvorrichtung
einen Sprühkopf
auf, wobei das Beschichten des eingebauten Kondensatorrohres mit
der hydrophoben Beschichtung ferner den Schritt des Einbringens
des Sprühkopfs in
den Träger
aufweist, um das eingebaute Kondensatorrohr mit der hydrophoben
Beschichtung zu beschichten.
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Unter
dem Begriff „Einbringen” des Sprühkopfs in
den Träger
kann beschrieben werden, dass neben dem Einsprühen der äußeren Kondensatorrohre des
Kondensatorrohrbündels
ebenfalls eine Möglichkeit
bereitgestellt wird, das Innere eines Kondensatorrohrbündels zu
beschichten. Dabei kann der Sprühkopf
derart in den Träger
eingebracht werden, dass der Sprühkopf
zwischen den Kondensatorrohrabständen
hindurchgeführt
werden kann und somit innenliegende Kondensatorrohre, welche beispielsweise
keinen direkten Anschluss mit dem Umfeld des Kondensatorrohrbündels aufweisen,
beschichten kann. Somit können
auch verdeckt eingebaute Kondensatorrohre mit der hydrophoben Beschichtung
im eingebauten Zustand beschichtet werden,, so dass ein Ausbau dieser
innen liegenden Rohre ebenfalls nicht notwendig sein kann. Die Sprühvorrichtung kann
beispielsweise am oder im Träger
des Kondensatorrohrbündels
positioniert werden und mittels des gleichmäßigen Vorschubs entlang der
Kondensatorrohre einen Sprühauftrag
der Beschichtung bereitstellen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist der Schritt des Beschichtens des eingebauten Kondensatorrohres
mit der hydrophoben Beschichtung ferner ein Beschichten des eingebauten
Kondensatorrohres mittels Elektrospritzlackierens auf. Mittels des
Elektrospritzlackierens kann beispielsweise der Grad der Beschichtung
durch elektrostatische Effekte verbessert werden. Bei dem Verfahren
des Elektrospritzlackierens kann der Sprühnebel der hydrophoben Beschichtung
während des
Auftrags elektrostatisch aufgeladen werden, zum Beispiel mit 35
kV (Kilovolt), 40 kV oder 50 kV, und auf geerdete Kondensatorrohre
aufgespritzt werden. Dabei werden die Kondensatorrohre mit einem
Erdpotenzial verbunden. Beispielsweise kann der Träger des
Kondensatorrohrbündels
ein metallischer Leiter sein und somit als elektrisch leitendes
Strukturbauteil verwendet werden. Die Kondensatorrohre selbst oder
die elektrisch leitenden Strukturbauteile können mit einer Verbindung mit
dem Boden (Erdung, Erdpotenzial) versehen werden. Die hydrophobe
Beschichtung kann beispielsweise mit einer Spannungsquelle elektrostatisch
aufgeladen werden. Somit besteht mittels des Elektrospritzlackierens
der Vorteil, dass die hydrophobe Beschichtung beispielsweise bei
einem Sprühauftrag
gleichmäßig verteilt
wird und zudem der Verlust an Material der hydrophoben Beschichtung
reduziert werden kann. Ferner wird bei Auftrag der hydrophoben Beschichtung
auf den Kondensatorrohren mittels Elektrospritzlackierens eine allseitige
Beschichtung der Kondensatorrohre ermöglicht. Wenn sich beispielsweise
der Sprühkopf auf
einer Seite des Kondensatorrohres befindet, kann sich dennoch der
Sprühnebel
auf der gegenüberliegenden
Seite der Kondensatorrohre aufgrund der elektrostatischen Aufladung
niederlegen, so dass eine hydrophobe Beschichtung auch an gegenüberliegenden
Stellen der Kondensatorrohre bereitgestellt werden kann. Bei dem
Elektrospritzlackieren kann mittels geeigneter Wahl der Dosierung
der hydrophoben Beschichtung sowie mit geeigneter Wahl des Vorschubs
oder der angelegten statischen Spannung eine vordefinierte dünne und
gleichmäßige hydrophobe
Beschichtung auf den Kondensatorrohren bereitgestellt werden, so
dass vordefinierte hydrophobe Eigenschaften an jedem der Kondensatorrohre
bereitgestellt werden können.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird die hydrophobe Beschichtung auf dem eingebauten Kondensatorrohr
mittels UV-Härtung,
Dual Cure und/oder thermischer Aushärtung vernetzt.
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Unter
dem Begriff „Vernetzen” kann eine
Verbindung der Beschichtung mit einer Oberfläche der Kondensatorrohre verstanden
werden. Der Begriff „Vernetzung” kann bedeuten,
dass die Beschichtung fest mit der Oberfläche der Kondensatorrohre verbunden
wird. Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass sich die Moleküle der Beschichtung mit
den Atomen / Molekülen
der Kondensatorrohroberfläche
verbinden oder dass Moleküle
der Beschichtung in Hohlräume
der Oberfläche
des Kon densatorrohres eingreifen und somit eine feste Verbindung
schaffen.
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Bei
der UV-Härtung
wird mittels eines UV-Strahlers ein ultraviolettes (UV) Licht in
Richtung Beschichtung gestrahlt, so dass aufgrund der Anregung der
Moleküle
in der Beschichtung sowie aufgrund der entstehenden Temperatur eine
Vernetzung der Beschichtung entsteht.
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Eine
weitere Technologie zur Vernetzung mittels UV-Härtung ist das Dual Cure Verfahren,
bei welchem die Aushärtung
zunächst
durch UV-Strahlung initiiert wird und anschließend die hydrophobe Beschichtung
bei Raumtemperatur vollständig
ausgehärtet
wird, so dass eine Vernetzung stattfindet.
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Ferner
wird unter dem Begriff „thermischer Aushärtung” eine Vernetzung
durch Aushärtung
aufgrund des Auftrags von thermischer Energie beschrieben. Die Temperaturbereiche
bei der thermischen Aushärtung
können
zwischen 50°C
bis 100°C oder
im Bereich zwischen 100°C
und 200°C
oder auch zwischen 100°C
bis 250°C
liegen. Die thermische Energie kann beispielsweise mittels Heizstrahlern,
Heizspulen, Widerstandsheizungen oder Warmluftgebläse aufgetragen
werden. Ferner kann die thermische Energie zur Aushärtung mittels
eines Heizfluids in den Kondensatorrohren erzielt werden, so dass
keine weiteren thermischen Energiequellen benötigt werden können. Andererseits
kann das Arbeitsfluid in den Kondensatorrohren abgelassen werden,
um eine nachteilige Wärmekapazität eines
Fluid gefüllten
Rohres zu vermeiden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird in dem Schritt des Beschichtens des eingebauten Kondensatorrohres
mit der hydrophoben Beschichtung ein Sol-Gel-Verfahren eingesetzt.
Bei der Beschichtung mittels des Sol-Gel-Verfahrens werden hydrophobe Beschichtungen
eingesetzt, welche einen Sol-Gel-Aufbau aufweisen. Solche Sol-Gel-basierte
hydrophobe Beschichtungen basieren auf Hybrid-Polymeren, welche
einen Netzwerk-Aufbau mit organischen und anorganischen Komponenten
aufweisen. Als Ausgangsstoff zur Herstellung solcher Sol-Gel-Beschichtungen
können
organisch modifizierte Metalloxide, wie beispielsweise Si-, Ti-,
Zr- oder Al-Alkoxide, verwendet werden. Bevorzugterweise können Si-Alkoxide
als Präkursoren zum
Einsatz kommen, welche beispielsweise die folgende chemische Struktur
aufweisen: Xn-Si-(OR)4-n wobei:
X = organische Modifikation
des Alkoxides
R = Alkyl-Gruppe (z. B. Methyl, Ethyl) oder Aryl-Gruppe
(z. B. Phenyl)
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X
(organische Modifikation des Alkoxides) kann eine reaktive bzw.
nicht-reaktive Seitenkette sein. Die Herstellung der Beschichtung
erfolgt durch Hydrolyse und Kondensation der Metall-Alkoxide. Die
organische Modifikation des Metalloxides kann die Eigenschaften
der Beschichtung beeinflussen. Die hydrophoben Seitenketten X (z.
B.: Alkylketten, Alkylgruppen, Fluore-Alkylketten, Siloxan-Gruppen) reduzieren
die Oberflächenenergie
der Beschichtung und bewirken einen Wasser (hydrophoben) und Öl (oleophoben)
abweisenden Effekt. Die organische Modifikation kann eine ausreichende
Wasserdampfstabilität
aufweisen.
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Das
beschriebene hydrophobe Sol-Gel-basierte Beschichtungsmaterial kann
durch den Einbau von Oberflächen
behandelten nano- bzw. mikroskaligen Partikeln weiter modifiziert
werden, wodurch zum Beispiel die mechanische Abriebsbeständigkeit oder
die Korrosionsbeständigkeit
verbessert werden kann.
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Die
hydrophoben Sol-Gel-Beschichtungen können in dem Sol-Gel-Verfahren beispielsweise über nasschemische
Verfahren wie z. B. Sprühen, Tauchen,
Fluten, Rollen oder Streichen auf das Substrat (Kondensatorrohr)
aufgetragen werden. Die Beschichtungen werden anschließend thermisch
ausgehärtet
bzw. vernetzt. Beispielsweise können
hierbei die Temperaturbereiche des oben beschriebenen Vernetzungsschrittes
verwendet werden, aber auch eine Aushärtungstemperatur in Temperaturbereichen von
Raumtemperatur bis zu 400°C
(Celsius) sind möglich.
Eine höhere
Härtungstemperatur über 400°C führt kann
zu einer glasartigen Schicht führen, wobei
die hydrophoben Eigenschaften reduziert werden können. Ferner weisen kurzkettige
Seitengruppen, wie z. B. X = Methyl-Gruppen, Aryl-Gruppen, eine
ausreichende thermische Stabilität
auf. Ferner kann eine Schichtdicke in einem Bereich von 100 nm (Nanometer)
bis 100 μm
(Mikrometer) erreicht werden.
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Die
hydrophoben Beschichtung auf dem eingebauten Kondensatorrohr kann
mittels des Sol-Gel-Verfahrens derart aufgetragen werden, dass beispielsweise
der Kontaktwinkel der hydrophoben Beschichtung bei 90° (Grad),
100° oder
120° liegt.
Im Vergleich zu unbehandelten Metalloberflächen bzw. Rohroberflächen der
Kondensatorrohre wird durch den Einsatz einer hydrophoben Beschichtung
mit einem Kontaktwinkel zwischen 90° und 130°, insbesondere zwischen z. B.
Beispiel 100° und
120°, ca. 20%
mehr Kondensat aufgefangen, wodurch die Kondensatorleistung des
Dampfkondensators deutlich verbessert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung zum Beschichten
eines eingebauten Kondensatorrohres mit der hydrophoben Beschichtung
nach dem oben beschrieben Herstellungsverfahren eine Positionierungseinrichtung
zum Positionieren der Vorrichtung relativ zu dem Träger des
Kondensatorrohrbündels
auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung zum
Verfahren des Sprühkopfs
entlang und/oder quer zu einer Erstreckungsrichtung des Kondensatorrohres
auf. Die Positionierungseinrichtung kann beispielsweise eine eigenständige Einheit
sein und relativ zum Träger
fixiert werden. Andererseits kann die Positionierungseinrichtung
an dem Trägerselbst
befestigt werden und die Beschichtungsvorrichtung haltern. Die Vorrichtung
zum Beschichten des eingebauten Kondensatorrohres kann beispielsweise
die Sprühvorrichtung
sein. Ferner weist die Beschichtungsvorrichtung den Sprühkopf zum Beschichten
des eingebauten Kondensatorrohres mit der hydrophoben Beschichtung
auf. Der Sprühkopf
kann beispielsweise aus einer Düse
bestehen, welche die hydrophobe Beschichtung in einer feinen Zerstäubung auf
eine Oberfläche
der Kondensatorrohre auftragen kann. Die Bewegungseinrichtung kann
mit der Positionierungseinrichtung verfahrbar verbunden sein und
entlang einer vordefinierten linearen Bewegungsrichtung verfahren
werden, so dass mittels des Sprühkopfs
ein gleichmäßiger Auftrag
der hydrophoben Beschichtung auf den Kondensatorrohren bereitgestellt
werden kann.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Vorrichtung ist der Sprühkopf
derart eingerichtet ist, dass mittels Elektrospritzlackierens die
hydrophobe Beschichtung auf das eingebaute Kondensatorrohr auftragbar
ist. Beispielsweise kann hierbei der Sprühkopf mit einer Spannungsquelle
verbunden werden und somit einen Sprühnebel der hydrophoben Beschichtung
elektrostatisch aufladen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Vorrichtung zum Beschichten des eingebauten Kondensatorrohres
ein Verbindungsrohr auf. Das Verbindungsrohr kann die Bewegungseinrichtung
und den Sprühkopf
verbinden. Das Verbindungsrohr weist dabei eine Helixform auf, wobei
die Steigung der Helixform an einen Kondensatorrohrradius und an
die Kondensatorrohrabstände der
Kondensatorrohre in dem Kondensatorrohrbündel anpassbar ist. Die Helixform
des Verbindungsrohres beschreibt mit anderen Worten eine Schraubenlinie, ähnlich wie
bei einem Korkenzieher. Einerseits kann die Steigung der Helixform
an Kondensatorrohrradien und an die Kondensatorrohrabstände fix vordefiniert
werden und mittels Drehung des Verbindungsrohres der Sprühkopf entlang
der Kondensatorrohre eingeschraubt bzw. eingedreht werden. Das Verbindungsrohr
kann somit bereits bei seiner Herstellung fest an die Kondensatorrohrradien
und die Kondensatorrohrabstände
angepasst sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Verbindungsrohr aus
einem elastischen Material bzw. verformbaren Material, wie beispielsweise
Gummi, hergestellt sein, so dass sich während des Drehens das Verbindungsrohr
in das Kondensatorrohrbündel
das Verbindungsrohr an die Kondensatorrohrradien und die Kondensatorrohrabstände anpasst
und somit die Helixform ausbildet. Mit dem anpassbaren Verbindungsrohr kann
eine Möglichkeit
bereitgestellt werden, ein bestehendes Kondensatorrohrbündel aus
einer Vielzahl von Kondensatorrohren mit einer hydrophoben Beschichtung
zu beschichten. Somit können
selbst innen liegende Kondensatorrohre des Kondensatorrohrbündels mit
der hydrophoben Beschichtung beschichtet werden. Ein Ausbau der
innen liegenden und somit verdeckt liegenden Kondensatorrohre aus dem
Kondensatorrohrbündel
ist somit nicht länger notwendig,
um eine hydrophobe Beschichtung der Kondensatorrohre bereitzustellen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere
sind einige Ausführungsformen
der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen
der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann
wird jedoch bei der Lektüre
dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit
anders angegeben, zusätzlich
zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand
gehören,
auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen
Typen von Erfindungsgegenständen
gehören.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kondensatorrohrbündels mit einer hydrophoben
Beschichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf Kondensatorrohre in einem Kondensatorrohrbündel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine
beispielhafte Ausführungsform von
Kondensatorrohren, welche mittels Elektrospritzlackierens behandelt
werden.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen
Ausführungsformen
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Gleiche
oder ähnliche
Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die
Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Dampfkondensators 100 für eine Dampfturbinenanlage.
Der Dampfkondensator 100 kann mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren
mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet werden. Der Dampfkondensator 100 weist
dabei einen Träger 105 auf,
in welchem eingebaute Kondensatorrohre 101 befestigt sind.
Ein eingebautes Kondensatorrohr 101 weist dabei eine hydrophobe
Beschichtung auf.
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Gemäß dem Verfahren
zur Herstellung des Dampfkondensators 100 für eine Dampfturbinenanlage
wird zunächst
ein Kondensatorrohr 101 in den Träger 105 für ein Kondensatorrohrbündel 203 des Dampfkondensators 100 eingebaut.
Das eingebaute Kondensatorrohr 101 wird mit einer hydrophoben
Beschichtung beschichtet.
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Dabei
kann der Träger 105 verwendet
werden, um jedes der Kondensatorrohre 101 zu haltern und
zu befestigen, so dass aus der Vielzahl von befestigten Kondensatorrohren 101 das
Kondensatorrohrbündel 203 bereitgestellt
werden kann. Das Kondensatorrohrbündel 203 weist dabei äußere Kondensatorrohre 101 und
innen liegende Kondensatorrohre 101 auf, welche keinen
Kontakt zu dem Umfeld des Kondensatorrohrbündels 203 haben.
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Die
eingebauten Kondensatorrohre 101 weisen im Betrieb des
Dampfkondensators 100 ein Kühlfluid, z. B. Kühlwasser,
auf, um durch Abkühlung
eines vorbeiströmenden
Wasserdampfs eine Kondensation des Wasserdampfs bereitzustellen.
Durch die hydrophobe Beschichtung der eingebauten Kondensatorrohre 101 findet
ferner eine Tropfenkondensation des vorbeiströmenden Wasserdampfes statt.
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Gemäß dem beschrieben
Herstellverfahren kann mittels der Sprühvorrichtung 106 eine
hydrophobe Beschichtung auf die Kondensatorrohre 101 aufgetragen
werden. Die Kondensatorrohre 101 befinden sich bei dem
Auftragen der hydrophoben Beschichtung bereits in einem eingebauten
Zustand an dem Träger 105,
so dass ein zeitintensiver Ausbau zur Beschichtung der Kondensatorrohre 101 nicht notwendig
ist. Ferner wird vermieden, dass die hydrophobe Beschichtung eines
Kondensatorrohres 101 bei dessen Einbau beschädigt wird.
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Die
Sprühvorrichtung 106 kann
beispielsweise einen Sprühkopf 102 aufweisen,
mit welchem eine hydrophobe Beschichtung auf die Kondensatorrohre 101 aufgesprüht werden
kann. Dabei bildet sich ein definierter Sprühkegel 104 aus. Neben
dem Besprühen
der Kondensatorrohre 101 mittels eines Sprühkopfs 102 ist
ebenso eine Streichbeschichtung, z. B. mittels Pinseleinrichtungen,
möglich.
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Einerseits
kann der Sprühkopf 102 entlang der
Längsrichtung
(Erstreckungsrichtung) der äußeren Kondensatorrohre 101 verfahren
werden, so dass zumindest die äußeren Kondensatorrohre 101 mit
der hydrophoben Beschichtung beauftragt werden können. Ferner kann der Sprühkopf 102 der Sprühvorrichtung 106 derart
klein ausgeführt
sein, dass der Sprühkopf 102 zwischen
einem Kondensatorrohrabstand a eingefügt werden kann. Somit kann die
Sprühvorrichtung 106 zumindest
auch die zweite Reihe der Kondensatorrohre 101 in dem Kondensatorrohrbündel 203 mit
einer hydrophoben Beschichtung beschichten.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Sprühvorrichtung 106 ein
Verbindungsrohr 103 aufweisen, so dass auch alle innen liegenden
Kondensatorrohre 101 des Kondensatorrohrbündels 203 in
einem eingebauten Zustand mit der hydrophoben Beschichtung beschichtet
werden können.
Das Verbindungsrohr 103 kann dabei eine Helixform (Schraubenlinie)
aufweisen, wobei die Steigung der Schraubenlinie derart gewählt werden kann,
dass die Steigung sich an die Kondensatorrohrradien r und an die
Kondensatorrohrabstände
a anpasst. Damit kann erreicht werden, dass mittels Drehens des
Verbindungsrohrs 103 sich der Sprühkopf 102 in das Kondensatorrohrbündel 203 einschraubt.
Somit kann jedes innen liegende Kondensatorrohr 101 mittels
der hydrophoben Beschichtung beschichtet werden.
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2 illustriert
eine Draufsicht auf eingebaute Kondensatorrohre 101 in
dem Kondensatorrohrbündel 203.
Der Träger 105 der
Kondensatorrohrbündel 203 weist
beispielsweise einen Kondensatorrohrboden 202 und eine
Vielzahl von Stützwänden 201 auf,
um die Kondensatorrohre 101 zu haltern. Die hydrophobe
Beschichtung kann entweder entlang der Längsrichtung oder entlang der
Querrichtung der Kondensatorrohre aufgetragen werden. Entlang der
Querrichtung oder Längsrichtung
der Kondensatorrohre 101 kann die Sprühvorrichtung 106 die
hydrophobe Beschichtung entweder in einer Richtung oder alternierend
aufgetragen werden. Ferner kann die Sprühvorrichtung 106 entlang
der Längsrichtung
bzw. der Querrichtung der Kondensatorrohre 101 verfahren
werden. Die Sprühvorrichtung 106 kann
den Sprühkopf
beispielsweise alternierend oder abwechselnd in einer Richtung entlang
der Erstreckungsrichtung der Kondensatorrohre 101 oder entlang
der Querrichtung verfahren. Ebenso ist eine Mischung beider Bewegungsrichtungen
(entlang der Erstreckungsrichtung und entlang der Querrichtung) möglich. Hierbei
kann beispielsweise die Sprühvorrichtung 106 entlang
einer Positionierungseinrichtung bzw. einer Bewegungseinrichtung
verfahren werden und während
des Verfahrens kann sich der Sprühkopf 102 relativ
zu der Bewegungsrichtung der Sprühvorrichtung 106 quer
rotieren bzw. eine Nickbewegung durch führen, so dass eine Mischung
aus zwei Sprührichtungen
ermöglicht
wird. Dies ermöglicht
ein zügiges
Auftragen der hydrophoben Beschichtung.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Aufbaus zum Auftragen der hydrophoben Beschichtung mittels
Elektrospritzlackierens. Die Kondensatorrohre 101 bzw.
der Träger 105 können elektrisch
leitend sein und somit elektrisch leitende Strukturbauteile 303 darstellen.
Diese elektrisch leitenden Strukturbauteile 303 können mit
einem Erdpotenzial 302 verbunden werden. Die Sprühvorrichtung 106 und/oder
der Sprühkopf 102 werden
mit einer Spannungsquelle 301 verbunden, so dass der Sprühnebel der
hydrophoben Beschichtung elektrostatisch aufgeladen werden kann,
zum Beispiel mit 30 kV, 40 kV, 50 kV oder 60 kV (Kilovolt). Aufgrund der
geerdeten Kondensatorrohre 101 wird der elektrostatisch
aufgeladene Sprühnebel
der hydrophoben Beschichtung angezogen, so dass sich der Sprühnebel gleichmäßig auf
die Kondensatorrohre 101 aufträgt. Durch das Anziehen des
elektrostatisch aufgeladenen Sprühnebels
der hydrophoben Beschichtung kann ein eingebautes Kondensatorrohr 101 umfassend
mit der hydrophoben Beschichtung besprüht werden. Selbst wenn der
Sprühkopf 102 auf einer
Seite des Kondensatorrohres den Sprühnebel aufträgt, kann
aufgrund der elektrostatischen Anziehung auf der Gegenseite des
Kondensatorrohres 101 der Sprühnebel angezogen werden, so
dass sich auch auf der Gegenseite die hydrophobe Beschichtung anlegt.
Somit kann selbst bei schlecht erreichbaren Kondensatorrohren 101 im
eingebauten Zustand eine gleichmäßige Beschichtung
der hydrophoben Beschichtung bereitgestellt werden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung kann somit ein Kondensatorrohrbündel 203 für einen
Dampfkondensator 100 bereitgestellt werden, welches eingebaute
und hydrophob beschichtete Kondensatorrohre 101 aufweist.
Aufgrund der Beschichtung der Kondensatorrohre 101 in eingebautem
Zustand kann der Herstellungsprozess des Kondensatorrohrbündels 203 beschleunigt
werden, da der Beschichtungsprozess nicht für jedes Kondensator rohr 101 einzeln durchgeführt werden
muss, sondern für
die Gesamtheit der eingebauten Kondensatorrohre 101 einmal. Zudem
kann im Zuge der Wartung eines bereits auf der Dampfturbinenanlage
montierten und sich im Betrieb befindenden Dampfkondensators 100 eine
Beschichtung der Kondensatorrohre 101 bereitgestellt werden,
ohne dass die Kondensatorrohre 101 ausgebaut werden müssen. Beschädigungen
der hydrophoben Beschichtung, welche bei einem Einbau eines Kondensatorrohres 101 in
den Träger 105 des Kondensatorrohrbündels 203 auftreten,
können ebenso
vermieden werden, da die Kondensatorrohre 101 erst nach
dem Einbau der Kondensatorrohre 101 in den Träger 105 des
Kondensatorrohrbündels 203 mit
der hydrophoben Beschichtung beschichtet werden.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.