DE2222452A1

DE2222452A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung der abgegebenen nutzleistung einer gasturbine mit geschlossenem gaskreislauf in einer energieerzeugungsanlage mit einem gasgekuehlten kernreaktor

Info

Publication number: DE2222452A1
Application number: DE19722222452
Authority: DE
Inventors: Pierre-Benoit Raboud
Original assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Current assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-05-08
Publication date: 1973-01-11
Also published as: CH521518A

Description

Verfahren und Einrichtung zur Regelung der abgegebenen Nutzleistung einer Gasturbine mit geschlossenem Gaskreislauf in einer Energieerzeugungsanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der abgegebenen Nutzleistung einer Gasturbine mit geschlossenem Gaskreislauf in einer Energieerzeugungsanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor, dessen Leistung durch Regelstäbe steuerbar ist, wobei der Gaskreislauf von einem Kompressor durch den Reaktor, durch eine den Kompressor antreibende Hochdruckgasturbine, durch eine die Nutzleistung erzeugende Niederdruckgasturbine, durch einen Kühler und zurück zum Kompressor führt und ein mit einem regulierbaren Ventil versehener Bypass dem Kompressor parallel geschaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung der genannten Art zu schaffen, die mit verhältnismässig geringem Aufwand eine stabile und rasch reagierende Regelung der abgegebenen Nutzleistung ermoglichen, sei es bei einer Aenderung des Nutzleistungsbedarffi oder beimAuftreten einer Abweichung der tatsächlich erzeugten Nutzleistung von einem unverändert bleibenden Nutzleistungsbedarf.
Das die gestellte Aufgabe lösende Verfahren gemäss der Erfindung ist zur Hauptsache dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstäbe des Kernreaktors in Abhängigkeit von dem der Niederdruckgasturbine abverlangten Nutzleistungsbedarf und das Ventil des Kompressor-Bypasses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Nutzleistungsbedarf und der momentanen tatsächlichen Nutzleittikg der Niederdruckgasturbine gesteuert werden.
Diese Verfahrensweise beruht auf der Erkenntnis, dass einerseits eine Regelung der erzeugten Nutzleistung durch alleinige Regulierung des die Energiequelle bildenden Kernreaktors aus mechanischen und thermischen Gründen zu träge ist und dass andererseits eine Regelung der erzeugten Nutzleistung durch alleinige Regulierung des Ventils im Kompressor-Bypass zwar rasch, aber nur in einem verhältnismässig engen Laständerungsbereich erfolgen kann. Durch die nach dem erfindungsgemässen Verfahren kombinierte und funktionell unabhängige Verstellung sowohl der Regelstäbe des Reaktors als auch des Ventils im Kompressor-Bypass lässt sich die erzeugte Nutzleistung in einem grossen Bereich verhältnismässig rasch auf den jeweiligen Nutzleistungsbedarf einregeln.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei je einen Unempfindlichkeitsbereich aufweisende Steuereinrichtungen, von denen die eine zur Betätigung der Regelstäbe des Kernreaktors in Abhängigkeit von dem der Niederdruckgasturbine abverlangten Nutzleistungsbedarf und die andere zur Betätigung des Ventils des Kompressor-Bypasses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Nutzleistungsbedarf und der momentanen tatsächlichen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine ausgebildet ist.
Jede der Steuereinrichtungen kann vorzugsweise einen reversiblen Stellmotor zum Antrieb der Regel stäbe bzw. des Ventils mit konstanter Verstellgeschwindigkeit sowie eine elektrische Schaltvorrichtung zum Still setzen und zum Einschalten des Stellmotors in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung zur Betätigung der Regelstäbe des Reaktors enthält bei einer bevorzugten Ausführungsform eine erste elektrische Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines von einem Neutronenfluss-Messorgan im Reaktor gelieferten Signals mit einem von dem verlangten Nutzleistungsbedarf abhängigen Neutronenfluss-Sollwertsignal und zum Erzeugen eines ersten positiven oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale sowie eine zweite elektrische Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines von einem Temperaturfühler am Gasaustritt des Reaktors gelieferten Signals mit einem Temperatur-Sollwertsignal und zum Erzeugen eines positiven oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale. Die andere Steuereinrichtung zum Betätigen des Ventils im Kompressor-Bypass weist in bevorzugter Ausführungsform eine einzige elektrische Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines von einem die tatsächliche Nutzleistung der Niederdruckgasturbine ermittelnden Messorgan gelieferten Signals mit einem von dem verlangten Nutzleistungsbedarf abhängigen Sollwertsignal und zum Erzeugen eines positiven oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale auf.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus den zugehörigen Zeichnungen, in denen eine Energieerzeugungsanlage und eine Einrichtung zur Regelung der abgegebenen Nutzleistung rein beispielsweise und schematisch veranschaulicht sind.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der gesamten Energieerzeugungsanlage und der Einrichtung zur Nutzleistungsregelung; Fig. 2 stellt schematisch die Steuereinrichtung zum Betätigen der Regelstäbe des Kernreaktors dar; Fig. 3 ist eine analoge schematische Darstellung der Steuereinrichtung zum Betätigen des Ventils des Kompressor-Bypasses.
Gemäss Fig. l weist ein gasgekühlter Kernreaktor 10 einen Gaseintritt 11 und einen Gasaustritt 12 auf. Dem Gaseintritt il wird das Gas mittels eines Kompressors zugeführt, der aus drei in Reihe geschalteten Kompressorstufen 13, 14 und 15 besteht, die alle eine gemeinsame Antriebswelle 16 haben. Der ersten Kompressorstufe 13 ist ein als Wärmetauscher ausgebildeter Kühler 17 vorgeschaltet. Zwischen den aufeinanderfolgenden Kompressorstufen 13 und 14 bzw. 14 und 15 befindet sich ie ein als Wärmetauscher ausgebildeter Zwischenkühler 18 bzw. 19. Das die letzte Kompressorstufe 15 durch eine Leitung 20 verlassende Gas ist durch einen üblicherweise als Rekuperator bezeichneten Wärmetauscher 21 geführt, bevor es in den Gaseintritt 11 des Reaktors 10 gelangt. Der Gasaustritt 12 des Reaktors 10 ist mit einer Hochdruckgasturbine 22 verbunden, deren Läufer mit der Welle 16 des Kompressors 13, 14, 15 gekuppelt ist, um letzteren anzutreiben. Der Ausgang der Hochdruckgasturbine 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Eingang einer Niederdruckgasturbine 24 verbunden, die zur Erzeugung von abzugebender Nutzleistung dient. Im dargestellten Beispiel ist die Welle 25 der Niederdruckgasturbine 24 mit einem elektrischen Generator 26 gekuppelt, um diesen anzutreiben. Vom Ausgang der Niederdruckgasturbine 24führt eine Leitung 27 zu dem als Rekuperator dienenden Wärmetauscher 21, von dem das Gas dann durch eine Leitung 28 zum Kühler 17 und in den Kompressor 13, 14, 15 zurückströmt. Somit ist das zur Kühlung des Kernreaktors 10 dienende Gas in einem geschlossenen Kreislauf geführt.
Ein mit einem regulierbaren Ventil 29 versehener Bypass 30 ist parallel zum Kompressor 13, 14, 15 zwischen den Leitungen 28 und 20 angeordnet. Zum automatischen Betätigen des Ventils 29 ist eine weiter unten näher erläuterte Steuereinrichtung vorgesehen. Der Kernreaktor 10 weist zu seiner Leistungsregulierung mehrere Regel stäbe 31 auf, von denen in Fig. 1 nur einer schematisch angedeutet ist. Zur automatischen Betätigung der Regelstäbe 31 ist die nachstehend beschriebene Steuereinrichtung vorhanden.
Die Regelstäbe 31 des Reaktors 10 sind mit einer Apparatur 32 verbunden, die in Fig. 1 der Einfachheit wegen nur als Block dargestellt ist. Für nähere Einzelheiten der Apparatur 32 wird nun auf Fig. 2 verwiesen. Die Apparatur 32 enthält einen reversiblen Stellmotor 33 zum Verstellen der Regel stäbe 31. Der Stellmotor 33 weist zwei Wicklungen für den Vorwärtslauf bzw. den Rückwärtslauf des Motors auf. Eine elektrische Schaltvorrichtung 34 ermöglicht, wahlweise die beiden Wicklungen des Motors 33 von einer elektrischen Stromquelle 35 abzuschalten oder die eine oder die andere Wicklung mit der Stromquelle 35 zu verbinden. Die Schaltvorrichtung 34 gestattet somit, den Stellmotor 33 stillzusetzen oder in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung einzuschalten,. um die Regelstäbe 71 ein- bzw. auszufahren. In den durch die beiden Wicklungen des Motors 33 führenden Stromkreisen ist je ein Reguliermittel 36 bzw. 37, z.B. in Form eines Potentiometers oder Einstellwiderstandes, vorhanden, damit man die Verstellgeschwindigkeit der Regel stäbe 31 beim Vorwärtslauf und beim Rackwärtslauf des Stellmotors 33 getrennt einstellen i n. Die Schaltvorrichtung 34 ist Teil eines polarisierten Relais, dessen Erregerspule 38 an den Ausgang eines Relaisveatarkers 39 angeschlossen ist. Der Relaisverstärker 39 Weist zwei Eingänge mit je einem Reguliermittel 40 bzw. 41, B. einem Potentiometer, auf. Der Relaisverstarker 39 -st derart ausgebi?det, dass jedem seiner zwei Eingänge ein positives oder negatives Steuersignal zugeführt werden kann, um die Relaisspule 38 im einen oder im andern Sinn zu magnetisieren, wobei die beiden Eingangssignale algebraisch addiert werden. Jedem der Reguliermittel 40 und 41 ist eine Schaltungsanordnung 42 bzw. 43 vorgeschaltet, die eine spezielle Uebertragungs-Charakteristik aufweist, wie in Fig. 2 innerhalb der Blocke 42 und 43 dargestellt ist. Die Uebertragungs-Charakteristik hat in der Umgebung des Nullpunktes einen Unempfindlichkeitsbereich und steigt dann stufenartig zu einem positiven bzw. negativen Sättigungswert an.
Mit anderen Worten heisst das, dass die dem Eingang jeder Schaltungsanordnung 42 bzw. 43 zugeführten elektrischen Steuersignale positiver oder negativer Polarität einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen müssen, um an den Relaisverstärker 39 übertragen werden zu können, und dass die den genannten Schwellwert übersteigende Grösse der Steuersignale ohne Belang ist.
An den Eingang der einen Schaltungsanordnung 42 ist der Ausgang einer elektrischen Vergleichseinrichtung 45 angeschlossen (Fig. 1 und 2), die zwei Eingänge aufweist. Der eine Eingang der Vergleichseinrichtung 45 ist mit einem Temperaturfühler 46 am Gasaustritt 12 des Reaktors 10 verbunden (Fig.'1); der Temperaturfühler 46 liefert ein von der Austrittstemperatur des Gases aus dem Reaktor 10 abhängiges Signal T. Der andere Eingang der Vergleichseinrichtung 45 ist an ein Gerät 47 angeschlossen, das ein willkürlich einstellbares, konstantes Temperatur-Sollwertsignal T0 liefert.
In analoger Weise ist an den Eingang der zweiten Schaltungsanordnung 43 der Ausgang einer elektrischen Vergleichseinrichtung 48 (Fig. 1 und 2) angeschlossen, die ebenfalls zwei Eingänge hat. Der eine Eingang der Vergleichseinrichtung 48 steht mit einem Neutronenfluss-Messorgan 49 im Reaktor 10 in Verbindung (Fig. 1); das Messorgan 49 liefert ein vom jeweiligen Neutronenfluss abhängiges Signal N. Der andere Eingang der Vergleichseinrichtung 48 erhält ein Neutronenfluss-Sollwertsignal No vom Ausgang eines Regulierorgans 50, welches drei verschiedene Eingänge aufweist. Der erste Eingang des Regulierorgans 50 ist mit einem Gerät 51 verbunden, das ein willkürlich oder auch automatisch einstellbares, vom verlangten Nutzleistungsbedarf abhängiges Sollwertsignal PO liefert.
Die zwei weiteren Eingänge des Regulierorgans 50 sind je an einen Temperaturfühler 52 am Gaseintritt 11 des Reaktors 10 bzw. an einen Temperaturfühler 53 im Zwischenkuhler 19 zwischen den zwei letzten Kompressorstufen 14 und 15 angeschlossen. Der Temperaturfühler 52 liefert ein von der Eintrittstemperatur des Gases in den Reaktor abhängiges Signal Te, während der Temperaturfühler 53 ein von der Temperatur des Zwischenkühlers 19 abhängiges Signal Tk liefert. Das Regulierorgan 50 ist derart ausgebildet, dass sein an die Vergleichseinrichtung 48 abgegebenes Ausgangssignal N0 eine vorbestimmte Funktion des verlangten Nutzleistungsbedarfes und der die tatsächliche Nutzleistung der Niederdruckgasturbine 24 beeinflussenden Parameter-Gastemperatur beim Eintritt in die letzte Kompressorstufe t5 und beim Eintritt in den Reaktor 10 ist. Demnach ist No eine vorbestimmte Funktion der Eingangssignale PO, Te und Tk, wobei diese Funktion bei stationären Betriebszuständen der Energieerzeugungsanlage empirisch ermittelt wurde.
Die Steuereinrichtung zum automatischen Betätigen des Ventils 29 im Kompressor-Bypass 30 weist eine Apparatur 55 auf, die in Fig. 1 der Einfachheit wegen lediglich als Block dargestellt ist. Nähere Einzelheiten der Apparatur 55 sind in Fig. 3 gezeigt. Die Apparatur 55 enthält einen mit dem Ventil 29 mechanisch verbundenen Stellmotor 56 zum Oeffnen und Schliessen des Ventils 29. Der Stellmotor 56 weist zwei Wicklungen für den Vorwärtslauf bzw. den Rückwärtslauf auf. Eine elektrische Schaltvorrichtung 57 ermöglicht, wahlweise die beiden Wicklungen des Motors 56 von einer elektrischen Stromquelle 58 abzuschalten, um den Motor stillzusetzen} oder die eine oder die andere Wicklung mit der Stromquelle 58 zu verbinden, um den Motor zum Oeffnen bzw. Schliessen des Ventils 29 einzuschalten. In den durch die Wicklungen des Motors 56 führenden Stromkreisen ist je ein Reguliermittel 59 bzw. 60, z.B. in Form eines Einstellwiderstandes, vorhanden, damit man die Verstellgeschwindigkeit des Ventils 29 beim Oeffnen und beim Schliessen getrennt einstellen kann. Die Schaltvorrichtung 57 ist Teil eines polarisierten Relais, dessen Erregerspule 61 an den Ausgang eines Relaisverstärkers 62 angeschlossen ist. Der Relaisverstärker 62 weist einen mit einem Reguliermittel 63, z.B. einem Potentiometer, versehenen Eing auf, dem ein positives oder negatives Steuersigna zugefühi werden kann, um mittels der Relaisspule 61 und der Schaltvorrichtung 57 die eine oder die andere Wicklung des Stellmotors 56 einschalten zu können. Dem Reguliermittel 63 ist eine Schaltungsanordnung 64 vorgeschaltet, die eine analoge Uebertragungs-Charakteristik mit einem Unempfindlichkeitsbereich hat, wie weiter oben mit Bezug auf die Schaltungsanordnungen 42 und 43 der Fig. 2 erläutert wurde.
An den Eingang der Schaltungsanordnung 64 ist der Ausgang einer elektrischen Vergleichseinrichtung 65 angeschlossen (Fig. 1 und 3), die zwei Eingänge aufweist. Der eine Eingang der Vergleichseinrichtung 65 ist mit einem Messorgan 66 verbunden (Fig. 1), das z.B. der Welle 25 der Niederdruckgasturbine 24 zugeordnet ist und ein von der tatsächlich erzeugten momentanen Nutzleistung der Turbine 24 abhängiges Signal P liefert. Der andere Eingang der Vergleichseinrichtung 65 ist an das bereits erwähnte Gerät 51 angeschlossen, das ein vom verlangten Nutzleistungsbedarf abhängiges Sollwertsignal PO liefert.
Zur Regelung der von der Niederdruckturbine 24 an den Generator 26 abgegebenen Nutzleistung wird wie folgt verfahren: Der Einfachheit halber wird zunächst von der Annahme ausgegangen, dass die Energieerzeugungsanlage in stabilem Betriebszustand ist und die von der Niederdruckgasturbine 24 erzeugte Nutzleistung mit dem von ihr abverlangten Nutzleistungsbedarf übereinstimmt. Dann ist das vom Messorgan 66 gelieferte Signal P gleich dem vom Gerät 51 gelieferten Sollwertsignal PO. Demzufolge gibt die Vergleichseinrichtung 65 kein Ausgangssignal an die Apparatur 55 ab, und das Ventil 29 ist in Ruhe, z.B.
etwa halb geöffnet. Wenn nun bei gleich bleibendem Nutzleistungsbedarf aus irgend einem Grund die tatsächlich erzeugte Nutzleistung vom Leistungsbedarf abzuwechen beginnt, so wird das vom Messorgan 66 gelieferte Signal P verschieden vom Sollwertsignal PO, wobei in der Vergleichseinrichtung 65 je nach der Richtung der Abweichung ein positives oder ein negatives Differenzsignal entsteht. Sobald dieses Differenzsignal den durch die Schaltungsanordnung 64 festgelegten Schwellwert übersteigt, gelangt ein Steuersignal entsprechender Polarität an den Eingang des Relafsverstärkers 62, wodurch die Schaltvorrichtung 57 betätigt wird. Dabei wird der Stellmotor 56 in der einen Drehrichtung eingeschaltet und das Ventil 29 mit der durch das betreffende Reguliermittel 59 oder 60 vorgewählten, konstanten Geschwindigkeit verstellt. Die Verstellung des Ventils 29 erfolgt in dem Sinn, dass durch die dabei auftretende Bypass-Regulierung die von der Niederdruckgasturbine 24 tatsächlich erzeugte Nutzleistung sich dem vorgegebenen Nutzleistungsbedarf angleicht. Der Stellmotor 56 bleibt so lange in Betrieb, bis die Differenz zwischen dem Signal P und dem Sollwertsignal PO den Schwellwert der Schaltungsanordnung 64 unterschreitet, d.h. annähernd null wird.
Wenn wieder bei gleich bleibendem Nutzleistungsbedarf der Neutronenfluss im Reaktor 10 zu- oder abnimmt, so wird das vom Neutronenfluss-Messorgan 49 gelieferte Signal N 1xngleich dem Sollwertsignal N0, so dass die Vergleichseinrichtung 48 ein Differenzsignal an die Apparatur 32 abgibt. Sobald dieses D ferenzsignal den durch die Schaltungsanordnung 43 festgelegten Schwellwert übersteigt, gelangt ein Steuersignal an den einen Eingang des Relaisverstärkers 39, wodurch die Schaltvorrichtung 34 betätigt wird. Dabei wird der Stellmotor 33 in der einen Drehrichtung eingeschaltet, so dass die egelstabe 31 des Reaktors 10 mit vorgewählter konstanter Geschwindigkeit in dem Sinne verstellt werden, dass der Neutronenfluss im Reaktor wieder auf das ursprüngliche Mass zurückgeführt wird. Wenn das vom Heutronenfluss-Messorgan 49 abgegebene Signal N dem Sollwertsignal No annähernd angeglichen ist, wird der Stellmotor 33 ausgeschaltet.
Völlig analog ist die Wirkungsweise, wenn anstelle des Neutronenflusses im Reaktor die Temperatur des Gases beim Austritt aus dem Reaktor zu- oder abnimmt. In diesem Fall wird das vom Temperaturfühler 46 gelieferte Signal T ungleich dem Sollwertsignal To, wobei die Vergleichseinrichtung 45 ein Differenzsignal an die Schaltungsanordnung 42 abgibt. Sobald das Differenz signal den Schwellwert der Schaltungsanordnung 42 übersteigt, erhält der Relaisverstärker 39 ein Eingangssignal, wodurch die Schaltvorrichtung 34 betätigt und der Stellmotor 33 eingeschaltet wird. Dabei werden die Regelstäbe 31 derart verstellt;, dass sich die Wärmeerzeugung im Reaktor ändert, um die zuvor aufgetretene Temperaturänderung rückgängig zu machen.
Selbstverständlich können die beschriebenen Aenderungen des Neutronenflusses und der Gastemperatur gleichzeitig auftreten. In diesem Fall liefern beide Vergleichseinrichtungen 48 und 45 je ein Differenzsignal an die Apparatur 32. Die beiden Reguliermittel 40 und 41 an den zwei Eingängen des Relaisverstärkers 39 sind derart einzustellen, dass das durch eine Temperaturabweichung hervorgerufene Differenzsignal Priorität hat, d.h. einen stärkeren Einfluss auf das Relais 34, 38 ausübt als das durch eine Abweichung des Neutronenflusses verursachte Differenzsignal. Auf diese Weise wird verhütet, dass die Temperatur im Reaktor einen vorbestimmten Maximalwert übersteigen kann.
Wenn gegenüber dem weiter oben vorausgesetzten stabilen Betrieb der Anlage die Temperatur des Gases im Zwischenkühler 19 und/oder beim Gaseintritt 11 des Reaktors 10 ändert, erfährt die von der Niederdruckgasturbine 24 erzeugte Nutzleistung eine gewisse Aenderung, und es stellen sich andere Temperatursignale Tk bzw. Te ein. Dementsprechend liefert dann das Regulierorgan 50 ein anderes Neutronenfluss-Sollwertsignal No an die Vergleichseinrichtung 48. Es entsteht wieder ein Differenzsignal, das bei Ueberschreitung des vorgegebenen Schwellwertes den Stellmotor 33 in Betrieb setzt, um die Reaktorstäbe 31 in eine andere Stellung zu bringen, die, nachdem sich der stationäre Betrieb wieder eingestellt hat, durch einen geänderten Neutronenfluss im Reaktor die zuvor aufgetretene Aenderung der von der Niederdruckgasturbine 24 erzeugten Nutzleistung kompensiert.
Wenn-von der Niederdruckgasturbine 24 ein anderer Nutzleistungsbedarf verlangt wird, z.B. wenn weniger elektrische Energie dem Generator 26 entnommen wird, so stellt man das Gerät 51 entsprechend dem neuen Nutzleistungsbedarf ein. Dementsprechend wird das Sollwertsignal PO geändert. Das wirkt sich zweifach aus. Erstens liefert das Regulierorgan 50 ein dem geänderten Nutzleistungsbedarf angepasstes neues Neutronenfluss-Sollwertsignal No, was zur Folge hat, dass die Vergleichseinrichtung 48 ein Differenzsignal erzeugt, durch welches der Stellmotor 33 in der Apparatur 32 in Betrieb gesetzt wird. Der Stellmotor 33 bewegt nun mit konstanter Geschwindigkeit die Regelstäbe 31 des Reaktors 10 in eine andere Stellung, bis der Neutronenfluss im Reaktor mittels des Messorgans 49 ein Signal N liefert, das dem neuen Sollwertsignal No wenigstens annähernd gleich ist, worauf der Stellmotor 33 automatisch stillgesetzt wird. Diese erste Art der Regelur,g ist verhältnismässig träge, so dass, wenn sie nur allein durchgeführt würde, vorübergehend ein beträchtlicher Regelungsfehler auftreten wurde. Gleichzeitig mit dem Beginn der beschriebenen Regelung durch Verstellen der Regelstäbe 31 wird jedoch auch eine zweite Regelung mittels des Ventils 29 im Kompressor-Bypass 30 eingeleitet. Das vom Gerät 51 gelieferte neue Nutzleistungs-Sollwertsignal PO gelangt ausser an das Regulierorgan 50 auch an die Vergleichseinrichtung 65. Da wegen der Trägheit der Reaktorregelung zunächst die von der Turbine 24 abgegebene Nutzleistung noch unverändert ist, entsteht eine Ungleichheit zwischen dem Sollwertsignal P und 0 dem von der tatsächlichen Nutzleistung abhängigen Signal P.
Die Vergleichseinrichtung 65 liefert demzufolge ein Differenzsignal an die Apparatur 55. Der Stellmotor 56 wird eingeschaltet und dadurch das Ventil 29 im Kompressor-Bypass 30 derart verstellt, dass die von der Niederdruckturbine 24 abgegebene Nutzleistung sich dem neuen Nutzleistungsbedarf angleicht.
Diese zweite Art der Regelung geht verhältnismässig rasch vonstatten. Wenn das von der tatsächlichen Nutzleistung abhängige Signal P mit dem Sollwertsignal PO wenigstens annähernd übereinstimmt, wird der Stellmotor 56 automatisch abgestellt.
Durch das Zusammenspiel beider Regelungsarten erreicht man beim Verandern des Nutzleistungsbedarfs eine insgesamt ungewöhnlich rasche Anpassung der von der Niederdruckgasturbine tatsächlich abgegebenen Nutzleistung an den geänderten Leistungsbedarf. Wenn die Regelstäbe 31 ihre dem neuen Nutzleistungsbedarf entsprechende Stellung erreicht haben und die Energieproduktion des Reaktors 10 sich dem neuen Leistungsbedarf anpasst, brauch es natürlich die zuvor durchgeführte Verstellung des Bypass-Ventils 29 nicht mehr, da sich sonst eine Ueberregelung ergäbe. Sobald sich eine solche Ueberregelung bemerkbar zu machen beginnt, liefert die Vergleichseinrichtung 65 unverzüglich ein entsprechendes Differenzsignal an die Apparatur 55, und der Stellmotor 56 bewegt das Ventil 29 in dem Masse in seine Ausgangsstellung zurück, wie die Regelung durch den Bypass allmählich überflüssig wird.
Im praktischen Betrieb der Energieerzeugungsanlage werden häufig sämtliche beschriebenen Fälle der automatischen Regelung der abgegebenen Nutzleistung gleichzeitig auftreten.
Immer wird die Regelung mittels der Regelstäbe 31 des Reaktors 10 verhältnismässig träge verlaufen, wogegen die Regelung mittels des Bypass-Ventils 29 rascher erfolgt und den durch die Trägheit der Reaktorregelung verursachten vorübergehenden Regelungsfehler praktisch vollständig auszugleichen vermag.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform der Einrichtung zum Regeln der abgegebenen Nutzleistung können die Temperaturfühler 52 und 53 weggelassen sein, in welchem Fall auch ein einfacheres Regulierorgan 50 mit nur einem einzigen Eingang Anwendung finden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der abgegebenen Nutzleistung einer Gasturbine mit geschlossenem Gaskreislauf in einer Energieerzeugungsanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor, dessen Leistung durch Regelstäbe steuerbar ist, wobei der Gaskreislauf von einem Kompressor durch den Reaktor, durch eine den Kompressor antreibende Hochdruckgasturbine, durch eine die Nutzleistung erzeugende Niederdruckgasturbine, durch einen Kühler und zurück zum Kompressor führt und ein mit, einem regulierbaren Ventil versehener Bypass dem Kompressor parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstäbe des Kernreaktors in Abhängigkeit von dem der Niederdruckgastur5ine abverlangten Nutzleistungsbedarf und das Ventil des Kompressor-Bypasses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Nutzleistungsbedarf und der momentanen tatsächlichen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aenderung des der Niederdruckgasturbine abverlangten Nutzleistungsbedarfes gleichzeitig die Regelstäbe des Reaktors und das Ventil des Kompressor-Bypasses je mit konstanter Verstellgeschwindigkeit in Bewegung gesetzt werden, bis einerseits die Regelstäbe eine dem neuen Nutzleistungsbedarf entsprechende Stellung erreicht haben und anderseits die Differenz zwischen dem neuen Nutzleistungsbedarf und der momentanen tatsächlichen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine wenigstens annähernd null wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei unverändertem NutzlezstungsbedarS und beim Auftreten einer eine Toleranzgrenze überschreitenden Abweichung der tatsächlichen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine vom Nutzieistungsbedarf das Ventil des Kompressor-Bypasses mit konstanter Verstellgeschwindigkeit in Bewegung gesetzt wird, bis die Differenz zwischen der momentanen tatsächlichen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine und dem Nutzleistungsbedarf wenigstens annähernd null wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Regelstäbe des Reaktors zusätzlich in Abhängigkeit von der Austrittsteaperatur des Gases aus dem Reaktor gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Regelstäbe des Reaktors zusätzlich in Abhängigkeit vom Neutronenfluss im Reaktor gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Regelstäbe des Reaktors zusätzlich in Abhängigkeit von der Eintrittstemperatur des Gases in den Reaktor gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Regelstäbe des Reaktors zusätzlich in Abhängigkeit von der Temperatur eines Zwischenkühlers zwischen zwei Stufen des Kompressors gesteuert wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 8.

11. Einrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in einer Energieerzeugungsanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor, dessen Leistung durch Regelstäbe steuerbar ist, wobei der Gaskreislauf von einem Kompressor durch den Reaktor, durch eine den Kompressor antreibende Hochdruckgasturbine, durch eine die Nutzleistung erzeugende Niederdruckgasturbine, durch einen Kühler und zurück zum Kompressor führt und ein mit einem regulierbaren Ventil versehener Bypass dem Kompressor parallel geschaltet ist, gekennzeichnet durch zwei je einen Unempfindlichkeitsbereich aufweisende Steuereinrichtungen (32, 45, 48; 55, 65), von denen die eine zur Betätigung der Regelstäbe (31) des Kernreaktors (10) in Abhängigkeit von dem der Niederdruckgasturbine (24) abverlangten Nutzieistungsbedarf und die andere zur Betätigung des Ventil (29) des Kompressor-Bypasses (30) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Nutzleistungsbedarf und der momentanen tatsäch chen Nutzleistung der Niederdruckgasturbine (24) ausgebildet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Steuereinrichtungen (32, 45, 48; 55, 65) einen reversiblen Stellmotor (33; 56) zum Antrieb der Regelstäbe (31) bzw. des Ventils <29) mit konstanter Verstellgeschwindigkeit sowie eine elektrische Schaltvorrichtung (34; 57) zum Stillsetzen und zum Einschalten des Stellmotors in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Reguliermittel (36, 37; 59, 60) zum getrennten Einstellen der konstanten Verstellgeschwindigkeit beim Vorwärtslauf und beim Rückwärtslauf des Stellmotors (33; 56) vorhanden sind.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32, 45, 48) zur Betätigung der Regelstäbe (31) des Reaktors (10) eine elektrische Vergleichseinrichtung (48) zum Vergleichen eines von einem Neutronenfluss-Messorgan (49) im Reaktor (10) gelieferten Signals (N) mit einem von dem verlangten Nutzleistungsbedarf abhängigen Neutronenfluss-Sollwertsignal (No) und zum Erzeugen eines positiven oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale aufweist.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32, 45, 48) zur Betätigung der Regelstäbe (31) des Reaktors (10) eine elektrische Vergleichseinrichtung (45) zum Vergleichen eines von einem Temperaturfühler (46) am Gasaustritt (12) des Reaktors (10) gelieferten Signals (T) mit einem Temperatur-Sollwertsignal (To) und zum Erzeugen eines positiven' oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale aufweist.

den 16. Einrichtung nach/Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Vergleichseinrichtungen (45; 48) je ein Reguliermittel (40; 41) zugeordnet ist zi- getrennten Einstellen der Empfzldlichkeit der Steuereinrichtung (32, 45, 48) auf die beiden Steuersignale.

17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Neutronenfluss-Sollwertsignals (No) ein Regulierorgan (50) vorhanden ist, dem ein von dem verlangten Nutzleistungsbedarf der Niederdruckgasturbine (24) abhängiges Eingangssignal und mindestens ein weiteres, von einem die tatsächliche Nutzleistung der Niederdruckgasturbine (24) beeinflussenden Parameter abhängiges Singangssignal (e; Tk) zugeführt sind.

t8. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Neutronenfluss-Sollwertsignals (No) ein Regulierorgan (50) vorhanden ist, dem ein von dem verlangten Nutzleistungsbedarf der Niederdruckgasturbine (24) abhängiges Eingangssignal (PO), ein von einem Temperaturftihler (52) am Gaseintritt (11) des Reaktors (10) geliefertes Eingangssignal (Te) und ein von einem Temperaturfühler (53) an einem Zwischenkühler (19) zwischen zwei Stufen (14, 15) des Kompressors (13, 14, 15) geliefertes Eingangssignal (Tk) zugeführt sind.

19. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (55, 65) zum Betätigen des Ventils (29) des Kompressor-Bypasses (30) eine elektrische Vergleichseinrichtung (65) zum Vergleichen eines von einem die tatsächliche Nutzleistung der Niederdruckgasturbine (24) ermittelnden I4essorgan (66) gelieferten Signals (P) mit einem von dem verlangten Nutzleistungsbedarf abhängigen Sollwertsignal (PO) und zum Erzeugen eines positiven oder negativen Steuersignals bei Verschiedenheit der zu vergleichenden Signale aufweist.

20. Einrichtung nach den Ansprüchen 14, 15 und 19.