DE2415447A1

DE2415447A1 - Gasturbinenanordnung mit geschlossenem gaskreislauf

Info

Publication number: DE2415447A1
Application number: DE2415447A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Kumpf
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-10-09

Description

Gasturbinenanordnung mit geschlossenem Gaskreislauf Bei gasgekühlten Kernreaktoren wird zur Erzeugung elektrischer Energie zum Antrieb des elektrischen Generators eine Gasturbine mit geschlossenem Gaskreislauf verwendet. Hierbei ist sowohl die Gasturbine als auch eine oder mehrere Verdichterstufen zusammen mit dem Generator auf einer Welle angeordnet. Am Ein- und Auslaß der Turbine und jeder Verdichterstufe müssen Gasleitungen zu Wärmetauschern vorgesehen werden.
Die Erfindung betrifft eine derartige Gasturbinenanordnung mit geschlossenem Gaskreislauf, bei der die Turbine und die Verdichterstufen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und bei der zwischen die Ein- und Auslässe der Turbine und der Verdichterstufen Wärmetauscher geschaltet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der die mit großem Querschnitt auszuführenden Gassammelkammern und Leitungen weitgehend vermieden werden können, ohne daß die Zugänglichkeit einzelner Anlagenteile beeinträchtigt wird.
Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß die Turbine und die Verdichterstufen konzentrisch von Wärmetauschern zur Kühlung des Gases und zur Nutzung der Abgaswärme umgeben sind, während die Einlaßseite der Turbine über das Innere einer Koaxialleitung 9 mit dem Reaktorkern 3 eines gasgekühlten Kernreaktors verbunden ist.
Ein Ausführungsbeisiel ist in den Figuren 1 und 2 in zwei Schnitten dargestellt. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1, während in Figur 4 eine Gasturbinenanordnung mit nur einer Verdichterstufe dargestellt ist.
In einem zylindrischen Reaktorbehälter 1 befindet sich der Reaktorkern 3. Der Reaktorbehälter 1 ist mit einem Turbine behälter 2 verspannt. Abhängig von der Leistung des Reaktorkerns 3 ist es auch möglich, am Umfang des Reaktorbehälters 1 mehrere lurbinenbehälter 2 anzuordnen. Der Turbinenbehälter 2 enthält jeweils einen Turbosatz, bestehend aus Turbine 4, Verdichterstufen 5, 6 und einem oberhalb des Turbinenbehälters 2 gelagerten Generator 7. Der Generator 7 ist zur Sicherung in einer Betonhülle 8 angeordnet, die oben durch einen abnehmbaren Deckel 10 verschlossen ist.
Die Koaxialleitung 9 verbindet das Innere des Reaktorbehälters 1 mit dem lurbinenbehälter 2. Im Innenrohr der Koaxialleitung 9 strömt das im Reaktorkern 3 erwärmte Gas, während der äußere Ringspalt der Koaxialleitung 9 zum Transport des abgekühlten Gases in den Reaktorbehälter 1 dient. Konzentrisch um die Turbine 4 und die Verdichterstufen 5, 6 herum sind eine Vielzahl von Wärmetauschereinheiten angeordnet. ttber die ganze Länge des Turbinenbehälters 2 erstreckt sich der Abgaswärmetauscher 11, während zwischen dem Abgaswärmetauscher 11 und der Welle 14 der Gasturbinenanordnung die Nachkühler 12 und die Zwischenkühler 13 angeordnet sind. Die Welle 14 ist in Lagern 15 und 16 geführt. Zur Abschirmung des unteren Lagers 16 gegen die hohen Temperaturn des im Innern der Koaxialleitung 9 von unten in die Turbine 4 strömenden Gases ist ein mit Kaltgas gekühlter Schirm 17 vorgesehen, der das Lager 16 umgibt. Die Lager 15 und 16 stützen sich an einem Gehäuse 18 ab, das am oberen Ende durch einen abnehmbaren Abschirmstopfen 19 abgeschlossen ist.
Sowohl die Turbine 4, als auch die Verdichterstufen 5 und 6 und das Gehäuse 18 können auf diese Weise zu Wartungszwecken nach oben herausgezogen werden. Die das Gehäuse 18 umgebenden Wärmetauscher sind voneinander dusch Trennwände 20, 21, 22 getrennt. Zwischen ihnen und dem Gehäuse 18 befinden sich Dichtstellen 24, an welchen das Gehäuse auch formbeständig unterstützt wird. Die Rohre des Nachkühlers 12 und des Zwischenkühlers 13 sind über Kiiblmittelleitungen 25 (von denen nur in Figur 3 eine angedeutet ist) mit der Umgebung des Turbinenbehälters 2 verbunden. In diesen Kühlmittelleitungen 25 strömt beispielsweise Wasser, das nach Erwärmung in dem Nachkühler 12 oder dem Zwischenkühler 13 in einem Kühlturm wieder zurückgekühlt wird.
Das im Reaktorkern 3 erwärmte Gas strömt in Pfeilrichtung durch das Innenrohr der Koaxialleitung 9 zur unteren Stirnseite der Turbine 4. In der Turbine 4 wird es entspannt und strömt durch den die Rohre des Abgaswärmetauschers 11 umgeben den Raum, bevor es zwischen den Trennwänden 20 und 2l in den die Rohre des Nachkühlers 12 umgebenden Raum gelangt. Nachdem das in der Turbine 4 entspannte Gas in diesen beiden Wärmetauschern abgekuhlt ist, wird es in der Verdichterstufe 5 auf einen Zwischendruck verdichtet und durchströmt ansehließend den Zwischenkühler 13, dessen Rohre ebenfalls von Kühlmittel durchflossen werden. Von da aus gelangt es in die Verdichterstufe 6 und durchströmt die Rohre des Abgaswärmetauscher 11 von oben nach unten, wo sich das verdichtete Gas weiter. erhitzt. Vom unteren Sammelbehälter des Abgaswärmetauschers 11 gelangt das Gas in den äußeren Teil der Koaxialleitung 9 und strömt dort in den Reaktorbehälter 1.
Im Reaktorkern 3 wird es weiter erhitzt, so daß es anschließend wieder zur Turbine 4 strömen kann.
In Figur 4 ist die gleiche Anordnung unter Verwendung einer einzigen -Verdichterstufe 5 dargestellt. Hier fehlt der Zwischenkühler 13, so daß die wärmetauschenden Flächen des Abgaswärmetauschers 11 und des Nachkühlers 12 relativ größer gewählt werden können. Hierdurch wird ein Teil des durch die fehlende Zwischenkühlung verringerten Wirkungsgrades wieder ausgeglichen.
5 Patentansprüche 4 Figuren Bezugszeichenliste 1 Reaktorbehälter 2 Turbinenbehält er 3 Reaktorkern 4 Turbine 5 Verdichterstufe 6 Verdichterstufe 7 Generator 8 Betonhülle 9 Koaxialleitung 10 Deckel 11 Abgaswärmetauscher 12 Nachkühler 13 Zwischenkühler 14 Welle 15 Lager 16 Lager 17 Schirm 18 Gehäuse 19 Abschirmstopfen 20 Trennwände 21 Trennwände 22 Trennwände 23 Kavernenwand 24 Dichtstellen 25 Kühlmittelleitung

Claims

Patentansprüche mit mit mit geschlossenem Gaskreislauf, bei der Turbine und Verdichterstufen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und bei der zwischen die Ein- und Auslässe der Turbine und der Verdichterstufen Wärmetauscher geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4) und die Verdichterstufen (5,6) konzentrisch von Wärmetauschern (11,12,13) zur Kühlung des Gases und zur Nutzung der Abgaswärme umgeben sind, während die Einlaßseite der Turbine (4) über das Innere einer Koaxialleitung (9) mit dem Reaktorkern (3) eines gasgekühlten Kernreaktors verbunden ist.
2. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4) und die Verdichterstufen (5,6) auf einer senkrecht gelagerten Welle (14) angeordnet sind und daß die Koaxialleitung (9) zur Verbindung der Turbine (4) mit dem Reaktorkern (3) stirnseitig in die Turbine (4) mündet.
3. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Turbine (4) und die Verdichterstufen (5,6) mit den sie umgebenden Wärmetauschern (11,12,13) in einem Turbinenbehälter befinden, er an den Reaktorbehälter (1) angrenzt.
4. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Koaxialleitung (9) zugewandte Lager (16) der Gasturbinenanordnung gegen die Koaxialleitung (9) durch einen Schirm (17) isoliert ist und daß in dem Schirm kaltes Gas strömt.
5. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14) der Gasturbinenanordnung in einem Gehäuse (18) gelagert ist, daß das Gehäuse (18) von einem herausnehmbaren Abschirmstopfen (19) nach oben abgeschlossen ist und daß sich der Generator (7) oberhalb dieses Abschirmstopfens (19) befindet, so daß nach Entfernung des Abschirmstopfens (19) die Turbine (4) und die Verdichterstufen (5,6) sowie die Wärmetauscher von oben zugänglich sind.

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