DE843269C - Kuehleinrichtung fuer mit Dampfturbinen angetriebene Generatoren - Google Patents

Description

• Kühleinrichtung für mit Dampfturbinen angetriebene Generatoren Die Erfindung bezieht sich auf Kühleinrichtungen mit im wesentlichen geschlossenem Kreislauf, bei welchem ein gasförmiges Mittel zur Kühlung der Wicklungen und ähnlicher Teile eines elektrischen Generators dient, also solcher Teile, die eine erhebliche Temperaturerhöhung während des Betriebs erfahren. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Generatoren, die mit Dampfturbinen angetrieben werden, bei denen das Turbinenkondensat in das Speisewassersystein zurückgeführt wird.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt unter anderem, eine Einrichtung zu schaffen, bei welcher das gasförmige Kühlmittel innerhalb des Kühlkreislaufs auf niedrigem Temperaturniveau gehalten wird, ohne daß eine wesentliche Vergrößerung im Gesamtwärmeverbrauch der Turbinengeneratoreinheit sta ttfände. Gegenstand der Erfindung ist ein im wesentlichen geschlossener Kühlkreislauf der vorerwähnten Art, bei dem das von dem zu kühlenden Generator kommende gasförmige Kühlmittel in einem Kompressor komprimiert wird, so daß seine "Temperatur sich erhöht und alsdann bei im wesentlichen konstantem Druck in einer Anzahl hintereinandergeschalteter Kühler gekühlt wird, deren Kühlwirkung durch den Durchgang des Kondensats der Dampfturbine durch dieselben sich ergibt, worauf das Gas einer Gasturbine zugeführt wird, in welcher das gasförmige Mittel expandiert, indem es Energie in Form mechanischer Arbeit mit daraus folgender Verminderung des Drucks und der Temporatur abgibt, um alsdann von dem Gasturbinenauslaß zu dem Generator zurückgeführt zu werden und den Kreislauf von neuem anzutreten. Bei praktischer Ausführung der Erfindung kann der Kühlkreislauf so angeordnet werden, daß das gasförmige 'Mittel, nachdem es den Generator durchströmt und gekühlt hat, zum Einlaß eines Kompressors geführt wird, in welchem es derart komprimiert wird, daß seine Temperatur auf einen zweckmäßigen Wert erhöht wird. Hierauf wird es Tiber einen oder mehrere Gaskühler geführt, deren Röhren von dem Kondensat der Dampfturbine durchflossen sind. Wenn z. B. n Gaskühler vorhanden sind, die ihre Kälteenergie ;ins dem System der Speisewasservorwärmung erhalten, so wird der erste Kühler mit Kondensat nach (;i-i) Stufen der Vorwärmung und der zweite mit Kondensat nach (yt-2) Stufen der Vorwärmung gespeist, während der letzte Kühler in der Reihe mit l,7,ondeiisat unmittelbar von dem Dampfturbinenkondensator oder mit zirkulierendem Wasser gekühlt wird. Nachdem das gasförmige -Mittel den letzten Kühler verlassen hat, geht es durch eine Gasturbine, die mit dein erwähnten Kompressor mechanisch gekuppelt sein kann. Druck und Temperatur des gasförmigen Mittels -#Nerden in dem Maße vert ingert, wie ihm Energie in den Schaufeln der Gasturbine entzogen wird. Wenn die Endtemperatur des Gases unter o° C sinken sollte, so kann eine Entcisungseinrichtung innerhalb des Kreislaufs an geeigneter Stelle vorgesehen sein. Das Gas wird alsdann durch den Kreislauf zurück in das Gehäuse des elektrischen Generators geführt, wo es dazu dient, die Wicklungen und ähnliche Teile zu lüften und zu kühlen, die während ihres normalen Betriebs eine Temperaturerhöhung erfahren. -Mit Ausnahme geringer Gasverluste infolge Entweichens, das innerhalb des Kreislaufs an solchen Stellen eintreten kann, wo die Welle durch die Dichtungen in den Endschildern des Generators geht, und abgesehen von einer im Falle von Luft als gasförmiges Fluidum vorgesehenen besonderen Luftöffnung, die nach der Atmosphäre hin offen ist, ist der Kreislauf geschlossen ausgebildet.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß geeignete Ventile sowie Rohranordnungen vorgesehen sind, die so getroffen sind, daß irgendein Kühler aus dem Kreislauf vermittels einer Nebenleitung herausgenommen werden kann, oder es kann statt dessen die Anordnung so getroffen sein, daß die Kondensatzuführung zu jedem Kühler von einer Stufe der Vorwärmung zu einer anderen umgeschaltet werden kann. Ferner kann eine besondere Kühleinheit vorgesehen sein, um eine Endstufe der Kühlung des gasförmigen Mittels durchzuführen. Diese Kühleinheit kann mit Wasser aus dem normalen Wasserumlaufsystem gespeist werden.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit für die Einstellung des Drucks des gasförmigen Fluidums an einer zweckmäßigen Stelle der Anlage zu schaffen. Wenn z. B. (las Kühlmittel aus Luft besteht, so empfiehlt es sich, Gien Druck im Generator unter dem Atmosphärendruck zu halten. Die Durchflußmenge wird dabei in Verbindung mit dem Temperaturanstieg zweckmäßig derart eingestellt, daß der Ventilationsverlust, d. h. also ein Verlust infolge der Bewegung der drehenden Teile, in dem gasförmigen Kühlmittel verringert wird. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß man den Auslaß des Kompressors nach der Atmosphäre durch einen Luftauslaß und einen Filter öffnet, oder dadurch, daß man die Einlaßseite eines kleinen Kompressors mit geeigneter Kompression mit einem Punkt im Kreislauf, des gasförmigen Fluidums verbindet, wobei der Auslaß des kleinen Kompressors nach der Atmosphäre z. B. durch eine geeignete Filtereinrichtung offen ist und der übrige Teil der Anlage gasdicht ausgebildet ist.
• Es ist zu beachten, daß der Kompressor oder die Kompressoren und der Läufer der Gasturbine unmittelbar oder durch ein Getriebe mit der Turbogeneratorwelle gekuppelt oder auch besonders mit oder ohne Zwischentrieb von einem elektrischen Hilfsmotor, der seine elektrischeEnergiezufuhrvom Ilauptgenerator empfängt, angetrieben werden können. Dies ist erforderlich, wenn die Leistung der Gasturbine nicht hinreicht, um den Kompressor zu treiben, in welchem Falle die Hauptgasturbine oder der elektrische Hilfsmotor die Energiedifferenz aufzubringen hat.
• In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, Wasserstoff als gasförmiges Mittel zur Kühlung des Generators zu benutzen. Der hauptsächliche Vorteil der Kühlung mit Wasserstoff ist die weitgehende V ermin.derung des Ventilationsverlustes und die daraus hervorgehende Leistungsverbesserung infolge der niedrigen Dichte und der hohen spezifischen Wärme des Wasserstoffs verglichen mit Luft. In diesem Falle werden die oben in Verbindung mit der Anwendung eines Luftkreislaufs beschriebenen Luftöffnungen nicht angewandt. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, den Wasserstoffdruck im Generator auf 'höherem Wert als Atmosphärendruck zu halten, da hierdurch die Kühlung der Maschine verbessert wird und die Verluste bei dieser Anordnung nur wenig vergrößert werden. Ein derart höherer Druck kann vermittels der Betätigung der Ventile der Gasflaschen in der bei mit Wasserstoff gekühlten i\Iaschinen üblichen Weise aufrechterhalten werden.
• Es ist ersichtlich, daß der Kraftbedarf für die Kompressorgasturbineneinheit, durch welche die Kühlung des gasförmigen Mittels herbeigeführt wird, in gewissem Grade durch die Verkleinerung des Ventilationsverlustes im Generator und durch die Rückführung von Wärme zum Speisewassersystem ausgeglichen wird. Wegen dieses letzteren Vorteils ist der Dampfverbrauch der Speisewasservorw-ärmstufen verringert und gelangt mehr Dampf zum Kondensator ini Vergleich mit einem System, bei welchem das Speisewasser nicht teilweise durch (las Generatorkühlgas erwärmt wird. Infolgedessen wird für eine gegebene Darnpfinenge, die an dem Abschlußventil zugeführt wird, und für dieselbe Endtemperatur des Speisewassers mehr Energie (Lurch die Turbine entwickelt. Der Betrag dieser überschießenden Energie entspricht einem Teil; je- clrttck befindet. Wenn die Anordnung ausgeschaltet wird, kann Außenluft durch das Filter in das System eingesogen werden, so daß der innere Druck wieder auf Atmosphärenhöhe kommt.
• Ein abgeändertes System dieser Lüftung besteht darin, daß ein kleiner Hilfskompressor 12, in punktierten Linien dargestellt, benutzt wird, dessen Einlaß unmittelbar am Generatorgehäuse angebracht ist und mit dem Innenluftraum des Generators in Verbindung steht. Sein Auslaß ist so angeordnet, da$ ein Filter 13, das in punktierten Linien dargestellt ist, zur Atmosphäre führt.
• Unter der Annahme, daß die endgültige Temperatur der Luft nach dem Verlassen der Gasturbine zwischen o und 5° C liegt, erscheint ein Kompressionsverhältnis für den Kompressor 3 im Bereich von 1,6:1 als geeignet. Das Expansionsverhältnis der Gasturbine ist etwas größer als der reziproke Wert von 1,6, um den Luftdruckabfall in dem Generator und den Kühlern zu ermöglichen. Wenn der Kompressorauslaß auf Atmosphärendruck gehalten wird, so wird der Druck im Generatorgehäuse etwa bei o,625 Atmosphärendruck liegen. DerVentilationsverlust innerhalb des Generators wird im selben Verhältnis verringert.
• Zu dem Speisewassersystem wird in den Kühlern :4° und 4b Wärme zurückgeführt. Etwa 16% derselben werden nutzbar gemacht, indem überschießende Energie an der Dampfturbinenwelle erzeugt wird, da ein gewisser Anteil des normalerweise für die Speisewasservorwärmung aufgewandten Dampfes nunmehr durch die niederen Stufen der Turbine. zum Kondensator geht. ,

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kühleinrichtung mit im wesentlichen geschlossenem Kreislauf für mit Dampfturbinen betriebene Generatoren, dadurch gekennzeichnet, <laß das gasförmige Kühlmittel aus dem zu kühlenden Generator in einem Kompressor unter Temperaturerhöhung komprimiert und dann unter konstantem Druck in Kühlern mittels des durch die Kühler geführten Kondensats der Dampfmaschine gekühlt wird, worauf es einer Gasturbine zugeführt wird, in der es unter Energieal>galte in Form mechanischer Arbeit mit ent= sprechender Verringerung seines Drucks und seiner Temperatur expandiert, um alsdann vom Gasturbinenauslaß zumGenerator zurückgeführt zu werden und erneut den Kreislauf anzutreten.
2. 2. Kühleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Gases bei seinem Durchgang durch die Kühler derart bewirkt wird, daß der erste Kühler, durch welchen das gasförmige Fluidum hindurchgeht, durch Kondensat nach der ersten Vorwärmstufe und der zweite Kühler durch Kondensat vor der ersten \'orwärmstufe gekühlt wird, während der Endkühler der Reihe fließendes Wasser aufnimmt, wobei das Kondensat nach dem Verlassen des ersten Kühlers nacheinander durch die zweite und die dritte Vorwärmstufe erhitzt wird, worauf es in den Kessel geht.
3. 3. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen, i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gasturbine gewonnene Energie benutzt wird, um den Antrieb des Kompressors zu unterstützen. .
4. 4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer der Gasturbine mid des Kompressors mit der Welle der Hauptdampfturbine verbunden sind.
5. 5. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch l;ekeiinzeichnet, daß der Kompressor von einem elektrischen Hilfsmotor oder einer ähnlichenAntriebsniaschine angetrieben wird, welche die l:tiergiedifferenz zwischen der Leistungsaufnahme des Kompressors und der Leistungsabgabe des Gasturbinenläufers liefern.
6. 6. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Kühlmittel Wasserstoff benutzt wird. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Kühlmittel Luft dient, wobei der Kühlkreislauf. am Kompressorauslaß durch einen Filter mit der Außenluft in Verbindung steht. B. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftverbindung mit der Atmosphäre am Generatorgehäuse durch einen Hilfskompressor hergestellt ist, dessen Einlaß mit dem inneren Luftraum des Gehäuses verbunden ist, während der Auslaß durch eine Filtereinrichtung mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Enteisungsvorrichtung innerhalb des Kreislaufs für den Fall vorgesehen ist, daß die Endtemperatur des gasförmigen Kühlmittels unter o° C fällt.