DE1167119B

DE1167119B - Waermekraftanlage mit Kreislauf eines gasfoermigen Arbeitsmittels

Info

Publication number: DE1167119B
Application number: DEE20446A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Werner Spillmann
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1960-12-22
Filing date: 1961-01-16
Publication date: 1964-04-02

Description

Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels Es sind Wärmekraftanlagen bekannt, bei welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel im Kreislauf in einem Verdichter auf höheren Druck gebracht, in einem Kernreaktor erhitzt und schließlich in einer Turbine unter Arbeitsleistung entspannt wird. Bei solchen Wärmekraftanlagen besteht unter Umständen die Möglichkeit, daß aus dem Kernreaktor geringe Mengen von radioaktiven Stoffen in den Arbeitskreislauf gelangen oder daß Bestandteile des Arbeitsgases selbst unter dem Einfluß der Neutronenbestrahlung in radioaktive Stoffe umgesetzt werden. Eine bekannte Maßnahme, eine Anreicherung von radioaktiven Stoffen im Arbeitskreislauf zu vermeiden, besteht darin, daß ständig eine gewisse Menge von Arbeitsgas dem Kreislauf entnommen, in einer Reinigungsanlage von den radioaktiven Verunreinigungen befreit und hernach in den Arbeitskreislauf zurückgeführt wird.
Gasgeschmierte Lager und auch aerostatische Lager für Turbomaschinen sind bekannt. Bei diesen wird das unter einem Betriebsdruck stehende Gas von einer Druckluftquelle in Druckkammern des Lagers eingespeist, wobei die aus den Druckkammern durch die Lagerspalte dieser Lager entweichende Luft ins Freie abfließt.
Die Erfindung betrifft nun eine Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels durch einen Kernreaktor und zur Verdichtung und zur Entspannung des Arbeitsmittels dienende Turbomaschinen, bei welcher Leitungen zur Abzweigung eines Teiles des umlaufenden Arbeitsgases vom Arbeitskreislauf und zur Wiedereinführung dieses Teiles in den Arbeitskreislauf sowie Mittel zur Befreiung des entnommenen Gases von radioaktiven Verunreinigungen vor dessen Wiedereinführung in den Arbeitskreislauf und mindestens ein gasgeschmiertes Lager an den Turbomaschinen vorgesehen sind.
Die Erfindung erstrebt eine wesentliche Vereinfachung der Anlage durch eine besondere Schmiermittelführung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine das von den erwähnten Verunreinigungen befreite Gas in den Arbeitskreislauf zurückführende Leitung in den Lagerspalt eines gasgeschmierten Lagers der Turbomaschinen führt und die Austrittseite dieses Lagerspaltes mit dem Arbeitskreislauf in Verbindung steht. Damit wird die erstrebte Vereinfachung des Betriebes erreicht, da als Traggas und Schmiermittel ein Teil des umlaufenden Arbeitsgases, der von diesem abgezweigt und von radioaktiven Verunreinigungen befreit ist, verwendet wird. überdies wird der Vorteil erreicht, daß die Lager nur mit gereinigtem Gas beschickt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Mitteln zur Befreiung des entnommenen Gases von radioaktiven Verunreinigungen und der Zuleitungsstelle zum Lager ein Hilfsverdichter eingeschaltet ist, welcher das gereinigte Gas vor seiner Benützung als Traggas und Schmiermittel auf höheren Druck bringt, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn die Lager der Turbomaschinen als aerostatische Lager mit am Lagerumfang verteilt angeordneten Gaspolstern ausgebildet sind.
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Mediums mit der besonderen Schmiermittelführung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 ein Schema einer Wärmekraftanlage zum Antrieb eines Schiffes und F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Lager der Turbomaschinen nach der Linie II-11 der F i g. 1. Der Arbeitskreislauf der Wärmekraftanlage führt nacheinander durch einen Verdichter 1, die Hochdruckseite eines Wärmeaustauschers 2, einen Kernreaktor 3, eine Hochdruckturbine 4, welche den Verdichter 1 antreibt, eine Niederdruckturbine 5, welche über ein Getriebe 6 einen Schiffspropeller 7 antreibt, die Niederdruckseite des Wärmeaustauschers 2 und einen Kühler 8, um schließlich wieder auf die Saugseite des Verdichters 1 zu gelangen. Das verdichtete Arbeitsgas, vorzugsweise Helium, nimmt im Kernreaktor 3 Wärme auf und wird hernach in den Turbinen 4 und 5 unter Arbeitsleistung entspannt. Das entspannte Gas gibt im Wärmeaustauscher 2 Wärme an das verdichtete Gas ab, bevor es im Kühler 8 auf die Ansaugtemperatur des Verdichters 1 abgekühlt wird. Für die Lagerung der Turbomaschinen 1, 4, 5 sind Lager 9, 10, 11, 12 vorgesehen.
Dem Arbeitskreislauf ist ferner ein Hilfskreislauf angeschlossen. Dieser zweigt am Hochdruckende des Verdichters 1 an einer Stelle 13 ab und führt nacheinander durch eine Leitung 14, eine Reinigungsanlage 15, eine Leitung 16, einen von einem Motor 17 angetriebenen Hilfsverdichter 18, eine Leitung 19, einen Speicher 20, eine mit einem Ventil 21 versehene Leitung 22, eine Leitung 23, hernach durch verschiedene, zu den Lagern 9, 10, Il, 12 gehende Zweigleitungen 24, 25; 26, 27 und schließlich durch die Lagerspalte dieser Lager.
Durch die Leitung 14 wird dem Arbeitskreislauf ständig ein Teil des gasförmigen Arbeitsmittels entzogen. In der Reinigungsanlage 15 wird das dem Arbeitskreislauf entnommene Gas von allfällig darin enthaltenen radioaktiven Verunreinigungen, wie z. B. radioaktivem Brom, Krypton, Xenon oder Jod, befreit. Die Reinigungsanlage 15 kann bekannte Mittel, wie Filter, Absorber, Adsorber und Kälteerzeuger enthalten, welche dazu dienen, die erwähnten Verunreinigungen vom Arbeitsgas zu trennen. Das die Anlage 15 durch die Leitung 16 verlassende, gereinigte Gas wird durch den Hilfsverdichter 8 auf höheren Druck gebracht, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn die Lager der Turbomaschinen als aerostatische Lager ausgebildet sind, die Welle also von durch das Gas gebildeten Druckpolstern getragen wird.
Das in die Lagerspalte der Lager 9, 10, 11, 12 gelangende Gas des Hilfskreislaufs tritt von dort in den Arbeitskreislauf über. Das Lager 9 ist von einem mit dem Gehäuse des Verdichters dicht verbundenen Gehäuse 28 auf der Seite des Wellenendes ganz umschlossen, so daß das aus dem Lagerspalt austretende Gas nicht ins Freie gelangen kann. Die Austrittseite des Lagerspaltes steht dagegen mit dem Innern des Verdichtergehäuses, also mit dem Arbeitskreislauf in Verbindung. Bei den Lagern 10 und 11 verhindert ein zwischen die Hochdruckturbine 4 und die Niederdruckturbine 5 geschaltetes Gehäuse 29 den Austritt von Gas ins Freie. Beim Lager 12 ist auf der Seite, auf welcher die Turbinenwelle zur Abgabe der Nutzleistung nach außen führt, eine Flüssigkeitssperrung vorgesehen. Die Sperrflüssigkeit wird durch eine Leitung 30 eingeführt. Die vom Lagerspalt nach außen strömende Flüssigkeit wird durch einen Stutzen 31 abgezogen. Zwischen dem Gaslager und der Flüssigkeitssperrung wird Gas und Flüssigkeit durch eine Leitung 32 abgeführt. Die beiden Medien werden dann in bekannter Weise durch nicht gezeigte Mittel voneinander getrennt und wieder verwendet.
Zur Deckung von gegebenenfalls im Arbeitskreislauf noch auftretenden Leckverlusten ist eine Batterie von Druckgasflaschen 33 vorgesehen, welche Arbeitsgas enthalten und von denen aus dieses Arbeitsgas über eine Leitung 34 mit Ventil 35 an einer Stelle 36 in den Hilfskreislauf gespeist werden kann. Die Lager 9, 10, 11, 12 sind als aerostatische Lager ausgebildet. Wie in F i g. 2 für das Lager 9 gezeigt ist, gelangt das gereinigte Gas des Hilfskreislaufs aus der Leitung 24 vorerst in einen Ringraum 37 und von dort aus über Drosselstellen 38 in einzelne, am Lagerumfang verteilte Kammern 39. Die Verdichterwelle ist mit 40 bezeichnet. In Kammern 39 bildet das Gas Druckpolster, die die Welle 40 tragen. Das Gas strömt von den Kammern 39 durch den Lagerspalt in axialer Richtung ab und mischt sich dann dem im Arbeitskreislauf umlaufenden Gas bei.
Bei der beschriebenen Anlage dient der Hilfskreislauf zugleich für die Befreiung des Arbeitsgases von radioaktiven Verunreinigungen und für die Lieferung des Schmiermittels für die Lager. Es ergibt sich damit eine bauliche Vereinfachung des Betriebes und überdies der Vorteil, daß die Lager nur mit gereinigtem Gas beschickt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels durch einen Kernreaktor und zur Verdichtung und zur Entspannung des Arbeitsmittels dienende Turbomaschinen, bei welcher Leitungen zur Abzweigung eines Teiles des umlaufenden Arbeitsgases vom Arbeitskreislauf und zur Wiedereinführung dieses Teiles in den Arbeitskreislauf sowie Mittel zur Befreiung des entnommenen Gases von radioaktiven Verunreinigungen vor dessen Wiedereinführung in den Arbeitskreislauf und mindestens ein gasgeschmiertes Lager an den Turbomaschinen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine das von den erwähnten Verunreinigungen befreite Gas in den Arbeitskreislauf zurückführende Leitung (24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27) in den Lagerspalt eines gasgeschmierten Lagers (9 bzw. 10 bzw. 11 bzw. 12) der Turbomaschinen (1, 4, 5) führt und die Austrittseite dieses Lagerspaltes mit dem Arbeitskreislauf in Verbindung steht.
2. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mitteln (15) zur Befreiung des entnommenen Gases von radioaktiven Verunreinigungen und der Zuleitungsstelle zum Lager (9 bzw. 10 bzw. 11 bzw.12) ein Hilfsverdichter (18) eingeschaltet ist, welcher das gereinigte Gas vor seiner Benutzung als Traggas und Schmiermittel auf höheren Druck bringt.
3. Wärmekraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9 bzw. 10 bzw. 11 bzw. 12) als an sich bekannte aerostatische Lager mit am Lagerumfang verteilt angeordneten Gaspolstern (39) ausgeführt sind.
4. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9 bzw. 10 bzw. 11 bzw. 12) der Turbomaschinen (1, 4, 5) von einem mit dem betreffenden Maschinengehäuse dicht verbundenen Gehäuse umschlossen sind, welches den Austritt von gereinigtem Arbeitsgas des Hilfskreislaufes ins Freie verhindert, dagegen mit dem Innern des Maschinengehäuses in Verbindung steht.
5. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenenden der Hochdruck- und der Niederdruckturbine (4, 5) von einem den beiden Lagern (10,11) der einander gegenüberstehenden Wellenenden gemeinsamen Gehäuse umschlossen sind.
6. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lager (12) auf der Seite, auf welcher die Turbinenwelle aus dem Gehäuse nach außen führt, eine an sich bekannte Flüssigkeitssperrung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 919 803, 880 979; britische Patentschrift Nr. 694 521.