DE2828974A1

DE2828974A1 - Geblaese mit vordrallregelung

Info

Publication number: DE2828974A1
Application number: DE19782828974
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr Wieser
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1978-07-01
Filing date: 1978-07-01
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2828974C2

Description

- 2 - 7 7 0 1

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57
5000 Köln

Gebläse mit Vordrallregelung

Die Erfindung betrifft ein von einem Asynchronmotor konstanter Drehzahl angetriebenes radiales Gebläse, vorzugsweise für den Einsatz als Hauptgebläse im Primärkreislauf von mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktoren, mit einem Vordrallregler zur Mengenregelung.

Für die Verwendung eines Asynchronmotors konstanter Drehzahl zum Antrieb eines radialen Gebläses sind vor allem wirtschaftliche Gesichtspunkte maßgebend, da dieser Motor gegenüber anderen Elektromotoren sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb bei weitem der kostengünstigste ist, wenn einerseits der Wegfall der Beschaffung der Umformer (Thyristoren) und andererseits die verringerten Leistungsübertragungsverluste mit in Betracht gezogen werden. Beim Asynchronmotor sind diese Verluste, die durch Kabelverluste zwischen der Eigenbedarfsschaltanlage und dem Motor entstehen, sehr klein;

beim drehzahlgeregelten Elektromotor hingegen ergeben sich durch die Zwischenschaltung der erforderlichen Umformer verhältnismäßig große Übertragungsverluste. Dieser Umstand bedingt, daß der drehzahlgeregelte Elektromotor gegenüber dem Asynchronmotor bei Vollast einen Mehrbedarf an Antriebsleistung aufweist.

Da ein Kernkraftwerk während des größeren Teils seiner Betriebszeit mit Vollast betrieben wird, ist die Verwendung eines Asynchronmotors als Antrieb für ein Primärkreislauf-Hauptgebläse gegenüber der Verwendung eines drehzahlgeregelten Elektromotors von wesentlichem Vorteil.

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Der Asynchronmotor läuft mit konstanter Drehzahl, daher muß zur Mengenregelung des Gebläses auf Drosselregelung oder Vordrallregelung zurückgegriffen werden. Eine Mengenregelung durch Drosselung im Hauptstrom (Saugdrosselung) kann bei einigen Kernreaktoranlagen nur mit Nachteil angewendet werden, da sich bei Teillast zu geringe Gebläsewirkungsgrade ergeben.

Bessere Wirkungsgrade lassen sich mit einer Vordrallregelung erzielen. Die bisher verwendeten Vordrallregler bestehen aus einer größeren Anzahl von verschwenkbaren Leitschaufeln, die vor dem Gebläseeintritt angeordnet sind. Eine solche Vordrallregelung, allerdings für eine zentripetal beaufschlagte Gasturbine, ist in der Auslegeschrift 22 6 0 552 dargestellt. Hier lassen sich die Leitschaufeln bis zum völligen Verschließen des Leitschaufelkranzes verstellen. Zum Betätigen der verschwenkbaren Leitschaufeln ist eine größere Zahl von Gelenken und Lagern erforderlich, die nicht längere Zeit ohne Wartung arbeiten können, zumal in Heliumatmosphäre.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein von einem Asynchronmotor angetriebenes radiales Gebläse mit Vordrallregelung zu schaffen, dessen Bauelemente über lange Zeit wartungsfrei sind und das sich besonders für den Einsatz in einer Heliumatmosphäre eignet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vordrallregler aus einem drallerzeugenden Eintrittsleitrad mit in mehreren Leitschaufelkränzen angeordneten starren Leitschaufeln besteht, wobei die einzelnen Leitschaufelkränze für unterschiedliche Laststufen ausgelegt sind, und daß das Eintrittsleitrad durch ein Gestänge in axialer Richtung verschiebbar ist derart, daß jeweils einer der Leitschaufelkränze mit dem Gebläseeintritt zur Deckung gebracht werden kann.

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Beispielsweise kann das drallerzeugende Eintrittsleitrad fünf statische Leitschaufelkränze umfassen, die für folgende Laststufen (Mengenstufen) ausgelegt sind:

112% Nennfördermenge
100%

88%

76%

64%

Bei dieser Ausgestaltung des Eintrittsleitrades lassen sich bis zu einer Teillast von ca. 58% gute Gebläsewirkungsgrade erreichen.

Bei kleineren Teillasten kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu der Mengenregelung mit dem erfindungsgemäßen Vordrallregler eine Drosselregelung vorzusehen. Allerdings muß dabei eine Verschlechterung des Gebläsewirkungsgrades in Kauf genommen werden, was bei Teillasten unter 5 0% jedoch hingenommen werden kann, zumal ein Teil der Gebläseleistung (ca. 3 8%) als elektrische Energie des Hauptgenerators zurückgewonnen wird.

Mit besonderem Vorteil ist der Einsatz der Erfindung in einem mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor verbunden, in dessen Primärkreislauf mehrere radiale Gebläse angeordnet sind. Hier läßt sich eine sehr feinstufige Mengenregelung dadurch erzielen, daß die einzelnen Gebläse gleichzeitig mit unterschiedlichen Stellungen ihrer Eintrittsleiträder gefahren werden, wobei sich die Stellungen der einzelnen Eintrittsleiträder vorzugsweise nur um einen Leitschaufelkranz unterscheiden. Sind die Leitschaufelkränze aller Gebläse gemäß dem oben angegebenen Beispiel ausgelegt (112, 100, 88, 76, 64 % der Nennfördermenge), so läßt sich in diesem Falle z.B. zwischen 100 und 88 % der Fördermenge folgende Feinstufung vornehmen (unter der Voraussetzung, daß sechs Gebläse vorgesehen sind):

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6 χ = 100% der Fördermenge

5 χ -^- + -ι _x M = 83^ + 14,7 = 97,8 % der Fördermenge 6-6

4 χ 1^· + 2 χ — = 66,6 + 29,3 = 95,7 % " 6 6

3 χ — + 3 χ — = 50,0 + 44,0 = 94 %

2 χ — + 4 χ — =33,3 +58,6 =91,9

Il Il

1 χ ^- + 5 χ — = 16,7 + 73,;! = 89,9 % "

88

6 χ — = 88 % der Fördermenge

Somit ist eine Stufung der den Reaktorkern durchsetzenden Heliummenge von ca. 2 % möglich, was Schwankungen der Heliumaustrittstemperatur von etwa 8 C ergibt ( bei einem Hochtemperaturreaktor mit einer Leistung von 1200 MWe).

Falls erforderlich, kann auch eine etwas größere Stufung der einzelnen drallerzeugenden Eintrittsleiträder vorgenommen werden; beispielsweise können die Leitschaufelkränze jedes Gebläses für 115, 100, 85, 70, 55 % der Nennfördermenge ausgelegt sein.

Bei einem Hochtemperaturreaktor der oben angegebenen Leistung mit sechs Hauptgebläsen läßt sich durch Verwendung des erfindungsgemäßen Vordrallreglers bei Halblast gegenüber einer reinen Drosselregelung ca. 15 MW an Gebläseantriebsleistung einsparen, was - bei Berücksichtigung des teilweisen Rückgewinnes der Gebläseleistung - einer effektiven Einsparung von 9 bis 10 MWe entspricht.

6/.

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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann das Gebläse auch mehrstufig ausgebildet sein. Dabei ist jede Gebläsestufe mit dem Vordrallregler gemäß der Erfindung ausgestattet.

Das für die axiale Verschiebung des Eintrittsleitrades vorgesehene Gestänge kann beispielsweise als Gelenkgestänge ausgebildet sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel· des radialen Gebläses gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es handelt sich um ein einstufiges Gebläse, das in einem Spannbetondruckbehälter angeordnet ist. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 das Gebläse mit Antriebsmotor im

Längsschnitt,
Fig. 2 einen Detailschnitt nach der Linie

A-B der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Die Fig. 1 läßt eine Ausnehmung 1 in einem Spannbetondruckbehälter erkennen, die mit einem Liner 2 ausgekleidet ist. Die Ausnehmung 1 ist oben mit einem Deckel 3 verschlossen. Im unteren Teil der gezeigten Ausnehmung ist ein einstufiges radiales Gebläse 4 installiert, das aus dem Laufrad 4a, dem Leitschaufelkranz 4b und dem festen, rotationsförmigen Einlaufkanal 4c besteht. Das Gebläse 4 ist auf dem Mantel 5 eines (nicht dargestellten) Dampferzeugers aufgesetzt. Der Dampferzeuger bildet eine der Primärkreiskomponenten eines mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktors, der ebenfalls in dem Spannbetondruckbehälter untergebracht ist.

Das Gebläse 4 wird von einem Asynchronmotor 6 konstanter Drehzahl angetrieben, der oberhalb des Gebläses 4 in der Ausnehmung 1 installiert ist. Für einen Helium-Arbeitsdruck von beispielsweise 5 0 bar ist ein Motor mit einer Leistung von 13 MW vorgesehen.

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Um den mit Wasser gekühlten Liner 2 bei einem etwaigen Bersten des Motorrotors 7 zu schützen, ist der Motorstator von einem starkwandigen Panzerzylinder 9 umgeben.

Die Regelung des Gebläses 4 erfolgt mittels eines Vordrallreglers, der aus einem drallerzeugenden Eintrittsleitrad mit starren Leitschaufeln 12 besteht. Die Leitschaufeln sind in einzelnen Leitschaufelkränzen 13 angeordnet, die für unterschiedliche Laststufen ausgelegt und voneinander durch horizontale Trennringe 11a separiert sind. In dem dargestellten Beispiel sind fünf Stufen mit 112, 100, 88, 76 und 64 % der Nennfördermenge vorgesehen. In der Fig. sind zwei der Leitschaufelkränze 13 mit ihren starren Leitschaufeln 12 jeweils zur Hälfte gezeigt. In dieser Figur sind auch die Innenkontur und die Außenkontur eines horizontalen Trennringes 11a eingezeichnet.

Das Eintrittsleitrad 11 läßt sich in axialer Richtung verschieben, was mittels eines Gelenkgestänges 14, das durch die Ausnehmung 1 nach oben geführt ist, vorgenommen wird. Die Anordnung des Eintrittsleitrades 11 ist so getroffen, daß bei Betätigung des Gelenkgestänges 14 jeweils einer der Leitschaufelkränze 13 vor die Eintrittsöffnung 10 des Gebläses 4 gerückt werden kann. Das von unten dem Gebläse 4 zuströmende Helium (durch Pfeile angedeutet) passiert vor seinem Eintritt in das Gebläse den jeweils vor der Eintrittsöffnung 10 befindlichen Leitschaufelkranz 13. Je nach der Stellung des Eintrittsleitrades 11 kann dem Gebläse 4 mehr oder weniger Helium zugeführt, d.h. also eine Mengenregelung vorgenommen werden.

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Claims

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- (f- 7 7 0 1

Patentansprüche

1 ..· Von einem Asynchronmotor konstanter Drehzahl angetriebenes radiales Gebläse, vorzugsweise für den Einsatz als Hauptgebläse im Primärkreislauf von mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktoren, mit einem Vordrallregler zur Mengenregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der Vordrallregler aus einem drallerzeugenden Eintrittsleitrad (11) mit in mehreren Leitschaufelkränzen (13) angeordneten starren Leitschaufeln (12) besteht, wobei die einzelnen Leitschaufelkränze (13) für unterschiedliche. Laststufen ausgelegt sind, und daß das Eintrittsleitrad (11) durch ein Gestänge (14) in axialer Richtung verschiebbar ist derart, daß jeweils einer der Leitschaufelkränze (13) mit dein Gebläseeintritt (10) zur Deckung gebracht werden kann.
2. Radiales Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleineren Teillasten zusätzlich zu der Mengenregelung mit dem Vordrallregler eine Drosselregelung vorgenommen wird.
3. Radiales Gebläse nach Anspruch 1 für einen Hochtemperaturreaktor mit mehreren solcher Gebläse, dadurch gekennzeichnet, daß für eine feinstufige Mengenregelung die einzelnen Gebläse gleichzeitig mit unterschiedlichen Stellungen ihrer Eintrittsleiträder (11) gefahren werden, wobei sich die Stellungen der einzelnen Eintrittsleiträder (11) vorzugsweise nur um einen Leitschaufelkranz (13) unterscheiden.
4. Radiales Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse mehrstufig ausgebildet ist.

909883/0144 ORIGINAL INSPECTED