DE1091245B

DE1091245B - Lastaenderungsverfahren fuer ein Reaktorkraftwerk und Reaktorkraftwerk zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1091245B
Application number: DES62275A
Authority: DE
Inventors: Kurt Feer
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1959-03-13
Filing date: 1959-03-23
Publication date: 1960-10-20
Also published as: FR1230196A; CH365460A; GB878436A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laständerungsverfahren für ein Reaktorkraftwerk, dessen Kühlgaszuführung mehrere parallel zueinander liegende, einzeln ein- und ausschaltbare Turboverdichter enthält, ferner auf ein Reaktorkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten Laständerungsverfahren wird, wenn ein Verdichter zu einem oder mehreren anderen, bereits in Betrieb befindlichen Verdichtern hinzugeschaltet werden soll, der hinzuschaltende Verdichter eingeschaltet, während das in seiner Druckleitung befindliche Absperrorgan vollkommen geschlossen ist, und nach und nach auf den gleichen Druck gebracht, den die übrigen Verdichter besitzen. Darauf wird das Absperrorgan geöffnet. Beim Abschalten eines Verdichters wird entsprechend umgekehrt verfahren: Zuerst wird das betreffende Absperrorgan geschlossen und darauf der Verdichter stillgesetzt.

Demgegenüber liegt das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß bei Lasterhöhung ein in der zum Reaktor führenden Kühlgaszuführungsleitung eines hinzuschaltenden Verdichters liegendes Absperrorgan bereits geöffnet wird, bevor der von dem Verdichter erzeugte Druck die zu positiver Förderung notwendige Höhe erreicht hat, und daß darauf der Druck an dem hinzuzuschaltenden Verdichter bis auf den Betrag des Druckes der anderen Verdichter erhöht wird, während bei Lastsenkung entsprechend umgekehrt das Absperrorgan erst geschlossen wird, nachdem der Druck des abzuschaltenden Verdichters den zu positiver Förderung notwendigen Betrag unterschritten hat, wonach der abzuschaltende Verdichter stillgesetzt wird. Der Druck des hinzu- oder abzuschaltenden Verdichters kann nach dem öffnen bzw. vor dem Schließen des zugehörigen Absperrorgans, z. B. durch Verstellen der Verdichterschaufeln oder der Verdichterdrehzahl, verändert werden.

Durch den hinzu- oder abzuschaltenden Verdichter strömt das Kühlgas bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorübergehend rückwärts. Die rückwärts strömende Menge kann gering gehalten werden und z. B. 10% der normalen Fördermenge des Verdichters betragen. Ebenso kann die Zeit, während der die Rückströmung auftritt, kurz gehalten werden, so daß der Zustand des den Reaktor durchsetzenden Gesamtkühlgasstroms nicht wesentlich beeinflußt wird. Es wird dann vermieden, daß das Gas in dem hinzu- oder abzuschaltenden Verdichter übermäßig heiß wird, wie es bei dem erwähnten bekannten Verfahren der Fall ist, wo während der ganzen Anfahr- bzw. Stillsetzzeit in dem Verdichter ein und dieselbe Gasmenge eingeschlossen bleibt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält der Reaktor z. B. bei Lasterhöhung nach dem öffnen des Absperrorgans nicht plötzlich wesentlich heißeres

Laständerungsverfahren

für ein Reaktorkraftwerk

und Reaktorkraftwerk zur Durchführung

des Verfahrens

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm, Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Sciiweiz vom 13. März 195Θ

Kurt Feer, Winterthur (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Kühlgas, das zu unzulässiger Temperaturerhöhung der empfindlichen, aus neutronendurchlässigem Leichtmetall, z. B. Aluminium, bestehenden Umhüllungen der Spaltstoffelemente führen würde.

Auch für den hinzu- oder abzuschaltenden Verdichter selbst ist es von Vorteil, wenn das in ihm befindliehe Gas nicht zu rasch und zu stark erhitzt wird, weil dann auch die Oberflächen der Schaufeln weniger rasch und weniger stark erwärmt werden.

Bei einer Ausführungsform eines Reaktorkraftwerks zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer Erfindung in der Druckleitung jedes Verdichters ein Hauptabsperrorgan und parallel dazu ein Nebenabsperrorgan von — im Vergleich zum Durchlaßquerschnitt des Hauptabsperrorgans — kleinem Durchlaßquerschnitt angeordnet. Das Verfahren läßt sich dann so gestalten, daß z. B. beim Einschalten des Motors des hinzuzuschaltenden Verdichters das zugehörige Hauptabsperrorgan geschlossen bleibt und nur das Nebenabsperorgan geöffnet wird und darauf der Druck an dem hinzuzuschaltendem Verdichter bis auf nahezu den zu positiver Förderung notwendigen Betrag erhöht wird und daß anschließend das Hauptabsperrorgan ganz geöffnet, gegebenenfalls das Nebenabsperrorgan geschlossen und hierauf der Druck weiter auf den Betrag der übrigen Verdichter erhöht wird.

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Weitere Merkmale ergeben sich aijf der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.

Die Zeichnung zeigt ein Schema eines erfindungsgemäß ausgebildeten Reaktorkraftwerks, bei dem das der Erfindung entsprechende Laständerungsverfahren verwendet wird.

Ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Kernreaktor erhält Kühlgas, z.B. Kohlendioxyd (CO₂), von vier parallel zueinander liegenden Verdichtern 2 bis 5, welche von Elektromotoren 6 bis 9 angetrieben werden. Die Verdichter sind über Hauptabsperrorgane 11 bis 14 enthaltende Druckleitungen 15 bis 18 und eine gemeinsame Zuführungsleitung 19 an den Reaktor angeschlossen. Die Druckleitungen 15 bis 18 besitzen Nebenabsperrorgane 21 bis 24 aufweisende Umgehungsleitungen 25 bis 28. Der Durchlaßquerschnitt der Nebenabsperrorgane 21 bis 24 ist im Vergleich zu dem der Hauptabsperrorgane 11 bis 14 klein. Von dem Reaktor 1 führt eine Kühlgasabströmleitung 29 zu den Primärkanälen von vier parallel zueinander liegenden Wärmeaustauschern 31 bis 34, die über Saugleitungen 35 bis 38 mit der Saugseite der Verdichter 2 bis 5 verbunden sind. Die Sekundärkanäle der Austauscher 31 bis 34 stehen mit Wasser- bzw. Dampfleitungen 41 bis 44, 45 bis 48 in Verbindung, über welche zu dem Kraftwerk gehörende, nicht gezeichnete Turbinen und von ihnen elektrische Generatoren angetrieben werden.

Wenn beispielsweise die Verdichter 2 bis 4 in Betrieb sind und die Last des Reaktors 1 erhöht werden soll, so wird wie folgt vorgegangen. Die Hauptabsperrorgane 11 bis 13 sind offen, die Nebenabsperrorgane 21 bis 23 sind in der Regel geschlossen. Ferner sind auch das Hauptabsperrorgan 14 und das Nebenabsperrorgan 24 des Verdichters 5 geschlossen, der Verdichter 5 ist stillgesetzt. Nunmehr wird der Motor 9 eingeschaltet, Verdichter 5 also in Bewegung gesetzt und gleichzeitig das zugehörige Nebenabsperrorgan 24 ganz geöffnet. Infolge des verhältnismäßig geringen Durchlaßquerschnitts des drosselnd wirkenden Organs 24 wird nunmehr eine geringe Menge von C O₂-Gas aus der Zuführungsleitung 19 über die Leitung 30, 28 rückwärts durch den Verdichter 5 hindurchgedrückt (negative Förderung). Wenn sich die Drehzahl des Verdichters 5 so weit erhöht hat, daß der Druck in Leitungen 18, 28 einen Betrag erreicht hat, der zu positiver Förderung des Verdichters 5 nahezu ausreichen würde, wird die Drehzahl weiter erhöht und dabei das Hauptabsperrorgan 14 ganz geöffnet. Bei der Drehzahlerhöhung des Verdichters 5 wird nunmehr zunächst derjenige Zustand durchfahren, bei dem im Verdichter 5 kurzzeitig keine Strömung herrscht, worauf der Betriebszustand erreicht wird, wo der Verdichter 5 positiv fördert. Nunmehr strömt das Gas also auch beim Verdichter 5 aus der Saugleitung 38 über die Druckleitung 18 in die Zuführungsleitung 19 und den Reaktor 1. Die Anlage läuft jetzt mit erhöhter Last.

Wenn bei dem erwähnten Einschaltverfahren für den Verdichter 5 die Schaufeln während des Betriebs verstellbar sind und z. B. die Lauf- oder Leitschaufeln oder ein Vorleitapparat dieses Verdichters zunächst nicht in voller Wirkungsstellung sind, kann mit dem Verdichter volle Drehzahl erreicht werden, solange der Druck des Verdichters noch unterhalb des zu positiver Förderung notwendigen Betrags ist, so daß auch bei normaler Betriebsdrehzahl des Verdichters 5 Gas durch diesen in Richtung von Leitung 28 nach Leitung 38, also rückwärts strömt. Beim öffnen des Organs 14 wird dann damit begonnen, die Schaufeln oder den Vorleitapparat des Verdichters 5 allmählich in die Stellung größter Wirkung, also größten Fördervermögens zu bringen, wodurch — bei konstanter Betriebsdrehzahl des Verdichters 5 — die Rückwärtsströmung allmählich abnimmt, kurzzeitig keine Strömung durch den Verdichter 5 herrscht und darauf die normale Vorwärtsströmung einsetzt, deren Betrag schließlich denjenigen der vorher in Betrieb befindliehen Verdichter 2 bis 4 erreicht.

Bei einer anderen Ausführungsform des erwähnten Lasterhöhungsverfahrens wird der Druck in den Leitungen 15 bis 17 etwa zur Zeit des öffnens des Organs 14, z. B. durch Drehzahlerniedrigung oder Verstellung der Schaufeln oder des Vorleitapparates bei den Verdichtern 2 bis 4, etwas gesenkt, so daß sich die Strömung im Verdichter 5 relativ rasch aus der Rückwärts- in die normale Vorwärtsrichtung von Leitung 38 nach Leitung 18 umkehrt und die Gesamtfördermenge aller vier Verdichter 2 bis 5 etwa so groß ist, wie die Fördermenge der Verdichter 2 bis 4 vor Einschalten des Verdichters 5 war. Darauf werden Druck und Fördermenge bei allen Verdichtern 2 bis 5 gleichmäßig auf den vollen Betrag erhöht.

Wenn die Last des Reaktors 1 gesenkt werden soll, wird beispielsweise das Hauptabsperrorgan 14 bei Vollast der Verdichter 2 bis 4 geschlossen; das Nebenabsperrorgan 24 sei dabei geöffnet. Dann wird die Drehzahl des Verdichters 5 vermindert, oder es werden die Schaufeln oder der Vorleitapparat auf geringere Wirkung gestellt. Nunmehr stellt sich eine Rückströmung durch den Verdichter 5 hindurch von Leitung 28 nach Leitung 38 ein, Schließlich wird das Organ 24 geschlossen und darauf die Drehzahl weiter

erniedrigt und der Verdichter 5 stillgesetzt. Gegebenenfalls kann Organ 14 auch erst geschlossen werden, nachdem die Rückströmung eingesetzt hat.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform des zuletzt erwähnten Lastsenkungsverfahrens werden zuerst alle Verdichter 2 bis 5 beispielsweise auf Dreiviertellast gesetzt. Darauf wird das Hauptabsperrorgan 14 geschlossen; das Nebenorgan 24 sei geöffnet. Anschließend wird die Drehzahl des Verdichters 5 weiter erniedrigt und diejenige der Verdichter 2 bis 4 wieder erhöht bzw. dieselbe Wirkung durch Verstellung der Schaufeln oder Vorlei tapp arate erzielt. Die Verdichter 2 bis 4 arbeiten dann bald wieder auf Vollast, und es stellt sich bei Verdichter 5 eine Rückwärtsströmung von Leitung 28 nach Leitung 38 ein. Dann wird Organ 24 geschlossen und die Drehzahl des Verdichters 5 immer mehr erniedrigt, bis der Verdichter stillgesetzt ist.

Bei einer anderen Bauart der Reaktoranlage sind keine Umgehungsleitungen 25 bis 28 und keine Nebenabsperrorgan 21 bis 24 vorhanden. Bei Lasterhöhung (Hinzuschalten des Verdichters 5 zu den bereits in Betrieb befindlichen Verdichtern 2 bis 4) wird dann der Verdichter 5 — zweckmäßig bei gedrosselter Stellung von Organ 14 — eingeschaltet und so weit hochgefahren, bis der Druck in der Leitung 18 nahe dem für positive Förderung notwendigen Betrag ist. Darauf wird die Drehzahl des Verdichters 5 weiter erhöht, bzw. es werden die Schaufeln oder der Vorleitapparat auf größere Wirkung gestellt, und dabei wird das Organ 14 ganz geöffnet. Nach Überschreiten eines Zeitpunkts, zu dem keine Strömung im Verdichter 5 herrscht, entsteht dann die normale Vorwärtsströmung und der normale, dem Druck der Verdichter 2 bis 4 gleiche Betriebsdruck. Auch bei diesem Beispiel kann die Last der Verdichter 2 bis 4 während des Hoch-

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fahrens des Verdichters 5 zeitweilig auf einen Bruchteil der Vollast gesetzt werden, derart, daß — nach vorübergehender Rückstromung durch Verdichter 5 — alle Verdichter 2 bis 5 zusammen eine gewisse Zeit die gleiche Fördermenge aufweisen wie vorher die auf Vollast betriebenen Verdichter 2 bis 4. Darauf werden alle vier Verdichter 2 bis 5 allmählich auf Vollast gebracht.

Bei dem entsprechenden Lastsenkungsverfahren in einer Anlage ohne Nebenabsperrorgane wird z. B. der Verdichter 5 auf niedrigere Drehzahl und dabei das Organ 14 in Drosselstellung gebracht. In dem Verdichter 5 stellt sich dann eine gewisse Rückstromung ein. Hierauf wird der Verdichter stillgesetzt und das Organ 14 vollständig geschlossen.

In allen Fällen wird vermieden, daß bei geschlossenen Organen 14, 24 hohe, aus dem Elektromotor 9 stammende, auf den Verdichter 5 übertragene Energie auf in dem Verdichter eingeschlossenes CO₂-GaS in Form von Wärme übergeht. Es kann dann nicht bei plötzlichem öffnen des Organs 14 übermäßig heißes Gas über Leitung 19 in den Reaktor, besonders in seine Spaltelement-Kühlräume gelangen. Temperatur-Schwankungen, wie sie sich selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sich das besonders heiße Gas aus Leitung 18 mit dem Gas aus den Leitungen 15 bis 17 in Leitung 19 vermischt, im Reaktor einstellen würden, werden dann vermieden. Ferner wird verhindert, daß der Verdichter 5 selbst, insbesondere die Oberfläche seiner Schaufeln übermäßig heiß wird. Schließlich wird durch das erfmdungsgemäße Verfahren auch vermieden, daß im Reaktor 1 etwa eine starke Abkühlung eintritt. Dies kann bei dem Verfahren, bei dem das Organ 14 erst nach dem Erreichen der Volllast von Verdichter 5 geöffnet wird, dadurch vorkommen, daß auf das anfänglich sehr heiße, aus der Leitung 18 in den Reaktor strömende Gas vorübergehend besonders kühles Gas folgt, das vorher in dem Austauscher 34 war, welcher bis dahin nicht in Betrieb stand. Auch werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Betriebsstörungen des hinzuzuschaltenden Verdichters 5 vermieden, die gerade bei dem zuletzt erwähnten Fall etwa dadurch entstehen können, daß der Verdichter 5 bei dem während Vollast vorgenommenen öffnen von Organ 14 Gas von hoher Temperatür und damit stark verminderter Dichte zu fördern hat, auf Grund deren er nicht in der Lage ist, einen Druck zu erzeugen, der dem Druck der übrigen Verdichter entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Laständerungsverfahren für ein Reaktorkraftwerk, dessen Kühlgaszuführung mehrere parallel zueinander liegende, einzeln ein- und ausschaltbare Turboverdichter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lasterhöhung ein in der zum Reaktor (1) führenden Kühlgaszuführungsleitung (18) eines hinzuzuschaltenden Verdichters (5) liegendes Absperrorgan (14) bereits geöffnet wird, bevor der von dem Verdichter (5) erzeugte Druck die zu positiver Förderung notwendige Höhe erreicht hat, und daß darauf der Druck an dem hinzuzuschaltenden Verdichter (5) bis auf den Betrag des Druckes der anderen Verdichter (2 bis 4) erhöht wird, während bei Lastsenkung entsprechend umgekehrt das Absperrorgan (14) erst geschlossen wird, nachdem der Druck des abzuschaltenden Verdichters (5) den zu positiver Förderung notwendigen Betrag unterschritten hat, wonach der abzuschaltende Verdichter stillgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des hinzu- oder abzuschaltenden Verdichters (5) nach dem Betätigen des Absperrorgans (14) durch Verstellen der Verdichterschaufeln verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des hinzu- oder abzuschaltenden Verdichters (5) nach dem Betätigen des Absperrorgans (14) durch Verstellen der Verdichterdrehzahl verändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Laständerung durch einen Verdichter (5) der Druck an den übrigen Verdichtern (2 bis 4) vorübergehend gesenkt und — nach dem Erreichen gleichen Drucks an allen Verdichtern (2 bis 5) — der Druck bei sämtlichen Verdichtern (2 bis 5) gleichmäßig auf den gewünschten Betrag gebracht wird.

5. Reaktorkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (15 bis 18) jedes Verdichters (2 bis 5) ein Hauptabsperrorgan (11 bis 14) und parallel dazu ein Nebenabsperrorgan (21 bis 24) von — im Vergleich zum Durchlaßquerschnitt des Hauptabsperrorgans — kleinem Durchlaßquerschnitt liegt.

6. Lasterhöhungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an einer Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten des Motors (9) des hinzuzuschaltenden Verdichters (5) das zugehörige Nebenabsperrorgan (24) geöffnet und darauf der Druck an dem hinzuzuschaltenden Verdichter (5) bis auf nahezu den zu positiver Förderung notwendigen Betrag erhöht wird und daß anschließend das Hauptabsperrorgan (14) des hinzuzuschaltenden Verdichters (5) ganz geöffnet und der Druck weiter auf den Betrag des Druckes der übrigen Verdichter (2 bis 4) erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen