Einrichtung zum Kühlen des Kühlmittels von elektrischen Generatoren in Kondensationsdampfturbinenanlagen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Küh len des Kühlmittels von elektrischen Generatoren in Kondensationsdampfturbinenanlagen, wcobei das Ge- neratorkühlmittel über Flüssigkeitswärmeaustauscher rückgekühlt wird.
Wie bekannt, setzt der Leistungsfähigkeit von elektrischen Generatorendie in ihrem Kühlmittel auf tretende höchste Temperatur eine Grenze. Um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen, ist es bereits vorge schlagen worden, bei luft- oder gasgekühlten Gene ratoren das strömende gasförtnige, Mittel künstlich zu kühlen und hierdurch die Leistungsfähigkeit eines Generators voll auszunützen, wenn dies bei einer zur Verfügung stehenden natürlichen Kühlung nicht möglich ist.
Nun ist aber das sowohl beim Korn- pressions- wie auch beim Absorptionskühlverfahren als Kühlmittel dienende Medium, wie Ammoniak, Freonverbindungen usw., im Betrieb von Kraftwerken wegen verschiedenen unangenehmen und gefährlichen Umständen unerwünscht. Selbst dann würde, aber die Kühlanlage eine Einrichtung darstellen, deren Betrieb von jenem des Kraftwerkes vollkommen abweichend wäre und unter allen Umständen ein be sonderes überwachungs- und Bedienungspersonal be anspruchte. Auch die Betriebs- und insbesondere die Anlagekosten von Kraftwerken würden hier durch eine erhebliche Erhöhung erfahren.
Es ist auch vorgeschlagen worden, zum Kühlen von Turbogeneratoren ein Verfahren zu verwenden, bei welchem die Abkühlung des im Generator umge wälzten Kühlmittels durch eine einzige Kühlflüssig keit (Arbeitsflüssigkeit) mittels einer Dampfstraffl- kältemaschine stattfindet. Die im Generator entste>- hende Verlustwärme wird somit zur Gänze durch dieses einzige Mittel abgeführt, was bei künstlicher Kühlung einen ständigen Betrieb der Kälteanlage bedeutet. Es ist dabei auch vorgeschlagen worden, natürliches Kühlwasser zu verwenden und zu diesem Zweck einen Kühler einzuschalten.
In diesem Fall müsste aber der Zwischenkühler für die Abführung der gesamten Generatorverlustwärme bemessen wer den. Auch würde die Abführung der Verlustwärme über zweifachen Wärineaustausch zu erfolgen haben, was bei gleichen Kühlwasserverhältnissen und Ober flächen in einer höheren Temperatur der KühRuft in Erscheinung treten würde.
Nach einem anderen Vorschlag werden verschie dene Kombinationen einer Dampfstrahlkältemaschine in der Kraftanlage verwendet, wobei Wärmeaustau- scher ohne Unterteilung zur Anwendung gelangen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Kühl einrichtung, die sich nicht nur durch die Wirtschaft lichkeit seines Betriebes auszeichnet, sondern auch gestattet, die Generatoren auch bei sehr hoher Tem peratur des Kühlwassers voll belasten und ihre Höchstleistungen erhalten zu können. Ausserdem er möglicht aber die Erfindung, Generatoren mit einer Grenzleistung zu bauen, die grösser ist als die Grenz- leistung der zur Zeit üblichen Generatoren, wodurch auch die Leistungsfähigkeit der Blöcke (Kessel, Tur bine, Generator) von Wärmekraftwerken erhöht wird.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Wärmeaustauscher, in dem sich das Generator- kühlmittel abkühlt, flüssigkeitsseitig unterteilt ist und der eine Teil in einem Kühlsystem für Frischwasser-, der andere in einem solchen für künstliche Küh lung liegt, wobei beide Kühlsysteme über eine um- gehbare Hilfskühlfläche miteinander koppelbar sind. Durch die erfindungsgemässe Massnahme, nämlich durch die erwähnte Kombination von Frischwasser- und künstlicher Kühlung werden bisher unerreichte Zielsetzungen gleichzeitig erreicht.
Zunächst kann die Kühlung des Generators auch unter unvorteilhaften Kühlwasserverhältnissen gesichert werden. -Dann fin det die künstliche Kühlung nur statt, wenn sie durch Frischwasserkühlung nicht erreicht werden kann, wo durch ihre Anwendung immer wirtschaftlich ist.
Um die Anlagekosten auch der künstlichen Küh- luno, zu erniedrigen, wird vorgeschlagen, im Kühl- System für künstliche, Kühlung eine Dampfstrahlkälte- maschine vorzusehen, die zwischen einer Anzapfung und einem Dampfturbinenkondensator eingeschaltet ist.
Dann wird nämlich als Kondensator der Dampf- strahlkältemaschine die ohnehin vorhandene Konden sationseinrichtung für die Dampfturbine des Kraft werkes verwendet, so dass kostspielige Kondensatoren und Entlüftungsanlagen, wie sie in Kälteanlagen<B>üb-</B> lich sind, entfallen. Diese Massnahme bietet aber auch die Möglichkeit, als Arbeitsdampf für die Dampfstrahlkälteanlage Abdampf einer Anzapfstelle zu verwenden, der somit bereits nützliche Arbeit geleistet hat.
Die Anwendung einer Dampfstrahlkälteanlage in einer solchen Kühleinrichtung bietet somit verschie- de#ne Vorteile. Zunächst wird als Kühlmittel Wasser dampf verwendet. Dies bedeutet, dass die Arbeits mittel sowohl des Kraftwerkes wie auch der Kälte anlage einander gleich sind. Dann beansprucht die Dampfstrahlkälteanlage keine besondereüberwachung und Bedienung. Die Anlagekosten sind im Vergleich zu jenen einer üblichen Dampfstrahlkälteanlage ver hältnismässig gering, da weder ein eigener Konden sator, noch eine Entlüftungsanlage erforderlich sind.
Schliesslich bedeuten geringe Anlagekosten zusammen mit der Verwendung von Abdampf als Arbeitsmittel einen höchst wirtschaftlichen Betrieb.
Die umgehbare Hilfskühlfläche hat den Zweck, zu verhindern, dass das Kühlmittel der künstlichen Kühlung durch das natürliche Kühlwasser verunrei nigt wird, was in Kraftwerken unzulässig ist. Durch die Hilfskühlfläche wird nun erreicht, dass im künst lich kühlbaren Teil des Wärmeaustauschers immer ein Kondensat von Speisewassergüte strömt und all fällig dem Kessel zugeführt wird.
Das frische Kühl wasser gelangt entweder über die Hilfskühlfläche oder bei Umgehung derselben direkt in den einen Teil des Wänneaustauschers. Ist eine künstliche Kühlung nicht erforderlich, so wird die Kälteanlage nicht be trieben, sondern das Kondensat lediglich durch eine Umwälzpumpe zwischen dem Verdampfer der Kälte anlage und dem Wärrneaustauscher umgewälzt, wo bei die Dampfstrahlpumpen stillgesetzt sind und ledig lich die Luftpumpe des Verdampfers betrieben wird, um ein Vakuum aufrechtzuerhalten, das dem Sätti gungswert der jeweiligen Temperatur des umgewälzten Kondensats entspricht.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung er läutert, die das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung darstellt.
In der Zeichnung bezeichnet<B>1</B> einen Generator, dessen Kühlmittel 2 sich in einem Flüssigkeitswänne- austauscher <B>3</B> rückkühlt. Eine Leitung 4 dient zum Zuführen des frischen Kühlwassers, das über ein Absperrorgan, z.
B. über einen Schieber<B>5</B> in eine Hilfskühlfläche <B>6</B> gelangt.<B>7</B> und<B>8</B> bezeichnen zwei flüssigke#tsdurchströmte Kühlteile des Wärmeaus- tauschers <B>3.</B> Der Wärmeaustauscherteil <B>7</B> ist an einen Teil der Hilfskühlfläche <B>6</B> angeschlossen, während der Wärmeaustauscherteil <B>8</B> sich an den anderen Teil der Hilfskühlfläche <B>6</B> anschliesst.
Eine Leitung<B>9</B> verbindet den Wärmeaustauscherteil <B>7</B> mit einem Ver dampfer<B>10</B> einer Dampfstrahlkälteanlage, deren Ar beitsmittel (Kondensat) durch eine Umwälzpumpe <B>11</B> in der Leitung<B>9</B> in Strömung gehalten wird.
Die Hilfskühlfläche <B>6</B> weist im Frischwasserkühl- systern eine Umgehungsleitung auf, in der ein<B>Ab-</B> sperrorgan, z. B. ein Schieber 14 vorgesehen ist.
Der Kondensator<B>13</B> ist über eine Anzapfleitung an eine Anzapfstelle der Dampfturbine angeschlossen. In dieser Anzapfleitung ist ein Absperrorgan, z. B. ein Ventil<B>15</B> und eine Dampfstrahlpumpe <B>16</B> vor gesehen, wobei die letztere an den Dampfraum des Verdampfers<B>10</B> angeschlossen ist. Somit bildet der Verdampfer<B>10</B> mit der Dampfstrahlpumpe <B>1.6</B> die Kältemaschine der Einrichtung. Anstatt einer einzigen Dampfstrahlpumpe <B>16</B> könnten selbstverständlich auch deren mehrere vorgesehen sein.
Eine zweite Leitung mit einem Absperrorgan, z. B. Ventil<B>17,</B> dient zur unmittelbaren Verbindung des Flüssigkeitsraumes des Verdampfers<B>10</B> und des Kondensators<B>13,</B> so dass als Arbeitsflüssigkeit das im Kondensator<B>13</B> entstehende Kondensat dient. Somit ersetzt das Kondensat im Kondensator<B>13</B> Verluste an Arbeitsflüssigkeit im Verdampfer<B>10.</B> Es können dabei Mittel vorgesehen sein, die den Zufluss über ein Absperrorgan (Schieber<B>17)</B> in<B>Ab-</B> hängigkeit vom Wasserstand im Verdampfer regeln, wie dies durch die gestrichelte Linie zwischen Ver dampfer<B>10</B> und Schieber<B>17</B> angedeutet ist.
Um zu vermeiden, dass in das umlaufende Kon densat über allfällige Undichtigkeiten des Systems im Strömungsweg ausserhalb des Verdampfers<B>10</B> Luft gelangt, ist die zum Zurückleiten des Kondensats in den Verdampfer<B>10</B> dienende Leitung<B>18</B> mit einem Drosselorgan versehen. Beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist als Drosselorgan eine Drosselscheibe <B>19</B> verwendet worden. Es wäre aber auch möglich, eine andere Art von Drosselorganen zu verwenden.
Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung arbeitet wie folgt- Es sei angenommen, dass das über die Leitung 4 zugeführte natürliche Frischwasser genügend kalt ist, um die im Generator<B>1</B> entstehende Wärme ab zuführen. Dann wird der Schieber<B>5</B> geöffnet und der Schieber 14 geschlossen, so dass das natürliche Frisch wasser über die Leitung 4 die Hilfskühlfläche <B>6</B> er reicht, aus welcher es dem Wärmeaustauscherteil <B>8</B> zuströmt, um über diesen das System zu verlassen.
Im Wärmeaustauscher <B>3</B> strömt das natürliche Frisch wasser im Wärmeaustauscherteil <B>8</B> in Gegenstrom zu dem in der Leitung 2 strömenden Generatorkühl- mittel, wobei das letztere abgekühlt und die Verlust- wärme an das natürliche Frischwasser übertragen wird.
Inzwischen befördert die Umwälzpumpe <B>11</B> Kon densat aus dem Verdampfer<B>10</B> über die Leitung<B>9</B> dem kaltseitigen Wärmeaustauscherteil <B>7</B> des Wärme- austauschers <B>3</B> zu. Hieraus gelangt das Kondensat in die Hilfskühlfläche <B>6,</B> aus der es dann über die Lei tung<B>18</B> wieder dem Verdampfer<B>10</B> zuströmt. Das Drosselorgan<B>19</B> bewirkt dabei, dass der Druck des umgewälzten Kondensats an jeder Stelle nach der Umwälzpumpe <B>11</B> höher ist als der atmosphärische Druck.
Das Ventil<B>15</B> ist dabei geschlossen, so dass die Dampfstrahlpumpe <B>16</B> in Stillstand ist.
Ist nun das natürliche Frischwasser aus irgend einem Grund, z. B. infolge der Erhöhung der Bela stung des Generators <B>1</B> oder wegen der Erhöhung der Temperatur des natürlichen Frischwassers nicht mehr kalt genug, um die Verlustwärme des Generators <B>1</B> bei zulässiger Temperatur abzuführen, so wird das System auf künstliche Kühlung umgeschaltet. Zu die sem Zweck wird zunächst der Schieber<B>5</B> geschlossen und der Schleber 14 geöffnet.
Dies bedeutet, dass die Hilfskühlfläche <B>6</B> aus dem Strömungsweg des natürlichen Frischwassers ausgeschaltet ist und das letztere den Wärmeaustauscherteil <B>8</B> unter Umgehung der Hilfskühlfläche <B>6</B> erreicht. Somit tritt das natür liche Frischwasser bei seiner ursprünglichen Tempe ratur in den Wärmeaustauscher <B>3</B> ein, wo es seine abkühlende Wirkung ausübt.
Gleichzeitig strömt aber das Kondensat nach wie vor aus dem Verdampfer<B>10</B> über die Leitung<B>9</B> und die überbrückte Hilfskühlfläche <B>6,</B> in der es nicht mehr abgekühlt wird, da es jetzt dem natürlichen Frischwasser nicht begegnet. Somit kehrt das Kon densat erwärmt in den Verdampfer<B>10</B> der Kälte anlage zurück. Um nun den bisherigen Verlauf des Kühlbetriebes aufrechtzuerhalten, wird das Heiz- dampfventil <B>15</B> in der Anzapfleitung der Turbine geöffnet und die Dampfstrahlpumpe <B>16</B> in Betrieb gesetzt.
Die aus dem Verdampfer<B>10</B> über die Dampf- strahlpumpe <B>16</B> abgesaugten Dämpfe werden nun in den Kondensator<B>13</B> gedrückt. Ein Teil des umge wälzten Kondensats wird somit verdampft, wobei der Rest selbst auf die gewünschte Temperatur abge kühlt wird. Es ist nun das künstlich abgekühlte Kon densat, das durch die Umwälzpumpe <B>11</B> erneut dem Wärmeaustauscherteil <B>7</B> zugeführt wird.
Es ist noch zu betonen, dass die Wirtschaftlichkeit des beschriebenen Systems weitgehend vom Ober flächenverhältnis der Wärmeaustauscherteile <B>7</B> und<B>8</B> im Wärmeaustauscher <B>3</B> abhängt. Es ist leicht einzu sehen, dass, wenn der künstlich gekühlte Wärmeaus- tauscherteil <B>7</B> zu klein gewählt wird, die erforder liche Kälteleistung lediglich bei einem sehr tiefen Verdampfungstemperaturniveau gewährleistet werden kann. Bekanntlich hat dies eine rasche Zunahme der Betriebskosten der Kälteanlage zur Folge.
Wenn dagegen der künstlich gekühlte Wärmeaustauscherteil <B>7</B> zu gross ist, so kann die gesamte Verlustwänne mittels künstlicher Kühlung nur bei sehr geringer Kühlwassertemperatur und bei gleichzeitiger Vergrö sserung der Hilfskühlfläche abgeführt werden. Wird eine verhältnismässig höhere Kühlwassertemperatur gewählt, dann muss wieder der Wärmeaustauscher <B>3</B> grösser sein.
Ein richtiges Flächenverhältnis zwischen Wärme- austauscherteil <B>7</B> und Wärmeaustauscherteil <B>8</B> wird durch die Betriebsverhältnisse des Generators <B>1,</B> die Temperaturverhältnisse des natürlichen Kühlwassers usw. bestimmt. Versuche und Erwägungen haben ge zeigt, dass eine wirtschaftliche Unterteilung der Kalt seite des Wärmeaustauschers <B>3</B> jeweils zwischen<B>25</B> und 45,1/o liegt, wobei diese prozentualen Werte sich auf die Verlustwärme des Generators <B>1</B> beziehen. Wird z.
B. ein Unterteilungswert von<B>30</B> 1/o gewählt, so bedeutet dies, dass der Wärineaustauscherteil <B>7</B> bei Abschaltung der künstlichen Kühlung, das heisst <B>bei</B> Kühlung mit nur Frischwasser 3011/o der Verlust wärme des Generators abzuführen hat.