DE1167119B - Thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium - Google Patents
Thermal power plant with a circuit of a gaseous working mediumInfo
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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.Thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium Es Thermal power plants are known in which a gaseous working medium is in circulation brought to a higher pressure in a compressor, heated in a nuclear reactor and is finally relaxed in a turbine under work performance. With such thermal power plants there is possibly the possibility that small amounts from the nuclear reactor of radioactive substances get into the working cycle or that components of the working gas even under the influence of the neutron irradiation into radioactive ones Substances are implemented. A well-known measure, an enrichment of radioactive Avoiding substances in the working cycle consists in constantly having a certain Amount of working gas taken from the circuit in a cleaning system from the Radioactive contaminants are freed and then returned to the working cycle will.
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.Gas-lubricated bearings and also aerostatic bearings for turbo machines are known. In these, the gas under operating pressure is supplied by a Compressed air source fed into pressure chambers of the bearing, with those from the pressure chambers air escaping through the bearing gap of these bearings flows off into the open air.
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.The invention now relates to a thermal power plant with a circuit gaseous working medium through a nuclear reactor and for compression and relaxation the working equipment serving turbo machines, in which lines to branch off a part of the circulating working gas from the working cycle and for reintroduction this part in the working cycle as well as means for freeing the removed Radioactive contamination gas before it is reintroduced into the working cycle and at least one gas-lubricated bearing is provided on the turbomachines.
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.The invention seeks to significantly simplify the system a special lubricant guide, which is characterized in that at least a gas freed from the mentioned impurities in the working cycle return line into the bearing gap of a gas-lubricated bearing of the turbo machinery leads and the exit side of this bearing gap with the working cycle in connection stands. This achieves the desired simplification of the operation, since it is used as a lifting gas and lubricant part of the circulating working gas branched off therefrom and is freed from radioactive contaminants, is used. moreover will the advantage achieved that the bearings are only charged with purified gas. One advantageous embodiment of the invention is that between the means to free the extracted gas from radioactive contamination and the supply point An auxiliary compressor is switched on to the camp, which pre-cleans the gas its use as a lifting gas and lubricant brings it to higher pressure, which in particular It is then expedient if the bearings of the turbo machines are used as aerostatic bearings are formed distributed on the circumference of the bearing gas cushions.
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.In the drawing, a thermal power plant with a circuit of a gaseous medium with the special lubricant supply is shown in simplified form as an example, namely FIG. 1 shows a diagram of a thermal power plant for propelling a ship and FIG. FIG. 2 shows a cross section through a bearing of the turbomachinery along the line II-11 in FIG. 1. The working cycle of the thermal power plant leads one after the other through a compressor 1, the high pressure side of a heat exchanger 2, a nuclear reactor 3, a high pressure turbine 4 which drives the compressor 1, a low pressure turbine 5 which drives a ship's propeller 7 via a gear 6, the low pressure side of the Heat exchanger 2 and a cooler 8 to finally get back to the suction side of the compressor 1 . The compressed working gas, preferably helium, absorbs heat in the nuclear reactor 3 and is then expanded in the turbines 4 and 5 while working. The expanded gas gives off heat to the compressed gas in the heat exchanger 2 before it is cooled in the cooler 8 to the intake temperature of the compressor 1. For the storage of the turbo machines 1, 4, 5 , bearings 9, 10, 11, 12 are provided.
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.An auxiliary circuit is also connected to the working circuit. This branches off at the high pressure end of the compressor 1 at a point 13 and leads one after the other through a line 14, a cleaning system 15, a line 16, an auxiliary compressor 18 driven by a motor 17, a line 19, an accumulator 20, one with a valve 21 provided line 22, a line 23, then through various branch lines 24, 25 going to the bearings 9, 10, II, 12; 26, 27 and finally through the bearing column of these bearings.
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.Part of the gaseous working medium is constantly withdrawn from the working cycle through line 14. In the cleaning system 15 , the gas withdrawn from the working cycle is removed from any radioactive contaminants contained therein, such as. B. radioactive bromine, krypton, xenon or iodine, exempted. The cleaning system 15 can contain known means, such as filters, absorbers, adsorbers and cold generators, which serve to separate the mentioned impurities from the working gas. The cleaned gas leaving the system 15 through the line 16 is brought to a higher pressure by the auxiliary compressor 8 , which is particularly useful when the bearings of the turbo machines are designed as aerostatic bearings, i.e. the shaft is supported by pressure cushions formed by the gas .
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.The gas of the auxiliary circuit reaching the bearing gap of the bearings 9, 10, 11, 12 passes from there into the working circuit. The bearing 9 is completely enclosed by a housing 28, which is tightly connected to the housing of the compressor, on the side of the shaft end, so that the gas escaping from the bearing gap cannot escape into the open. The exit side of the bearing gap, on the other hand, is connected to the interior of the compressor housing, that is to say to the working circuit. In the case of the bearings 10 and 11 , a housing 29 connected between the high-pressure turbine 4 and the low-pressure turbine 5 prevents gas from escaping into the open. In the case of the bearing 12 , a liquid barrier is provided on the side on which the turbine shaft leads to the output of the useful power to the outside. The barrier liquid is introduced through a line 30. The liquid flowing outwards from the bearing gap is drawn off through a connector 31. Gas and liquid are discharged through a line 32 between the gas store and the liquid barrier. The two media are then separated from one another in a known manner by means not shown and reused.
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.To cover any leakage that may still occur in the working circuit, a battery of pressurized gas cylinders 33 is provided which contain working gas and from which this working gas can be fed into the auxiliary circuit via a line 34 with valve 35 at a point 36. The bearings 9, 10, 11, 12 are designed as aerostatic bearings. As in Fig. Is shown 2 for the bearing 9, the purified gas of the auxiliary circuit passes from the line 24 for the time being in an annular space 37 and from there via throttle bodies 38 into individual, distributed on the bearing peripheral chambers 39. The compressor shaft is designated by the 40th In chambers 39 , the gas forms pressure cushions which support the shaft 40 . The gas flows from the chambers 39 through the bearing gap in the axial direction and then mixes with the gas circulating in the working circuit.
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.In the system described, the auxiliary circuit is also used for the removal of radioactive contaminants from the working gas and for delivery of the lubricant for the bearings. This results in a structural simplification of the operation and, moreover, the advantage that the bearings are only charged with purified gas will.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP0212091A1 (en) * | 1985-06-10 | 1987-03-04 | INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Turbo charger with an aerostatic bearing |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE880979C (en) * | 1942-06-08 | 1953-06-25 | Kreiselgeraete G M B H | Low-friction bearings for rotating parts, especially high-speed shafts |
| GB694521A (en) * | 1950-01-31 | 1953-07-22 | Paul Louis Julien Gerard | Improvements in and relating to bearings |
| DE919803C (en) * | 1951-04-09 | 1954-11-04 | Roulements A Billes Miniatures | Friction-free pressure pad bearing |
-
1961
- 1961-01-16 DE DEE20446A patent/DE1167119B/en active Pending
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