WO2015078829A1 - Thermal power plant - Google Patents
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- WO2015078829A1 WO2015078829A1 PCT/EP2014/075458 EP2014075458W WO2015078829A1 WO 2015078829 A1 WO2015078829 A1 WO 2015078829A1 EP 2014075458 W EP2014075458 W EP 2014075458W WO 2015078829 A1 WO2015078829 A1 WO 2015078829A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
- F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D3/00—Axial-flow pumps
Definitions
- Thermal Power Plant The invention relates to a thermal power plant with a cooling system for cooling a thermal working medium.
- thermal power plants In a thermal power plant, heat is partially converted into electrical energy.
- thermal power plants are i.a. Coal-fired power plants, natural gas power plants or nuclear power plants. These types of thermal power plants use fossil fuels or nuclear processes as heat sources.
- Other examples of thermal power plants are geothermal power plants or solar thermal power plants.
- a thermal power plant operates according to the following principle: First, heat is removed from a heat source and the heat is transferred to a thermal working medium, e.g. Water / steam, transferred. By means of a heat engine, e.g. a turbine, then a portion of the heat of the thermal working fluid is converted into kinetic energy, which in turn is converted by a generator into electrical energy. Due to physical laws, only a limited part of the heat supplied to the thermal working fluid can be converted into electrical energy in the thermal power plant. The remaining part remains as waste heat in the thermal working means of the thermal power plant.
- a thermal working medium e.g. Water / steam
- the thermal power plant expediently comprises a cooling system for cooling its thermal working medium, which in addition can serve to cool other components of the thermal power plant, such as a generator or a transformer.
- cooling water used as a coolant, which extracts heat by means of a heat exchanger the thermal working fluid.
- the cooling system requires at least one cooling water pump for conveying the cooling water from / to the heat exchanger.
- a motor is used to drive the cooling water pump.
- the motor is suitably arranged vertically above the cooling water pump - usually in a building intended to accommodate the cooling water pump and motor ("pump structure") .
- pump structure To keep a drive train short between the engine and the cooling water pump, one endeavors close to the engine and the cooling water pump
- a minimum distance between the cooling water pump and the engine is necessary.
- the cooling system may have a flat design. This object is achieved by a thermal power plant of the type mentioned, in which according to the invention, the cooling system comprises at least one coolant pump for conveying a coolant whose pump shaft is aligned horizontally.
- the invention is based on the consideration that a vertical extent of a pump structure of the cooling system is significantly dependent on how the pump shaft of the coolant pump is aligned.
- the flatter design of the cooling system can i.a. lead to a cost-effective production and / or a shorter construction period of the cooling system, since e.g. a construction of high scaffolding constructions and / or deep excavations for subterranean structures or building sections, in particular foundations, can be omitted.
- the invention is based on the recognition that, given a vertical alignment of the pump shaft, possibly a larger delivery height of the coolant pump is required than with a horizontal alignment of the pump shaft.
- a vertical alignment of the pump shaft if the coolant pump flows parallel to the pump shaft, the coolant must be able to overcome a height difference that is at least equal to a length of the coolant pump.
- the difference in height to be overcome by the coolant can be less than the length of the coolant pump. Consequently, in a coolant pump with a horizontally oriented pump shaft, a delivery of the coolant pump may be designed to be lower than in a coolant pump with a vertically aligned pump shaft.
- a pump As a coolant pump, a pump can be understood, which is prepared for conveying a coolant.
- Coolant pumps are: pipe casing pumps, volute casing pumps, submersible pumps.
- the coolant may be a gaseous and / or a liquid medium.
- liquid water is used as the coolant.
- the coolant can circulate in a circuit. Coolant losses may occur in the circuit, e.g. due to leaks in pipes or partial evaporation of the coolant. In order to keep an amount of the coolant in the coolant at least approximately constant, further coolant can be supplied to the coolant circuit from the outside, e.g. from a body of water if water is used as a coolant. Alternatively, the coolant may pass through the cooling system without circulating.
- the cooling system may also include a plurality of coolant pumps.
- the plurality of coolant pumps may be arranged such that they can be flowed through by the coolant in series or in parallel.
- a pump shaft may be understood to mean a rotatably mounted machine element of the coolant pump which is used to transmit a torque, in particular a torque generated by a motor, to other machine elements, such as e.g. an impeller, serves.
- the other machine elements can be arranged on the pump shaft, in particular connected to the pump shaft.
- the pump shaft is configured substantially rod-shaped or cylindrical.
- the pump shaft may be u.a. be stored one or two sides.
- the cooling system expediently includes a coolant supply.
- a coolant supply a device or system can be understood, which is prepared for introducing the coolant into the coolant pump.
- the coolant supply can in particular be connected directly to the coolant pump.
- the coolant supply may be, for example, a pipe, a pipe system and / or a basin act.
- a pipe system may be understood to mean a system comprising a plurality of pipes connected to one another and / or to other elements of the cooling system for guiding the coolant.
- the coolant supply is designed such that the coolant flows into the coolant pump substantially parallel to the pump shaft.
- the cooling system expediently includes a coolant removal.
- coolant discharge a device or system can be understood, which is prepared for discharging the coolant from the coolant pump.
- the coolant discharge can in particular be connected directly to the coolant pump.
- the coolant discharge can be, for example, a pipe, a pipe system and / or a tank.
- the coolant discharge is configured such that the coolant flows out of the coolant pump substantially parallel to the pump shaft.
- At least one impeller is arranged on the pump shaft.
- An impeller can be understood to mean a rotatable component of the coolant pump, in particular a component rotatable with the pump shaft.
- the impeller may be configured to supply and / or remove kinetic energy from the coolant, in particular by changing the swirl of the coolant.
- the impeller may comprise blades ("blades"), which may in particular be arranged in a ring-shaped manner, and the impeller may be mounted on one side of the pump shaft. or cohesively connected to the pump shaft A cohesive connection of impeller and Pump shaft may involve the impeller and the pump shaft being cast in one piece.
- blades blades
- Pump shaft A cohesive connection of impeller and Pump shaft may involve the impeller and the pump shaft being cast in one piece.
- the impeller is an axial wheel.
- an impeller can be understood, which is adapted to convey the coolant parallel to the pump shaft (axially).
- an impeller configured as an axial wheel, it can be achieved that the coolant can flow through the coolant pump without being deflected. As redirecting, e.g. a change in direction of a
- Flow direction of the coolant can be considered by an angle of at least 30 °.
- the impeller has adjustable blades.
- the blades may e.g. be rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft. Due to the adjustability of the rotor blades, it is possible to achieve an angle between the flow direction of the coolant and the rotor blades that can be variably adjusted. By the adjustability of the angle between the flow direction of the coolant and the blades can be achieved that a flow rate / delivery height of the coolant pump is controllable and / or a load torque of the pump shaft, in particular by changing a flow velocity of the coolant, to a constant value is preserved ,
- such a coolant pump with adjustable blades is a horizontal Kaplan turbine.
- a coolant coverage of coolant inlet (inlet level) to installation height / depth of the coolant pump may be lower than in a coolant pump with vertically aligned pump shaft.
- Large required coolant coverages usually lead to rising costs.
- the lying Kaplan turbine requires a low coolant coverage, ie the lying Kaplan turbine can be installed with shallow depth to the coolant supply level.
- An installation depth of the horizontal Kaplan turbine, defined over its axis of rotation of the pump shaft, to the coolant level in the coolant inlet, for example a feed basin, can be so low.
- the pump shaft of the coolant pump may be hollow inside.
- a displaceable, in particular axially displaceable, mounted adjusting rod can be arranged, which is preferably prepared to adjust the blades.
- the adjusting rod can be driven by a servo motor, which can be arranged in the pump shaft.
- the coolant pump has a tail.
- a tail the entirety of the components of the coolant pump can be understood, which change the swirl of the coolant before and / or behind the impeller - based on the flow direction of the coolant.
- the tail unit may comprise a plurality of blades ("guide vanes") .
- the guide vanes may be arranged in a ring shape to form a so-called guide wheel
- the tail unit is designed to guide the coolant axially to the pump shaft.
- guide vanes In front of the impeller arranged guide vanes can serve to adjust the swirl of the coolant in front of the impeller so that a higher efficiency of the coolant pump can be achieved. Vaned vanes located behind the impeller may serve to reduce the swirl of the coolant while increasing static pressure of the coolant, thereby allowing for reduction of kinetic energy losses associated with coolant flow.
- the guide vanes of the tail are adjustable - eg by means of a servomotor. This allows a controllable swirl change through the vanes.
- the guide vanes may, for example, be rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft.
- vanes of the empennage are preferably adjustable such that coolant flow through the coolant pump, e.g. for maintenance purposes, can be interrupted. If the cooling system comprises a plurality of coolant pumps, it can be achieved by such an adjustability of the guide vanes that one or more of the coolant pumps can be separated from the coolant circuit, e.g. to reduce the flow rate at a reduced coolant requirement of the thermal power plant.
- a coolant pressure and / or the flow rate of the coolant pump is variable to the current coolant demand of the thermal power plant customizable. Further, the adjustability of the guide / rotor blades makes it possible that the efficiency of the coolant pump is not only at given working conditions maximum, but can be maximized under different working conditions. The coolant pump always works like a Kaplan turbine in an optimal efficiency range.
- the coolant coverage may be lower than in the case in which one
- Coolant pump is used whose guide / blades are not adjustable. Further, the coolant pump can be designed as a multi-stage pump with a plurality of successively arranged pairs of running and guide wheels, wherein the pairs of running and guide wheels can be flowed through by the coolant in series. As a result, among other things, a delivery height of the coolant pump can be increased, since each stage of running and guide wheels can supply kinetic energy to the coolant.
- the coolant pump is equipped with a control unit for controlling the flow velocity of the coolant.
- the control unit can i.a. a flow sensor for measuring the flow velocity of the coolant.
- the flow sensor is preferably behind the impeller - with respect to the flow direction of the coolant - arranged.
- control unit may be part of a control system for automatically controlling a blade and / or a vane position.
- the control system may also include control electronics for controlling one or more servomotors, in particular for controlling at least one of the aforementioned servomotors for adjusting / adjusting the blade / vane position.
- the control unit may e.g. be connected via a data line to the control electronics. This makes it possible for the servomotor or the servomotors to be controllable as a function of the flow velocity of the coolant.
- the cooling system comprises a capacitor, which is usefully also part of a working fluid circuit.
- the condenser can be flowed through by the thermal working medium.
- the condenser can be flowed through by the coolant. Coolant flow through the condenser can cause the condenser and / or the thermal working medium flowing through the condenser to be cooled via heat exchange with the coolant.
- the condenser should be prepared to liquefy the thermal fluid.
- the cooling system comprises at least one motor for driving the coolant pump.
- the engine is at least partially disposed above the coolant pump.
- the motor can also be arranged on a, in particular cantilevered, frame. Furthermore, a motor shaft of the motor can be aligned at least approximately axially parallel to the pump shaft. This allows a compact arrangement of engine and coolant pump.
- the engine can be surrounded by a soundproof hood.
- a noise protection hood can be understood to mean a housing for reducing the noise emission of a machine, in particular an engine.
- the soundproof hood expediently has at least one door, which may be closed, e.g. for maintenance - allows access to the engine.
- the soundproof hood can serve for occupational safety and / or have the purpose of keeping environmental pollution low by reducing the noise emission.
- the coolant pump is drivable by means of a belt by the motor.
- the belt may serve to transmit torque between the pump shaft and the motor shaft. Advantages of the belt can be its great Life and / or low maintenance, especially in comparison with a gear transmission to be.
- a first pulley may be attached to the pump shaft.
- a second pulley may be attached to the motor shaft.
- the belt can wrap around the first and / or second pulley in sections. Further, the belt may be tensioned by the first and / or the second pulley.
- a torque transmission ratio in the transmission of the torque between the motor shaft and the pump shaft may be adjustable by a size ratio of the two pulleys. This allows a rotational speed of the engine to be different from a rotational speed of the coolant pump.
- the cooling system may include a cooling tower.
- a cooling tower a plant can be conceived that is prepared to release waste heat from power plant processes to the environment.
- the cooling tower is preferably prepared to extract heat from the coolant, in particular the heat absorbed by the coolant as it flows through the condenser.
- the cooling system may include a flow guide between the cooling tower and the coolant pump.
- a flow guide can be understood to mean an element or a system consisting of a plurality of elements ("flow guidance elements") for guiding / guiding the coolant
- a flow guidance element can be, inter alia, a pipe or a flow-through basin , in particular by a shape and / or an arrangement of the flow-guiding elements, can be predetermined.
- the flow guide is designed such that a coolant flow between the cooling tower and the coolant pump is deflected by the flow guide a maximum of two times. Because each redirection of the coolant flow can lead to friction-induced losses of kinetic
- a flow guide in which the coolant flow is deflected more than two times may increase a vertical extent of the cooling system.
- a change in direction of the coolant flow which occurs during a vertical inflow into a tank and a horizontal outflow from the tank can be regarded as a deflection.
- the cooling system may comprise a flow guide between a coolant source and the coolant pump. Logically, this flow guide is prepared to direct the coolant from the coolant source to the coolant pump.
- the coolant source may be a body of water, e.g. a lake or a river, act.
- the flow guide between the coolant source and the coolant pump is configured such that a coolant flow between the coolant source and the coolant pump is deflected by a maximum of twice through this flow guide.
- the coolant pump has a largely tubular, in particular horizontally aligned pump housing.
- the pump housing can i.a. serve a liquid-tight and / or pressure-tight completion of the coolant pump.
- the pump housing can surround the impeller arranged on the pump shaft, the tail of the coolant pump and / or at least in sections the pump shaft. In particular, that can Tail be firmly connected to the pump housing. Furthermore, the pump housing may be arranged coaxially with the pump shaft. It can thereby be achieved that the coolant pump can be flowed through horizontally by the coolant.
- a cross-sectional area or diameter of the pump housing may be variable over a length of the pump housing.
- the pump housing may have a passage through which e.g. the belt be guided.
- the coolant pump may have an inlet nozzle.
- the inlet nozzle may be a housing part of the pump housing. Conveniently, this housing part forms a coolant inlet end of the pump housing. Alternatively, the inlet nozzle may be a separate component fastened to the coolant inlet end of the pump housing.
- the inlet nozzle preferably has a decreasing in the flow direction of the coolant cross-sectional area. This allows acceleration of the coolant as it enters the pump housing. The acceleration of the coolant as it enters the pump housing may cause inhomogeneities in a spatial velocity distribution of the coolant flow to be minimized.
- the pump shaft is partially surrounded by a sheath which shields parts of the pump shaft against contact with the coolant.
- the cooling system comprises a coolant inlet chamber.
- the coolant inlet chamber may be a collecting space for the coolant, such as a basin.
- the coolant inlet chamber is present the coolant pump, in particular directly in front of the coolant pump, arranged - based on the flow direction of the coolant.
- a uniform and / or swirl-free inflow of the coolant into the coolant pump can be achieved.
- a coolant level in the coolant inlet chamber preferably exceeds a highest point in the interior of the pump housing.
- Turbulences in the coolant as it flows into the coolant pump cause the efficiency of the coolant pump to decrease and / or the coolant pump to be damaged, in particular if the turbulences draw air into the coolant.
- the pump housing is connected at its coolant inlet end with the coolant inlet chamber.
- the pump housing may be directly connected to the coolant inlet chamber.
- the pump housing can also be connected by a pipe with the coolant inlet chamber. It makes sense for the coolant inlet chamber to have a coolant outlet opening for admitting the coolant into the coolant pump.
- the coolant inlet chamber may have a height which is at most 1.5 times greater than a maximum diameter, in particular an inner diameter, of the pump housing. Because of the horizontal alignment of the pump shaft, a low coolant level height may be sufficient to allow a smooth and / or vortex-free flow of the coolant into the coolant pump.
- the coolant pump is set up dry. Under a dry installation of the coolant pump can be understood that the pump housing only from the inside with the Coolant comes into contact.
- An advantage of the dry installation of the coolant pump is the good accessibility to the coolant pump, eg for maintenance work.
- the pump housing is connected at its coolant inlet end to the coolant outlet opening of the coolant inlet chamber such that a space in which the coolant pump is installed is sealed against ingress of coolant.
- the pump housing is connected at its coolant outlet end with a pipe system, in particular the pipe system between the coolant pump and the condenser, that the space in which the coolant pump is placed, sealed against ingress of coolant.
- the cooling system can have at least one propellant rake, in particular if water is used as the coolant and the water is taken from a body of water.
- the propellant rake can be a device which has the task of collecting objects driving in the coolant ("flotsam"), for example to protect plants / machines behind them from damage. especially in the inlet chamber, arranged.
- the propellant rake preferably comprises a multiplicity of metal bars ("rake bars”), in particular arranged in parallel or lattice-like manner
- the cooling system can also comprise a multi-stage propellant rake system with successively arranged propellant rakes.
- the multistage flotation system may include a coarse and a fine rake.
- a distance of the computing bars of the coarse crushing may be 80-100 mm, for example.
- a distance of the computing bars of the fine computing can be eg 10-40 mm.
- the cooling system may include a wire belt machine.
- the sieve belt machine may be a device with a sieve belt (“sieve belt”) composed of a plurality of sieve-like elements, in particular for the purpose of filtering floats It makes sense to arrange the filter belt machine in front of the coolant pump - in relation to the flow direction of the coolant.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a thermal power plant with a cooling system, which comprises a pump structure, 2 shows a schematic cross-sectional view of the pump structure of FIG. 1
- the thermal power plant 2 is a
- Steam power plant i. it uses water (steam) as a working fluid.
- the thermal power station 2 comprises a steam generator 4 (Dampfkes- be), a steam turbine 6, a generator 8, a working fluid pump 10, a first pipe system 12 for guiding the working fluid and a cooling system 14th
- the cooling system 14 comprises a cooling tower 16, a condenser 18, a pump building 20 and a second pipe system 22 for guiding a coolant.
- the pump structure 20 is arranged below the earth's surface.
- a coolant pump for conveying the coolant and a motor for driving the coolant pump arranged.
- the working medium pump 10 conveys the working fluid in a liquid state through the first piping system 12 to the steam generator 4.
- a fossil fuel such as e.g. Natural gas
- the working fluid is transferred from the liquid state to a gaseous state (water vapor).
- the resulting during combustion of the fuel gases pass through an exhaust vent 26 from the steam generator 4.
- the gaseous working fluid flows through the first pipe system 12 to the steam turbine 6.
- the working fluid releases some of its previously absorbed heat as kinetic energy to the steam turbine 6, causing it to rotate.
- the generator 8 Via a turbine shaft 28 of the steam turbine 6, the generator 8 is driven, which converts the kineti- see energy from the rotation of the steam turbine 6 into electrical energy, which is fed via a power line 30 in a not shown in FIG 1 power grid.
- the gaseous working fluid flows through the first pipe system 12 on to the condenser 18, which is prepared for cooling, in particular for liquefying, the working fluid.
- the working fluid is liquefied and gives its waste heat to the circulating in the cooling system 14 coolant.
- the coolant used is liquid water.
- the liquefied working fluid is conveyed by the working fluid pump 10 through the first pipe system 12 again to the steam generator 4.
- the working fluid thus passes through a closed working fluid circuit with periodically occurring thermodynamic changes of state.
- the coolant pump conveys the coolant through the second pipe system 22 to the condenser 18.
- the coolant absorbs the waste heat of the working fluid.
- the coolant is conveyed from the coolant pump through the second pipe system 22 to the cooling tower 16.
- the cooling tower 16 of the cooling system 14 comprises a shell support 32 made of concrete, which is essentially a form of a
- the shell structure 32 With its lower end, the shell structure 32 is placed on supports 33. Under the shell structure 32 and / or under the supports 33, a basin designated as cooling tower cup 34 is arranged.
- the coolant is sprayed into the cooling tower 16.
- Inside the cooling tower 16 finds a heat exchange between the air in the cooling tower 16 and the sprayed coolant instead, whereby the air is heated and rises. Some of the coolant drips directly into the cooling tower cup 34, but partially the coolant is guided upwards by the heated air.
- the scrubber 36 arranged Tropfenabscheidern 38 condenses a majority of the heated air with upwardly guided coolant first and then drips into the cooling tower cup 34th
- the cooling system 14 comprises a first flow guide 40 arranged between the cooling tower 14 and the coolant pump, wherein a part of the first flow guide 40 is a component of the second pipe system 22 and a coolant inlet chamber arranged in the pump structure 20 forms another part of the first flow guide 40. From the cooling tower cup 34, the coolant flows through the first flow guide 40 to the coolant pump in the pump structure 20.
- the cooling system 14 includes a second, between a coolant source 44 and the coolant pump disposed flow guide 42, wherein a part of the second flow guide 42 is a part of the second pipe system 22 and arranged in the pump structure 20 coolant inlet chamber forms another part of the second flow guide 42.
- the coolant source 44 in the present case is the same flow into which the coolant is discharged.
- the pump structure 20 is supplied with additional coolant (water) from the coolant source 44 (the flow) by the second flow guide 42. From the pump structure 20, the coolant is conveyed by the coolant pump again to the condenser 18. The coolant thus passes through a circuit, this cycle is open in contrast to the circuit of the working fluid ("circulation cooling with cooling tower").
- flow directions 46 of the working medium flow directions 48 of the coolant and a flow direction 50 of the flow are shown in FIG.
- the direction of flow 50 of the flow shows upwards only according to the selected perspective, this is not intended to indicate that the river is flowing uphill.
- FIG. 2 shows a schematic, not to scale, cross-sectional view of the pump structure 20 from FIG. 1.
- the previously mentioned coolant pump 52 and the previously mentioned motor 54 for driving the coolant pump 52 are arranged.
- the coolant pump 52 in the present case is a horizontal Kaplan turbine.
- the coolant pump 52 has a pump shaft 56 and the motor has a motor shaft 58. Both the pump shaft 56 and the motor shaft 58 are aligned horizontally. Thus, the motor shaft 58 and the pump shaft 56 are aligned parallel to each other. Furthermore, the coolant pump 52 has a largely tubular pump housing 60.
- the pump shaft 56 is supported by means of two shaft bearings 62, which are connected to the pump housing 60, in the pump housing 60, wherein the pump housing 60, the pump shaft 56 completely surrounds.
- the pump housing 60 surrounds a arranged on the pump shaft 56, non-positively connected to the pump shaft 56 impeller 64 with a ring-shaped arranged spin fine 66.
- the impeller 64 is an axial. That the impeller 64 is prepared to axially convey the coolant 68.
- the rotor blades 66 of the impeller 64 are adjustable, in particular rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft 56.
- a tail unit 70 is arranged in the pump housing 60, which is arranged behind the rotor wheel 64, based on the flow direction of the coolant 68.
- the tail unit 70 comprises annularly arranged guide vanes 72.
- the stator vanes 72 are adjustable, in particular about one substantially axis aligned perpendicular to the pump shaft 56 rotatable, and connected to the pump housing 60.
- Coolant 68 is increased, whereby friction-induced losses of kinetic energy are reduced in a coolant flow.
- the vanes 72 are adjustable such that coolant flow through the coolant pump 52, e.g. for maintenance purposes, can be interrupted.
- the coolant pump 52 includes a first actuator 74 for adjusting a vane position disposed on the pump housing 60.
- the coolant pump 52 comprises a second servo motor 76 for adjusting a running Vane position.
- the second servo motor 76 is disposed in the pump shaft 56, which is hollow from the inside.
- the adjustment of the running blade position by the second servomotor 76 is effected in that the second servomotor 76 drives or linearly displaces an adjusting rod 78 arranged in the pump shaft 56, to which the rotor blades 66 are coupled.
- the adjustability of the vanes 72 and blades 66 allows an efficiency of the coolant pump 52 to be maximized under different operating conditions and to provide the coolant coverage required that is low.
- a control unit 80 for controlling a flow velocity of the coolant 68 is arranged on the pump shaft 56.
- the control unit 80 is arranged behind the tail 70 - based on the flow direction of the coolant 68 - and comprises a flow sensor, not shown in FIG 2 for measuring the flow velocity of the coolant.
- the control unit 80 is part of a control system 82 for automatically controlling the blade and vane position.
- the control system 82 further comprises an electronic control unit 84, which is connected to the control unit 80 via a data line.
- the control electronics 84 is prepared to convert an input signal transmitted by the control unit 80, which is dependent on the measured flow velocity of the coolant 68, into control signals which are output by the control electronics 84 via data lines to the two control motors.
- the two servomotors adjust the rotor blade -
- the coolant pump 52 has an inlet nozzle 86, which is a housing part of the pump housing 60 and has a coolant inlet. tread end of the pump housing 60 forms.
- the inlet nozzle 86 has a decreasing cross-sectional area in the flow direction 48 of the coolant 68 and thus enables an acceleration of the coolant 68 as it enters the pump housing 60.
- the motor 54 for driving the coolant pump 52 is disposed on a frame 88 which is cantilevered.
- the motor 54 is arranged in sections, with the motor shaft 58, above the coolant pump 52.
- the coolant pump 52 can be driven by the motor 54 by means of a belt 90.
- a first pulley 92 is fixed to the motor shaft 58, and a second pulley 94 is attached to the pump shaft 56.
- the belt 90 wraps around both the first pulley 92 and the second pulley 94 in sections and is stretched by the pulleys.
- a torque transmission ratio at a transmission of a torque between the motor shaft 58 and the pump shaft 56 is adjustable by a size ratio of the two pulleys.
- the pump housing 60 has a passage 96 through which the belt 92 is guided.
- a passage 96 through which the belt 92 is guided.
- the pump structure 20 includes the aforementioned coolant inlet chamber 98.
- the coolant inlet chamber 98 has a height 108 that is 1.5 times greater than a largest internal diameter 110 of the pump housing 60.
- the coolant inlet chamber 98 is arranged in front of the coolant pump 52, based on the flow direction 48 of the coolant 68.
- the coolant inlet chamber 98 has a coolant outlet opening 100.
- an installation height / depth of the coolant pump 52 with respect to a coolant level in the coolant inlet chamber 98 is low (low coolant coverage) - compared to an equal size Coolant pump with vertically aligned pump shaft and non-adjustable vanes / blades.
- amaschinegutrechen 102 is arranged in the coolant inlet chamber 98.
- Themaschinegutrechen 102 has horizontally aligned rake bars, which, however, are not visible in the perspective shown.
- the coolant inlet chamber 98 forms a coolant supply 104, through which the coolant 68 flows into the coolant pump 52, in particular into the inlet nozzle 86 of the coolant pump 52.
- the coolant supply 104 is designed such that the coolant 68 flows (axially) into the coolant pump 52 parallel to the pump shaft 56.
- a pipe of the second pipe system 22 forms a coolant outlet 106, through which the coolant 68 flows out of the coolant pump 52.
- the coolant outlet 106 is designed such that the coolant 68 flows out of the coolant pump 52 parallel to the pump shaft 56.
- the coolant pump 52 is sealingly connected to the coolant supply 104 at its coolant inlet end, ie with the inlet nozzle 86, and is connected to its coolant outlet end in a sealed manner to the coolant outlet 106, so that the coolant pump 52 is set up in a dry state.
- the portion of the first flow guide 40 which is a part of the second pipe system 22 and is guided through the pump structure 20, to see sections.
- the part of the second flow guide 42 which is a component of the second pipe system 22 and guided through the pump structure 22, can be seen in sections.
- the coolant inlet chamber 98 forms a common part of both flow guides. An initially horizontal coolant flow is first deflected vertically downwards by the respective flow guide. Through the coolant inlet chamber 98, the coolant flow is then deflected in such a way that the coolant 68 flows horizontally into the coolant pump 52.
- Flotsam from the coolant 68 is filtered.
- the coolant 68 enters axially into the coolant pump 52, flows through the coolant pump 52 axially and exits axially from the coolant pump 52. Subsequently, the coolant 68 flows via the second pipe system 22 to the condenser 18.
- the flow sensor of the control unit 80 measures the flow rate of the coolant 68.
- the control system 82 automatically controls the Blade / vane position as a function of the measured flow velocity.
Landscapes
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Abstract
Description
Beschreibung Wärmekraftwerk Die Erfindung betrifft ein Wärmekraftwerk mit einem Kühlsystem zum Kühlen eines thermischen Arbeitsmittels. Description Thermal Power Plant The invention relates to a thermal power plant with a cooling system for cooling a thermal working medium.
In einem Wärmekraftwerk wird Wärme teilweise in elektrische Energie umgewandelt. Beispiele für Wärmekraftwerke sind u.a. Kohlekraftwerke, Erdgaskraftwerke oder Kernkraftwerke. Bei diesen Typen von Wärmekraftwerken werden fossile Brennstoffe bzw. nukleare Prozesse als Wärmequelle genutzt. Weitere Beispiele für Wärmekraftwerke sind Erdwärmekraftwerke oder Sonnenwärmekraftwerke . In a thermal power plant, heat is partially converted into electrical energy. Examples of thermal power plants are i.a. Coal-fired power plants, natural gas power plants or nuclear power plants. These types of thermal power plants use fossil fuels or nuclear processes as heat sources. Other examples of thermal power plants are geothermal power plants or solar thermal power plants.
Im Allgemeinen funktioniert ein Wärmekraftwerk nach folgendem Prinzip: Zunächst wird einer Wärmequelle Wärme entzogen und die Wärme an ein thermisches Arbeitsmittel, z.B. Wasser/Wasserdampf, überführt. Mittels einer Wärmekraftmaschine, z.B. einer Turbine, wird dann ein Teil der Wärme des thermischen Arbeitsmittels in kinetische Energie umgewandelt, die wiederum mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt wird. Aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten kann im Wärmekraftwerk nur ein begrenzter Teil der dem thermischen Arbeitsmittel zugeführten Wärme in elektrische Energie umwandelt werden. Der restliche Teil verbleibt als Abwärme im thermischen Arbeitsmittel des Wärmekraftwerks. In general, a thermal power plant operates according to the following principle: First, heat is removed from a heat source and the heat is transferred to a thermal working medium, e.g. Water / steam, transferred. By means of a heat engine, e.g. a turbine, then a portion of the heat of the thermal working fluid is converted into kinetic energy, which in turn is converted by a generator into electrical energy. Due to physical laws, only a limited part of the heat supplied to the thermal working fluid can be converted into electrical energy in the thermal power plant. The remaining part remains as waste heat in the thermal working means of the thermal power plant.
Für einen größtmöglichen Wirkungsgrad des Wärmekraftwerks muss eine Temperaturdifferenz zwischen einer minimalen und einer maximalen Temperatur des thermischen Arbeitsmittels möglichst groß sein. Falls das Arbeitsmittel im Wärmekraft- werk einen Kreislauf durchläuft, muss die im thermischen Arbeitsmittel nach dem Durchlaufen der Wärmekraftmaschine verbleibende Abwärme aus dem thermischen Arbeitsmittel abgeführt werden, bevor ihm erneut Wärme aus der Wärmequelle zugeführt wird. Zu diesem Zweck umfasst das Wärmekraftwerk zweckmäßigerweise ein Kühlsystem zum Kühlen seines thermischen Arbeitsmittels, welches darüber hinaus dazu dienen kann, weitere Komponenten des Wärmekraftwerks, wie z.B. einen Generator oder einen Transformator, zu kühlen. For maximum efficiency of the thermal power plant, a temperature difference between a minimum and a maximum temperature of the thermal working fluid must be as large as possible. If the working fluid in the thermal power plant goes through a cycle, the waste heat remaining in the thermal working fluid after passing through the heat engine must be removed from the thermal working fluid before it is again supplied with heat from the heat source becomes. For this purpose, the thermal power plant expediently comprises a cooling system for cooling its thermal working medium, which in addition can serve to cool other components of the thermal power plant, such as a generator or a transformer.
Aus dem Stand der Technik sind bereits folgende Typen von Kühlsystemen für Wärmekraftwerke bekannt: Durchlaufkühlung ohne Kühlturm, Ablaufkühlung mit Kühlturm und Umlaufkühlung mit Kühlturm. Bei allen diesen Kühlsystemtypen wird WasserThe following types of cooling systems for thermal power plants are already known from the prior art: continuous cooling without cooling tower, drain cooling with cooling tower and circulation cooling with cooling tower. All these types of cooling systems will produce water
(Kühlwasser) als Kühlmittel verwendet, welches mittels eines Wärmeaustauschers dem thermischen Arbeitsmittel Wärme entzieht . Unabhängig vom zum Einsatz kommenden Kühlsystemtyp, benötigt das Kühlsystem zumindest eine Kühlwasserpumpe zum Fördern des Kühlwassers vom/zum Wärmetauscher. Zum Antreiben der Kühlwasserpumpe wird in der Regel ein Motor verwendet. Der Motor ist zweckmäßigerweise vertikal über der Kühlwasserpumpe angeordnet - meist in einem zur Aufnahme von Kühlwasserpumpe und Motor vorgesehenen Bauwerk („Pumpenbauwerk") . Um einen Antriebsstrang zwischen dem Motor und der Kühlwasserpumpe kurz zu halten, ist man einerseits bestrebt den Motor und die Kühlwasserpumpe nah beieinander anzuordnen. Andererseits ist zur Vermeidung einer Schwingungsanregung der Kühlwasserpumpe durch den Motor, die zu einer Resonanzkatastrophe an der Kühlwasserpumpe führen könnte, ein Mindestabstand zwischen der Kühlwasserpumpe und dem Motor notwendig. (Cooling water) used as a coolant, which extracts heat by means of a heat exchanger the thermal working fluid. Regardless of the type of cooling system used, the cooling system requires at least one cooling water pump for conveying the cooling water from / to the heat exchanger. To drive the cooling water pump usually a motor is used. The motor is suitably arranged vertically above the cooling water pump - usually in a building intended to accommodate the cooling water pump and motor ("pump structure") .To keep a drive train short between the engine and the cooling water pump, one endeavors close to the engine and the cooling water pump On the other hand, in order to avoid vibration excitation of the cooling water pump by the engine, which could lead to a resonance catastrophe on the cooling water pump, a minimum distance between the cooling water pump and the engine is necessary.
Folglich weist das Pumpenbauwerk bei bisher bekannten Wärmekraftwerken eine große vertikale Ausdehnung auf. Consequently, the pump structure in previously known thermal power plants on a large vertical extent.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wärme- kraftwerk anzugeben, dessen Kühlsystem eine flache Bauform aufweisen kann. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmekraftwerk der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß das Kühlsystem zumindest eine Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels umfasst, deren Pumpenwelle horizontal ausgerichtet ist. It is an object of the present invention to provide a thermal power plant, the cooling system may have a flat design. This object is achieved by a thermal power plant of the type mentioned, in which according to the invention, the cooling system comprises at least one coolant pump for conveying a coolant whose pump shaft is aligned horizontally.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine vertikale Ausdehnung eines Pumpenbauwerks des KühlSystems maßgeblich davon abhängt, wie die Pumpenwelle der Kühlmittelpumpe ausgerichtet ist. Durch eine Kühlmittelpumpe mit einer horizontal ausgerichteten Pumpenwelle kann eine flachere Bauform des Kühlsystems erreicht werden als durch eine Kühlmittelpumpe mit einer vertikal ausgerichteten Pumpenwelle. The invention is based on the consideration that a vertical extent of a pump structure of the cooling system is significantly dependent on how the pump shaft of the coolant pump is aligned. By a coolant pump with a horizontally oriented pump shaft, a flatter design of the cooling system can be achieved than by a coolant pump with a vertically aligned pump shaft.
Die flachere Bauform des Kühlsystems kann u.a. zu einer kos- tengünstigeren Herstellung und/oder einer kürzeren Bauzeit des Kühlsystems führen, da z.B. ein Aufbauen von hohen Gerüstkonstruktionen und/oder tiefe Grabungen für unter der Erdoberfläche angeordnete Bauwerke bzw. Bauwerksabschnitte, insbesondere Fundamente, entfallen können. The flatter design of the cooling system can i.a. lead to a cost-effective production and / or a shorter construction period of the cooling system, since e.g. a construction of high scaffolding constructions and / or deep excavations for subterranean structures or building sections, in particular foundations, can be omitted.
Weiter geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass bei einer vertikalen Ausrichtung der Pumpenwelle evtl. eine größere Förderhöhe der Kühlmittelpumpe erforderlich ist als bei einer horizontalen Ausrichtung der Pumpenwelle. Denn bei ei- ner vertikalen Ausrichtung der Pumpenwelle muss das Kühlmittel - falls es die Kühlmittelpumpe parallel zur Pumpenwelle durchströmt - einen Höhenunterschied überwinden können, der zumindest gleich einer Länge der Kühlmittelpumpe ist. Bei einer horizontalen Ausrichtung der Pumpenwelle hingegen kann der vom Kühlmittel zu überwindende Höhenunterschied geringer sein als die Länge der Kühlmittelpumpe. Folglich kann bei einer Kühlmittelpumpe mit einer horizontal ausgerichteten Pumpenwelle eine Förderleistung der Kühlmittelpumpe niedriger ausgelegt sein als bei einer Kühlmittelpumpe mit vertikal ausgerichteter Pumpenwelle. Furthermore, the invention is based on the recognition that, given a vertical alignment of the pump shaft, possibly a larger delivery height of the coolant pump is required than with a horizontal alignment of the pump shaft. For with a vertical alignment of the pump shaft, if the coolant pump flows parallel to the pump shaft, the coolant must be able to overcome a height difference that is at least equal to a length of the coolant pump. In contrast, with a horizontal alignment of the pump shaft, the difference in height to be overcome by the coolant can be less than the length of the coolant pump. Consequently, in a coolant pump with a horizontally oriented pump shaft, a delivery of the coolant pump may be designed to be lower than in a coolant pump with a vertically aligned pump shaft.
Als Kühlmittelpumpe kann eine Pumpe aufgefasst werden, die zum Fördern eines Kühlmittels vorbereitet ist. Beispiele für Kühlmittelpumpen sind: Rohrgehäusepumpen, Spiralgehäusepumpe, Tauchmotorpumpen. Bei dem Kühlmittel kann es sich um ein gasförmiges und/oder ein flüssiges Medium handeln. Vorzugsweise wird flüssiges Wasser als Kühlmittel verwendet. As a coolant pump, a pump can be understood, which is prepared for conveying a coolant. examples for Coolant pumps are: pipe casing pumps, volute casing pumps, submersible pumps. The coolant may be a gaseous and / or a liquid medium. Preferably, liquid water is used as the coolant.
Das Kühlmittel kann in einem Kreislauf zirkulieren. In dem Kreislauf können Kühlmittelverluste auftreten, z.B. durch Undichtigkeiten in Rohren oder teilweises Verdampfen des Kühlmittels. Um eine Menge des Kühlmittels im Kühlmittel zumin- dest annähernd konstant zu halten, kann dem Kühlmittelkreislauf von außen weiteres Kühlmittel zugeführt werden, z.B. aus einem Gewässer, falls Wasser als Kühlmittel verwendet wird. Alternativ kann das Kühlmittel das Kühlsystem durchlaufen, ohne dabei in einem Kreislauf zu zirkulieren. The coolant can circulate in a circuit. Coolant losses may occur in the circuit, e.g. due to leaks in pipes or partial evaporation of the coolant. In order to keep an amount of the coolant in the coolant at least approximately constant, further coolant can be supplied to the coolant circuit from the outside, e.g. from a body of water if water is used as a coolant. Alternatively, the coolant may pass through the cooling system without circulating.
Das Kühlsystem kann auch mehrere Kühlmittelpumpen umfassen. Die mehreren Kühlmittelpumpen können derart angeordnet sein, dass sie seriell oder parallel vom Kühlmittel durchströmbar sind . The cooling system may also include a plurality of coolant pumps. The plurality of coolant pumps may be arranged such that they can be flowed through by the coolant in series or in parallel.
Unter einer Pumpenwelle kann ein rotierbar gelagertes Maschinenelement der Kühlmittelpumpe verstanden werden, das zum Übertragen eines Drehmoments, insbesondere eines von einem Motor erzeugten Drehmoments, auf weitere Maschinenelemente, wie z.B. ein Laufrad, dient. Die weiteren Maschinenelemente können an der Pumpenwelle angeordnet, insbesondere mit der Pumpenwelle verbunden, sein. In bevorzugter Weise ist die Pumpenwelle im Wesentlichen stab- bzw. zylinderförmig ausgestaltet. Des Weiteren kann die Pumpenwelle u.a. ein- oder zweiseitig gelagert sein. A pump shaft may be understood to mean a rotatably mounted machine element of the coolant pump which is used to transmit a torque, in particular a torque generated by a motor, to other machine elements, such as e.g. an impeller, serves. The other machine elements can be arranged on the pump shaft, in particular connected to the pump shaft. Preferably, the pump shaft is configured substantially rod-shaped or cylindrical. Furthermore, the pump shaft may be u.a. be stored one or two sides.
Das Kühlsystem umfasst sinnvollerweise eine Kühlmittelzuführung. Als Kühlmittelzuführung kann eine Vorrichtung bzw. Anlage aufgefasst werden, welche zum Einleiten des Kühlmittels in die Kühlmittelmittelpumpe vorbereitet ist. Die Kühlmittelzuführung kann insbesondere direkt mit der Kühlmittelpumpe verbunden sein. Bei der Kühlmittelzuführung kann es sich beispielsweise um ein Rohr, ein Rohrsystem und/oder ein Becken handeln. Unter einem Rohrsystem kann ein System aus mehreren miteinander und/oder mit anderen Elementen des Kühlsystems verbunden Rohren zum Führen des Kühlmittels verstanden werden . The cooling system expediently includes a coolant supply. As a coolant supply, a device or system can be understood, which is prepared for introducing the coolant into the coolant pump. The coolant supply can in particular be connected directly to the coolant pump. The coolant supply may be, for example, a pipe, a pipe system and / or a basin act. A pipe system may be understood to mean a system comprising a plurality of pipes connected to one another and / or to other elements of the cooling system for guiding the coolant.
Vorzugsweise ist die Kühlmittelzuführung derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel im Wesentlichen parallel zur Pumpenwelle in die Kühlmittelpumpe einströmt. Darüber hinaus umfasst das Kühlsystem sinnvollerweise eine Kühlmittelabführung. Als Kühlmittelabführung kann eine Vorrichtung bzw. Anlage aufgefasst werden, welche zum Ableiten des Kühlmittels aus der Kühlmittelmittelpumpe vorbereitet ist. Die Kühlmittelabführung kann insbesondere direkt mit der Kühlmittelmittelpumpe verbunden sein. Bei der Kühlmittelabführung kann es sich beispielsweise um ein Rohr, ein Rohrsystem und/oder ein Becken handeln. Preferably, the coolant supply is designed such that the coolant flows into the coolant pump substantially parallel to the pump shaft. In addition, the cooling system expediently includes a coolant removal. As coolant discharge, a device or system can be understood, which is prepared for discharging the coolant from the coolant pump. The coolant discharge can in particular be connected directly to the coolant pump. The coolant discharge can be, for example, a pipe, a pipe system and / or a tank.
Vorzugsweise ist die Kühlmittelabführung derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel im Wesentlichen parallel zur Pumpenwelle aus der Kühlmittelpumpe ausströmt. Preferably, the coolant discharge is configured such that the coolant flows out of the coolant pump substantially parallel to the pump shaft.
Zweckmäßigerweise ist an der Pumpenwelle zumindest ein Laufrad angeordnet. Unter einem Laufrad kann ein rotierbares, insbesondere ein mit der Pumpenwelle rotierbares, Bauteil der Kühlmittelpumpe verstanden werden. Das Laufrad kann dazu ausgebildet sein, dem Kühlmittel, insbesondere durch eine Änderung des Dralls des Kühlmittels, kinetische Energie zuzuführen und/oder zu entziehen. Conveniently, at least one impeller is arranged on the pump shaft. An impeller can be understood to mean a rotatable component of the coolant pump, in particular a component rotatable with the pump shaft. The impeller may be configured to supply and / or remove kinetic energy from the coolant, in particular by changing the swirl of the coolant.
Das Laufrad kann Schaufeln („Laufschaufeln") umfassen, die insbesondere kranzförmig angeordnet sein können. Ferner kann das Laufrad einseitig an der Pumpenwelle gelagert sein. Sinnvollerweise ist das Laufrad kraftschlüssig mit der Pumpenwel- le verbunden. Darüber hinaus kann das Laufrad auch formschlüssig und/oder Stoffschlüssig mit der Pumpenwelle verbunden sein. Eine Stoffschlüssige Verbindung von Laufrad und Pumpenwelle kann einbeziehen, dass das Laufrad und die Pumpenwelle aus einem Stück gegossen sind. The impeller may comprise blades ("blades"), which may in particular be arranged in a ring-shaped manner, and the impeller may be mounted on one side of the pump shaft. or cohesively connected to the pump shaft A cohesive connection of impeller and Pump shaft may involve the impeller and the pump shaft being cast in one piece.
Es ist vorteilhaft, wenn das Laufrad ein Axialrad ist. Als Axialrad kann ein Laufrad aufgefasst werden, welches dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel parallel zur Pumpenwelle (axial) zu fördern. Mit einem als Axialrad ausgestalteten Laufrad kann erreicht werden, dass das Kühlmittel die Kühlmittelpumpe durchströmen kann, ohne dabei umgelenkt zu wer- den. Als Umlenken kann z.B. eine Richtungsänderung einerIt is advantageous if the impeller is an axial wheel. As axial wheel, an impeller can be understood, which is adapted to convey the coolant parallel to the pump shaft (axially). With an impeller configured as an axial wheel, it can be achieved that the coolant can flow through the coolant pump without being deflected. As redirecting, e.g. a change in direction of a
Strömungsrichtung des Kühlmittels um einen Winkel von mindestens 30° aufgefasst werden. Flow direction of the coolant can be considered by an angle of at least 30 °.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Laufrad verstellbare Laufschaufeln aufweist. Die Laufschaufeln können z.B. um eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenwelle ausgerichtete Achse rotierbar sein. Durch die Verstellbarkeit der Laufschaufeln kann erreicht werden, dass ein Winkel zwischen der Strömungsrichtung des Kühlmittels und den Laufschaufeln variabel ein- stellbar ist. Durch die Einstellbarkeit des Winkels zwischen der Strömungsrichtung des Kühlmittels und den Laufschaufeln kann erreicht werden, dass eine Fördermenge/Förderhöhe der Kühlmittelpumpe steuerbar ist und/oder ein Lastmoment der Pumpenwelle, insbesondere durch Änderung einer Strömungsge- schwindigkeit des Kühlmittels, auf einem konstanten Wert haltbar ist. Further, it is advantageous if the impeller has adjustable blades. The blades may e.g. be rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft. Due to the adjustability of the rotor blades, it is possible to achieve an angle between the flow direction of the coolant and the rotor blades that can be variably adjusted. By the adjustability of the angle between the flow direction of the coolant and the blades can be achieved that a flow rate / delivery height of the coolant pump is controllable and / or a load torque of the pump shaft, in particular by changing a flow velocity of the coolant, to a constant value is preserved ,
Vorzugsweise ist eine solche Kühlmittelpumpe mit verstellbaren Laufschaufeln eine liegende Kaplan-Turbine. Preferably, such a coolant pump with adjustable blades is a horizontal Kaplan turbine.
Bei dieser Kühlmittelpumpe bzw. bei der liegenden Kaplan- Turbine kann aufgrund ihrer horizontalen Ausrichtung eine Kühlmittelüberdeckung von Kühlmittelzulauf (Zulaufpegel) zu Einbauhöhe/-tiefe der Kühlmittelpumpe geringer sein als bei einer Kühlmittelpumpe mit vertikal ausgerichteter Pumpenwelle. Große erforderliche Kühlmittelüberdeckungen führen in der Regel zu steigenden Kosten. Anders ausgedrückt, die liegende Kaplan-Turbine benötigt eine geringe Kühlmittelüberdeckung, d.h. die liegende Kaplan- Turbine kann mit geringer Tiefe zum Kühlmittelzulaufpegel verbaut werden. Eine Einbautiefe der liegenden Kaplan- Turbine, definiert über ihre Drehachse der Pumpenwelle, zum Kühlmittelpegel im Kühlmittelzulauf, beispielsweise einem Zulaufbecken, kann so gering sein. In this coolant pump or in the horizontal Kaplan turbine due to their horizontal orientation, a coolant coverage of coolant inlet (inlet level) to installation height / depth of the coolant pump may be lower than in a coolant pump with vertically aligned pump shaft. Large required coolant coverages usually lead to rising costs. In other words, the lying Kaplan turbine requires a low coolant coverage, ie the lying Kaplan turbine can be installed with shallow depth to the coolant supply level. An installation depth of the horizontal Kaplan turbine, defined over its axis of rotation of the pump shaft, to the coolant level in the coolant inlet, for example a feed basin, can be so low.
Die Pumpenwelle der Kühlmittelpumpe kann innen hohl sein. In der Pumpenwelle kann eine verschiebbar, insbesondere axial verschiebbar, gelagerte Verstellstange angeordnet sein, welche vorzugsweise dazu vorbereitet ist, die Laufschaufeln zu verstellen. Die Verstellstange kann durch einen Stellmotor antreibbar sein, welcher in der Pumpenwelle angeordnet sein kann. The pump shaft of the coolant pump may be hollow inside. In the pump shaft, a displaceable, in particular axially displaceable, mounted adjusting rod can be arranged, which is preferably prepared to adjust the blades. The adjusting rod can be driven by a servo motor, which can be arranged in the pump shaft.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Kühlmittelpumpe ein Leitwerk auf. Als Leitwerk kann die Gesamtheit der Bauteile der Kühlmittelpumpe aufgefasst werden, welche den Drall des Kühlmittels vor und/oder hinter dem Laufrad - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels - verändern. Zweckmäßigerweise umfasst das Leitwerk mehrere Schaufeln („Leitschaufeln") . Die Leitschaufeln können kranzförmig zu einem sog. Leitrad angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Leitwerk dazu ausgebildet, das Kühlmittel axial zur Pumpenwelle zu leiten. In an advantageous development, the coolant pump has a tail. As a tail, the entirety of the components of the coolant pump can be understood, which change the swirl of the coolant before and / or behind the impeller - based on the flow direction of the coolant. It is expedient for the tail unit to comprise a plurality of blades ("guide vanes") .The guide vanes may be arranged in a ring shape to form a so-called guide wheel Preferably, the tail unit is designed to guide the coolant axially to the pump shaft.
Vor dem Laufrad angeordnete Leitschaufeln können dazu dienen, den Drall des Kühlmittels vor dem Laufrad so einzustellen, dass ein höherer Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe erreichbar ist. Hinter dem Laufrad angeordnete Leitschaufeln des Leitwerks können dazu dienen, den Drall des Kühlmittels zu verringern und gleichzeitig einen statischen Druck des Kühlmittels zu erhöhen, wodurch eine Reduzierung reibungsbedingter Verluste von kinetischer Energie bei einer Kühlmittelströmung ermöglicht wird. Vorteilhafterweise sind die Leitschaufeln des Leitwerks verstellbar - z.B. mittels eines Stellmotors. Dies ermöglicht eine steuerbare Dralländerung durch die Leitschaufeln. Die Leitschaufeln können beispielsweise um eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenwelle ausgerichtete Achse rotierbar sein. In front of the impeller arranged guide vanes can serve to adjust the swirl of the coolant in front of the impeller so that a higher efficiency of the coolant pump can be achieved. Vaned vanes located behind the impeller may serve to reduce the swirl of the coolant while increasing static pressure of the coolant, thereby allowing for reduction of kinetic energy losses associated with coolant flow. Advantageously, the guide vanes of the tail are adjustable - eg by means of a servomotor. This allows a controllable swirl change through the vanes. The guide vanes may, for example, be rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft.
Besonders vorteilhaft ist somit eine liegende Kaplan-Turbine zusätzlich mit verstellbaren Leitschaufeln. Zudem sind die Leitschaufeln des Leitwerks vorzugsweise derart verstellbar, dass eine Kühlmittelströmung durch die Kühlmittelpumpe, z.B. zu Wartungszwecken, unterbrochen werden kann. Falls das Kühlsystem mehrere Kühlmittelpumpen umfasst, kann durch eine solche Verstellbarkeit der Leitschaufeln er- reicht werden, dass eine oder mehrere der Kühlmittelpumpen vom Kühlmittelkreislauf abtrennbar sind, z.B. zur Verringerung der Fördermenge bei einem verringerten Kühlmittelbedarf des Wärmekraftwerks . Durch die Verstellbarkeit der Leit-/Laufschaufeln, wie bei der beispielsweise erwähnten liegenden Kaplan-Turbine mit zusätzlich verstellbaren Leitschaufeln, ist ein Kühlmitteldruck und/oder die Fördermenge der Kühlmittelpumpe variabel auf den aktuellen Kühlmittelbedarf des Wärmekraftwerks anpassbar. Ferner wird durch die Verstellbarkeit der Leit-/Laufschaufeln ermöglicht, dass der Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe nicht nur bei vorgegebenen Arbeitsbedingungen maximal ist, sondern bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen maximierbar ist. Die Kühlmittelpumpe arbeitet so immer wie eine Kaplan-Turbine in einem optimalen Wirkungsgradbereich. Particularly advantageous is thus a horizontal Kaplan turbine in addition with adjustable guide vanes. In addition, the vanes of the empennage are preferably adjustable such that coolant flow through the coolant pump, e.g. for maintenance purposes, can be interrupted. If the cooling system comprises a plurality of coolant pumps, it can be achieved by such an adjustability of the guide vanes that one or more of the coolant pumps can be separated from the coolant circuit, e.g. to reduce the flow rate at a reduced coolant requirement of the thermal power plant. Due to the adjustability of the guide / rotor blades, as in the case of the example lying lying Kaplan turbine with additional adjustable guide vanes, a coolant pressure and / or the flow rate of the coolant pump is variable to the current coolant demand of the thermal power plant customizable. Further, the adjustability of the guide / rotor blades makes it possible that the efficiency of the coolant pump is not only at given working conditions maximum, but can be maximized under different working conditions. The coolant pump always works like a Kaplan turbine in an optimal efficiency range.
Des Weiteren kann durch die Verstellbarkeit der Leit- /Laufschaufeln und der dadurch gegebene Möglichkeit der An- passbarkeit von Kühlmitteldruck und Fördermenge die Kühlmit- telüberdeckung geringer sein als in dem Fall, in dem eineFurthermore, due to the adjustability of the guide vanes and the possibility of adaptability of coolant pressure and delivery rate, the coolant coverage may be lower than in the case in which one
Kühlmittelpumpe zum Einsatz kommt, deren Leit-/Laufschaufeln nicht verstellbar sind. Weiter kann die Kühlmittelpumpe als eine mehrstufige Pumpe mit mehreren hintereinander angeordneten Paaren aus Lauf- und Leiträdern ausgeführt sein, wobei die Paare aus Lauf- und Leiträdern seriell vom Kühlmittel durchströmbar sein können. Dadurch kann u.a. eine Förderhöhe der Kühlmittelpumpe gesteigert werden, da jede Stufe aus Lauf- und Leiträdern dem Kühlmittel kinetische Energie zuführen kann. Coolant pump is used whose guide / blades are not adjustable. Further, the coolant pump can be designed as a multi-stage pump with a plurality of successively arranged pairs of running and guide wheels, wherein the pairs of running and guide wheels can be flowed through by the coolant in series. As a result, among other things, a delivery height of the coolant pump can be increased, since each stage of running and guide wheels can supply kinetic energy to the coolant.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kühlmittelpum- pe mit einer Kontrolleinheit zum Kontrollieren der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ausgestattet. Die Kontrolleinheit kann u.a. einen Durchflusssensor zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels umfassen. Der Durchflusssensor ist vorzugsweise hinter dem Laufrad - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels - angeordnet. In an advantageous embodiment, the coolant pump is equipped with a control unit for controlling the flow velocity of the coolant. The control unit can i.a. a flow sensor for measuring the flow velocity of the coolant. The flow sensor is preferably behind the impeller - with respect to the flow direction of the coolant - arranged.
Ferner kann die Kontrolleinheit Bestandteil eines Steuersystems zum automatischen Steuern einer Laufschaufei - und/oder einer Leitschaufelstellung sein. Das Steuersystem kann außer- dem eine Steuerelektronik zum Ansteuern von einem oder mehreren Stellmotoren, insbesondere zum Ansteuern zumindest eines der zuvor erwähnten Stellmotoren zum Ein-/Verstellen der Laufschaufel-/der Leitschaufelstellung, umfassen. Die Kontrolleinheit kann z.B. über eine Datenleitung mit der Steuer- elektronik verbunden sein. Dies ermöglicht, dass der Stellmotor bzw. die Stellmotoren in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ansteuerbar sind. Further, the control unit may be part of a control system for automatically controlling a blade and / or a vane position. The control system may also include control electronics for controlling one or more servomotors, in particular for controlling at least one of the aforementioned servomotors for adjusting / adjusting the blade / vane position. The control unit may e.g. be connected via a data line to the control electronics. This makes it possible for the servomotor or the servomotors to be controllable as a function of the flow velocity of the coolant.
In bevorzugter Weise umfasst das Kühlsystem einen Kondensa- tor, welcher sinnvollerweise auch Bestandteil eines Arbeitsmittelkreislaufs ist. Zweckmäßigerweise ist der Kondensator vom thermischen Arbeitsmittel durchströmbar. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Kondensator vom Kühlmittel durchströmbar ist. Eine Kühlmittelströmung durch den Kondensator kann be- wirken, dass der Kondensator und/oder das den Kondensator durchströmende thermische Arbeitsmittel über einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel gekühlt werden. Insbesondere kann der Kondensator dazu vorbereitet sein, das thermische Arbeitsmittel zu verflüssigen. Preferably, the cooling system comprises a capacitor, which is usefully also part of a working fluid circuit. Advantageously, the condenser can be flowed through by the thermal working medium. Furthermore, it is expedient if the condenser can be flowed through by the coolant. Coolant flow through the condenser can cause the condenser and / or the thermal working medium flowing through the condenser to be cooled via heat exchange with the coolant. In particular, can the condenser should be prepared to liquefy the thermal fluid.
Sinnvollerweise ist der Kondensator über ein Rohrsystem mit der Kühlmittelpumpe verbunden. Umfasst das Kühlsystem mehrere Kühlmittelpumpen, so kann der Kondensator über das Rohrsystem mit einer, mit mehreren oder mit allen dieser Kühlmittelpumpen verbunden sein. Das thermische Arbeitsmittel kann nach seiner Abkühlung/Verflüssigung erneut der Wärmequelle zugeführt werden. Der Kondensator ermöglicht also einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf . Zweckmäßigerweise umfasst das Kühlsystem zumindest einen Motor zum Antreiben der Kühlmittelpumpe. Vorzugsweise ist der Motor zumindest abschnittweise über der Kühlmittelpumpe angeordnet. Der Motor kann ferner auf einem, insbesondere einseitig gelagerten, Rahmen angeordnet sein. Weiter kann eine Mo- torwelle des Motors zumindest annähernd achsparallel zur Pumpenwelle ausgerichtet sein. Dadurch wird eine kompakte Anordnung von Motor und Kühlmittelpumpe ermöglicht. It makes sense to connect the condenser to the coolant pump via a pipe system. If the cooling system comprises several coolant pumps, the condenser can be connected via the pipe system to one, to several or all of these coolant pumps. The thermal working fluid can be supplied after its cooling / liquefaction again the heat source. The capacitor thus allows a closed working fluid circuit. Conveniently, the cooling system comprises at least one motor for driving the coolant pump. Preferably, the engine is at least partially disposed above the coolant pump. The motor can also be arranged on a, in particular cantilevered, frame. Furthermore, a motor shaft of the motor can be aligned at least approximately axially parallel to the pump shaft. This allows a compact arrangement of engine and coolant pump.
Der Motor kann von einer Schallschutzhaube umgeben sein. Un- ter einer Schallschutzhaube kann ein Gehäuse zur Reduzierung einer Lärmemission einer Maschine, insbesondere eines Motors, verstanden werden. Die Schallschutzhaube weist zweckmäßigerweise zumindest eine Tür auf, die - z.B. für Wartungsarbeiten - einen Zugang zum Motor ermöglicht. Die Schallschutzhaube kann einem Arbeitsschutz dienen und/oder den Zweck haben, durch die Reduzierung der Lärmemission eine Umweltbelastung gering zu halten. The engine can be surrounded by a soundproof hood. A noise protection hood can be understood to mean a housing for reducing the noise emission of a machine, in particular an engine. The soundproof hood expediently has at least one door, which may be closed, e.g. for maintenance - allows access to the engine. The soundproof hood can serve for occupational safety and / or have the purpose of keeping environmental pollution low by reducing the noise emission.
In bevorzugter Weise ist die Kühlmittelpumpe mittels eines Riemens durch den Motor antreibbar. Der Riemen kann dazu dienen, ein Drehmoment zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle zu übertragen. Vorteile des Riemens können seine große Lebensdauer und/oder ein geringer Wartungsaufwand, insbesondere im Vergleich mit einem Zahnradgetriebe, sein. Preferably, the coolant pump is drivable by means of a belt by the motor. The belt may serve to transmit torque between the pump shaft and the motor shaft. Advantages of the belt can be its great Life and / or low maintenance, especially in comparison with a gear transmission to be.
An der Pumpenwelle kann eine erste Riemenscheibe befestigt sein. An der Motorwelle kann eine zweite Riemenscheibe befestigt sein. Der Riemen kann die erste und/oder zweite Riemenscheibe abschnittsweise umschlingen. Ferner kann der Riemen durch die erste und/oder die zweite Riemenscheibe gespannt sein . A first pulley may be attached to the pump shaft. A second pulley may be attached to the motor shaft. The belt can wrap around the first and / or second pulley in sections. Further, the belt may be tensioned by the first and / or the second pulley.
Ein Drehmoment-Übersetzungsverhältnis bei der Übertragung des Drehmoments zwischen der Motorwelle und der Pumpenwelle kann durch ein Größenverhältnis der beiden Riemenscheiben einstellbar sein. Dies ermöglicht, dass eine Drehzahl des Motors von einer Drehzahl der Kühlmittelpumpe verschieden sein kann. A torque transmission ratio in the transmission of the torque between the motor shaft and the pump shaft may be adjustable by a size ratio of the two pulleys. This allows a rotational speed of the engine to be different from a rotational speed of the coolant pump.
Das Kühlsystem kann einen Kühlturm umfassen. Als Kühlturm kann eine Anlage aufgefasst werden, die dazu vorbereitet ist, Abwärme aus Kraftwerksprozessen an die Umwelt abzugeben. Der Kühlturm ist vorzugsweise dazu vorbereitet, dem Kühlmittel Wärme, insbesondere die beim Durchströmen des Kondensators vom Kühlmittel aufgenommene Wärme, zu entziehen. Im Kühlturm kann ein Wärmeaustausch zwischen dem in den Kühlturm eingeleiteten Kühlmittel und einem anderen Medium, z.B. den Kühl- türm durchströmender Luft, erfolgen. The cooling system may include a cooling tower. As a cooling tower, a plant can be conceived that is prepared to release waste heat from power plant processes to the environment. The cooling tower is preferably prepared to extract heat from the coolant, in particular the heat absorbed by the coolant as it flows through the condenser. In the cooling tower, heat exchange between the coolant introduced into the cooling tower and another medium, e.g. the cooling tower through the air.
Weiter kann das Kühlsystem eine Strömungsführung zwischen dem Kühlturm und der Kühlmittelpumpe umfassen. Unter einer Strömungsführung kann ein Element oder ein System aus mehreren Elementen („Strömungsführungselementen") zum Führen/Leiten des Kühlmittels verstanden werden. Ein Strömungsführungsele- ment kann u.a. ein Rohr oder ein durchströmtes Becken sein. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels kann durch eine Geometrie der Strömungsführung, insbesondere durch eine Form und/oder eine Anordnung der Strömungsführungselemente , vorgebbar sein. Sinnvollerweise ist die Strömungsführung dazu vorbereitet, das Kühlmittel vom Kühlturm zur Kühlmittelpumpe zu leiten. Vorteilhafterweise ist die Strömungsführung derart ausgestaltet, dass eine Kühlmittelströmung zwischen dem Kühlturm und der Kühlmittelpumpe durch die Strömungsführung maximal zweimal umgelenkt wird. Denn jedes Umlenken der Kühlmittelströ- mung kann zu reibungsbedingten Verlusten von kinetischerFurther, the cooling system may include a flow guide between the cooling tower and the coolant pump. A flow guide can be understood to mean an element or a system consisting of a plurality of elements ("flow guidance elements") for guiding / guiding the coolant A flow guidance element can be, inter alia, a pipe or a flow-through basin , in particular by a shape and / or an arrangement of the flow-guiding elements, can be predetermined. Advantageously, the flow guide is designed such that a coolant flow between the cooling tower and the coolant pump is deflected by the flow guide a maximum of two times. Because each redirection of the coolant flow can lead to friction-induced losses of kinetic
Energie des Kühlmittels führen. Zudem kann eine Strömungsführung, bei der die Kühlmittelströmung mehr als zweimal umgelenkt wird, unter Umständen eine vertikale Ausdehnung des KühlSystems vergrößern. Lead energy of the coolant. In addition, a flow guide in which the coolant flow is deflected more than two times, may increase a vertical extent of the cooling system.
Insbesondere kann eine bei einem vertikalen Einströmen in ein Becken und einem horizontalen Ausströmen aus dem Becken auftretende Richtungsänderung der Kühlmittelströmung als ein Umlenken aufgefasst werden. In particular, a change in direction of the coolant flow which occurs during a vertical inflow into a tank and a horizontal outflow from the tank can be regarded as a deflection.
Ferner kann das Kühlsystem eine Strömungsführung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kühlmittelpumpe umfassen. Sinnvollerweise ist diese Strömungsführung dazu vorbereitet, das Kühlmittel von der Kühlmittelquelle zur Kühlmittelpumpe zu leiten. Insbesondere falls Wasser als Kühlmittel verwendet wird, kann es sich bei der Kühlmittelquelle um ein Gewässer, z.B. einen See oder einen Fluss, handeln. Furthermore, the cooling system may comprise a flow guide between a coolant source and the coolant pump. Logically, this flow guide is prepared to direct the coolant from the coolant source to the coolant pump. In particular, if water is used as the coolant, the coolant source may be a body of water, e.g. a lake or a river, act.
Vorteilhafterweise ist die Strömungsführung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kühlmittelpumpe derart ausgestaltet, dass eine Kühlmittelströmung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kühlmittelpumpe durch diese Strömungsführung maximal zweimal umgelenkt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlmittelpumpe ein weitestgehend rohrförmiges , insbesondere horizontal ausgerichtetes Pumpengehäuse auf. Das Pumpengehäuse kann u.a. einem flüssigkeitsdichten und/oder druckfesten Abschluss der Kühlmittelpumpe dienen. Advantageously, the flow guide between the coolant source and the coolant pump is configured such that a coolant flow between the coolant source and the coolant pump is deflected by a maximum of twice through this flow guide. In an advantageous embodiment, the coolant pump has a largely tubular, in particular horizontally aligned pump housing. The pump housing can i.a. serve a liquid-tight and / or pressure-tight completion of the coolant pump.
Das Pumpengehäuse kann das an der der Pumpenwelle angeordnete Laufrad, das Leitwerk der Kühlmittelpumpe und/oder zumindest abschnittweise die Pumpenwelle umgeben. Insbesondere kann das Leitwerk fest mit dem Pumpengehäuse verbunden sein. Des Weiteren kann das Pumpengehäuse koaxial zur Pumpenwelle angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kühlmittel - pumpe horizontal vom Kühlmittel durchströmbar ist. The pump housing can surround the impeller arranged on the pump shaft, the tail of the coolant pump and / or at least in sections the pump shaft. In particular, that can Tail be firmly connected to the pump housing. Furthermore, the pump housing may be arranged coaxially with the pump shaft. It can thereby be achieved that the coolant pump can be flowed through horizontally by the coolant.
Eine Querschnittsfläche bzw. ein Durchmesser des Pumpengehäuses kann über eine Länge des Pumpengehäuses hinweg variabel sein. Das Pumpengehäuse kann eine Durchführung aufweisen, durch welche z.B. der Riemen geführt sein. A cross-sectional area or diameter of the pump housing may be variable over a length of the pump housing. The pump housing may have a passage through which e.g. the belt be guided.
Die Kühlmittelpumpe kann eine Einlaufdüse aufweisen. Die Einlaufdüse kann ein Gehäuseteil des Pumpengehäuses sein. Zweckmäßigerweise bildet dieses Gehäuseteil ein Kühlmitteleintrittsende des Pumpengehäuses. Alternativ kann die Einlaufdü- se ein separates, an dem Kühlmitteleintrittsende des Pumpengehäuses befestigtes Bauteil sein. Die Einlaufdüse weist vorzugsweise eine in Strömungsrichtung des Kühlmittels abnehmende Querschnittsfläche auf. Dies ermöglicht eine Beschleunigung des Kühlmittels bei seinem Eintritt in das Pumpengehäu- se . Die Beschleunigung des Kühlmittels beim Eintritt in das Pumpengehäuse kann bewirken, dass Inhomogenitäten in einer räumlichen Geschwindigkeitsverteilung der Kühlmittelströmung minimiert werden. In bevorzugter Weise ist die Pumpenwelle abschnittsweise von einer Ummantelung umgeben, die Teile der Pumpenwelle gegen einen Kontakt mit dem Kühlmittel abschirmt. Hierdurch wird ermöglicht, dass nur das an der Pumpenwelle angeordnete Laufrad, jedoch nicht ummantelte Abschnitte der Pumpenwelle, mit dem Kühlmittel in Kontakt kommt. Folglich kann für einen verschleißarmen Betrieb der Kühlmittelpumpe unter Umständen eine - im Hinblick auf eine Verunreinigung mit Fremdpartikeln - geringere Kühlmittelqualität ausreichend sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kühlsystem eine Kühlmitteleinlaufkammer . Die Kühlmitteleinlaufkammer kann ein Sammelraum für das Kühlmittel, wie z.B. ein Becken, sein. Zweckmäßigerweise ist die Kühlmitteleinlaufkammer vor der Kühlmittelpumpe, insbesondere unmittelbar vor der Kühlmittelpumpe, angeordnet - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels. Mittels der Kühlmitteleinlaufkammer kann ein gleichmäßiges und/oder wirbelfreies Einströmen des Kühlmittels in die Kühlmittelpumpe erreicht werden. Für ein gleichmäßiges und/oder wirbelfreies Einströmen des Kühlmittels in die Kühlmittelpumpe übersteigt ein Kühlmittelpegel in der Kühlmitteleinlauf- kammer vorzugsweise einen höchsten Punkt im Innenraum des Pumpengehäuses . The coolant pump may have an inlet nozzle. The inlet nozzle may be a housing part of the pump housing. Conveniently, this housing part forms a coolant inlet end of the pump housing. Alternatively, the inlet nozzle may be a separate component fastened to the coolant inlet end of the pump housing. The inlet nozzle preferably has a decreasing in the flow direction of the coolant cross-sectional area. This allows acceleration of the coolant as it enters the pump housing. The acceleration of the coolant as it enters the pump housing may cause inhomogeneities in a spatial velocity distribution of the coolant flow to be minimized. Preferably, the pump shaft is partially surrounded by a sheath which shields parts of the pump shaft against contact with the coolant. This makes it possible that only the arranged on the pump shaft impeller, but not sheathed portions of the pump shaft, comes into contact with the coolant. Consequently, for a low-wear operation of the coolant pump under certain circumstances a - in view of contamination with foreign particles - lower coolant quality may be sufficient. According to a preferred embodiment, the cooling system comprises a coolant inlet chamber. The coolant inlet chamber may be a collecting space for the coolant, such as a basin. Conveniently, the coolant inlet chamber is present the coolant pump, in particular directly in front of the coolant pump, arranged - based on the flow direction of the coolant. By means of the coolant inlet chamber, a uniform and / or swirl-free inflow of the coolant into the coolant pump can be achieved. For a uniform and / or swirl-free inflow of the coolant into the coolant pump, a coolant level in the coolant inlet chamber preferably exceeds a highest point in the interior of the pump housing.
Verwirbelungen im Kühlmittel bei dessen Einströmen in die Kühlmittelpumpe führen dazu, dass der Wirkungsgrad der Kühl- mittelpumpe abnehmen und/oder die Kühlmittelpumpe beschädigt werden kann, insbesondere falls die Verwirbelungen Luft ins Kühlmittel ziehen. Turbulences in the coolant as it flows into the coolant pump cause the efficiency of the coolant pump to decrease and / or the coolant pump to be damaged, in particular if the turbulences draw air into the coolant.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Pumpengehäuse an seinem Kühlmitteleintrittsende mit der Kühlmitteleinlaufkammer verbunden ist. Das Pumpengehäuse kann direkt mit der verbunden Kühlmitteleinlaufkammer sein. Das Pumpengehäuse kann aber auch durch ein Rohr mit der Kühlmitteleinlaufkammer verbunden sein. Sinnvollerweise hat die Kühlmitteleinlaufkammer eine Kühlmittelaustrittsöffnung zum Einlassen des Kühlmittels in die Kühlmittelpumpe. Further, it is expedient if the pump housing is connected at its coolant inlet end with the coolant inlet chamber. The pump housing may be directly connected to the coolant inlet chamber. The pump housing can also be connected by a pipe with the coolant inlet chamber. It makes sense for the coolant inlet chamber to have a coolant outlet opening for admitting the coolant into the coolant pump.
Die Kühlmitteleinlaufkammer kann eine Höhe aufweisen, die maximal das 1,5-fache von einem größten Durchmesser, insbeson- dere einem Innendurchmesser, des Pumpengehäuses beträgt. Denn aufgrund der horizontalen Ausrichtung der Pumpenwelle kann eine niedrige Kühlmittelpegelhöhe ausreichend sein, um ein gleichmäßiges und/oder wirbelfreies Einströmen des Kühlmittels in die Kühlmittelpumpe zu ermöglichen. The coolant inlet chamber may have a height which is at most 1.5 times greater than a maximum diameter, in particular an inner diameter, of the pump housing. Because of the horizontal alignment of the pump shaft, a low coolant level height may be sufficient to allow a smooth and / or vortex-free flow of the coolant into the coolant pump.
Vorzugsweise ist die Kühlmittelpumpe trocken aufgestellt. Unter einer Trockenaufstellung der Kühlmittelpumpe kann verstanden werden, dass das Pumpengehäuse nur von innen mit dem Kühlmittel in Berührung kommt. Ein Vorteil der Trockenaufstellung der Kühlmittelpumpe ist die gute Zugänglichkeit zur Kühlmittelpumpe, z.B. für Wartungsarbeiten. Zweckmäßigerweise ist das Pumpengehäuse derart an seinem Kühlmitteleintrittsende mit der Kühlmittelaustrittsöffnung der Kühlmitteleinlaufkammer verbunden, dass ein Raum, in dem die Kühlmittelpumpe aufgestellt ist, gegen ein Eindringen von Kühlmittel abgedichtet ist. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Pumpengehäuse derart an seinem Kühlmittelaustrittsende mit einem Rohrsystem, insbesondere dem Rohrsystem zwischen der Kühlmittelpumpe und dem Kondensator, verbunden ist, dass der Raum, in dem die Kühlmittelpumpe aufgestellt ist, gegen ein Eindringen von Kühlmittel abgedichtet ist. Preferably, the coolant pump is set up dry. Under a dry installation of the coolant pump can be understood that the pump housing only from the inside with the Coolant comes into contact. An advantage of the dry installation of the coolant pump is the good accessibility to the coolant pump, eg for maintenance work. Conveniently, the pump housing is connected at its coolant inlet end to the coolant outlet opening of the coolant inlet chamber such that a space in which the coolant pump is installed is sealed against ingress of coolant. Further, it is expedient if the pump housing is connected at its coolant outlet end with a pipe system, in particular the pipe system between the coolant pump and the condenser, that the space in which the coolant pump is placed, sealed against ingress of coolant.
Des Weiteren kann das Kühlsystem zumindest einen Treibgutrechen aufweisen, insbesondere falls Wasser als Kühlmittel verwendet wird und das Wasser einem Gewässer entnommen wird. Der Treibgutrechen kann eine Vorrichtung sein, welche die Aufgabe hat, im Kühlmittel treibende Objekte („Treibgut") aufzufangen, z.B. um dahinterliegende Anlagen/Maschinen vor Schäden zu schützen. Sinnvollerweise ist der Treibgutrechen - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels - vor der Kühlmittelpumpe, insbesondere in der Einlaufkammer, angeordnet. Furthermore, the cooling system can have at least one propellant rake, in particular if water is used as the coolant and the water is taken from a body of water. The propellant rake can be a device which has the task of collecting objects driving in the coolant ("flotsam"), for example to protect plants / machines behind them from damage. especially in the inlet chamber, arranged.
Vorzugsweise umfasst der Treibgutrechen eine Vielzahl, insbesondere parallel bzw. gitterartig angeordneter, Metallstäbe („Rechenstäbe") . Außerdem kann das KühlSystem eine The propellant rake preferably comprises a multiplicity of metal bars ("rake bars"), in particular arranged in parallel or lattice-like manner
verfahrbare Reinigungsmaschine zum maschinellen Reinigen der Rechenstäbe aufweisen. movable cleaning machine for machine cleaning of the computing bars have.
Das Kühlsystem kann auch ein mehrstufiges Treibgutrechensys- tem mit hintereinander angeordneten Treibgutrechen umfassen. Das mehrstufige Treibgutrechensystem kann u.a. einen Grobre- chen und einen Feinrechen aufweisen. Ein Abstand der Rechenstäbe des Grobrechens kann z.B. 80-100 mm betragen. Ein Abstand der Rechenstäbe des Feinrechens kann z.B. 10-40 mm betragen . Weiterhin kann das Kühlsystem eine Siebbandmaschine aufweisen. Die Siebbandmaschine kann eine Vorrichtung mit einem aus mehreren siebartigen Elementen zusammengesetzten, insbesonde- re endlosen, Band („Siebband") zum Filtern von Treibgut sein. Das Siebband kann rotierbar gelagert sein. In bevorzugter Weise ist die Siebbandmaschine mit einem Motor zum Antreiben des Siebbands ausgestattet. Sinnvollerweise ist die Siebbandmaschine vor der Kühlmittelpumpe - bezogen auf die Strömungs- richtung des Kühlmittels - angeordnet. The cooling system can also comprise a multi-stage propellant rake system with successively arranged propellant rakes. The multistage flotation system may include a coarse and a fine rake. A distance of the computing bars of the coarse crushing may be 80-100 mm, for example. A distance of the computing bars of the fine computing can be eg 10-40 mm. Furthermore, the cooling system may include a wire belt machine. The sieve belt machine may be a device with a sieve belt ("sieve belt") composed of a plurality of sieve-like elements, in particular for the purpose of filtering floats It makes sense to arrange the filter belt machine in front of the coolant pump - in relation to the flow direction of the coolant.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege- ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Wärmekraftwerk kombinierbar. The description of advantageous embodiments given hitherto contains numerous features, which in the individual subclaims are reproduced in part in several groups. However, these features may conveniently be considered individually and summarized to meaningful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the thermal power plant according to the invention.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbei- spiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale auch explizit isoliert betrachtet und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiment, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. The embodiment is illustrative of the invention and does not limit the invention to the combination of features set forth therein, including functional features. In addition, suitable features may also be considered explicitly isolated and combined with any of the claims.
Es zeigen: FIG 1 eine schematische Darstellung eines Wärmekraftwerks mit einem Kühlsystem, welches ein Pumpenbauwerk um- fasst , FIG 2 eine schematische Querschnittdarstellung des Pumpenbauwerks aus FIG 1. 1 shows a schematic representation of a thermal power plant with a cooling system, which comprises a pump structure, 2 shows a schematic cross-sectional view of the pump structure of FIG. 1
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmekraft- werks 2. Bei dem Wärmekraftwerk 2 handelt es sich um ein1 shows a schematic representation of a thermal power plant 2. The thermal power plant 2 is a
Dampfkraftwerk, d.h. es wird Wasser ( -dampf) als Arbeitsmittel verwendet . Steam power plant, i. it uses water (steam) as a working fluid.
Das Wärmekraftwerk 2 umfasst einen Dampferzeuger 4 (Dampfkes- sei), eine Dampfturbine 6, einen Generator 8, eine Arbeitsmittelpumpe 10, ein erstes Rohrsystem 12 zum Führen des Arbeitsmittels sowie ein Kühlsystem 14. The thermal power station 2 comprises a steam generator 4 (Dampfkes- be), a steam turbine 6, a generator 8, a working fluid pump 10, a first pipe system 12 for guiding the working fluid and a cooling system 14th
Das Kühlsystem 14 umfasst einen Kühlturm 16, einen Kondensa- tor 18, ein Pumpenbauwerk 20 sowie ein zweites Rohrsystem 22 zum Führen eines Kühlmittels. Das Pumpenbauwerk 20 ist unter der Erdoberfläche angeordnet. Im Pumpenbauwerk 20 sind u.a. eine Kühlmittelpumpe zum Fördern des Kühlmittels sowie ein Motor zum Antreiben der Kühlmittelpumpe angeordnet. Diese und weitere im Pumpenbauwerk 20 angeordnete Elemente des Kühlsystems 14 sind der Einfachheit halber in FIG 1 nicht dargestellt. Eine Darstellung der im Pumpenbauwerk 20 angeordneten Elemente des Kühlsystems 14 findet sich in FIG 2, die weiter unten beschrieben wird. The cooling system 14 comprises a cooling tower 16, a condenser 18, a pump building 20 and a second pipe system 22 for guiding a coolant. The pump structure 20 is arranged below the earth's surface. In the pump structure 20 u.a. a coolant pump for conveying the coolant and a motor for driving the coolant pump arranged. These and other arranged in the pump structure 20 elements of the cooling system 14 are not shown in FIG 1 for the sake of simplicity. A representation of the arranged in the pump structure 20 elements of the cooling system 14 can be found in FIG 2, which will be described below.
Die Arbeitsmittelpumpe 10 fördert das Arbeitsmittel in einem flüssigen Zustand durch das erste Rohrsystem 12 zum Dampferzeuger 4. Im Dampferzeuger 4 wird mittels eines Brenners 24 ein fossiler Brennstoff, wie z.B. Erdgas, verbrannt. Dabei entsteht Wärme, die teilweise vom Arbeitsmittel aufgenommen wird. Durch die Aufnahme eines Teils der Wärme wird das Arbeitsmittel aus dem flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand (Wasserdampf) überführt wird. Die beim Verbrennen des Brennstoffs entstehenden Abgase treten durch einen Abgasabzug 26 aus dem Dampferzeuger 4 aus. The working medium pump 10 conveys the working fluid in a liquid state through the first piping system 12 to the steam generator 4. In the steam generator 4, a fossil fuel, such as e.g. Natural gas, burned. This creates heat, which is partially absorbed by the work equipment. By absorbing a portion of the heat, the working fluid is transferred from the liquid state to a gaseous state (water vapor). The resulting during combustion of the fuel gases pass through an exhaust vent 26 from the steam generator 4.
Vom Dampferzeuger 4 strömt das gasförmige Arbeitsmittel durch das erste Rohrsystem 12 zur Dampfturbine 6. Das Arbeitsmittel gibt einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Wärme als kinetische Energie an die Dampfturbine 6 ab, wodurch diese in Rotation versetzt wird. Über eine Turbinenwelle 28 der Dampfturbine 6 wird der Generator 8 angetrieben, welcher die kineti- sehe Energie aus der Rotation der Dampfturbine 6 in elektrische Energie umwandelt, die über eine Stromleitung 30 in ein in FIG 1 nicht dargestelltes Stromnetz eingespeist wird. From the steam generator 4, the gaseous working fluid flows through the first pipe system 12 to the steam turbine 6. The working fluid releases some of its previously absorbed heat as kinetic energy to the steam turbine 6, causing it to rotate. Via a turbine shaft 28 of the steam turbine 6, the generator 8 is driven, which converts the kineti- see energy from the rotation of the steam turbine 6 into electrical energy, which is fed via a power line 30 in a not shown in FIG 1 power grid.
Von der Dampfturbine 6 strömt das gasförmige Arbeitsmittel durch das erste Rohrsystem 12 weiter zum Kondensator 18, welcher zum Kühlen, insbesondere zum Verflüssigen, des Arbeitsmittels vorbereitet ist. Im Kondensator wird das Arbeitsmittel verflüssigt und gibt seine Abwärme an das im Kühlsystem 14 zirkulierende Kühlmittel ab. Als Kühlmittel wird dabei flüssiges Wasser verwendet. From the steam turbine 6, the gaseous working fluid flows through the first pipe system 12 on to the condenser 18, which is prepared for cooling, in particular for liquefying, the working fluid. In the condenser, the working fluid is liquefied and gives its waste heat to the circulating in the cooling system 14 coolant. The coolant used is liquid water.
Das verflüssigte Arbeitsmittel wird von der Arbeitsmittelpumpe 10 durch das erste Rohrsystem 12 erneut zum Dampferzeuger 4 gefördert. Das Arbeitsmittel durchläuft somit einen ge- schlossenen Arbeitsmittelkreislauf mit periodisch auftretenden thermodynamisehen Zustandsänderungen . The liquefied working fluid is conveyed by the working fluid pump 10 through the first pipe system 12 again to the steam generator 4. The working fluid thus passes through a closed working fluid circuit with periodically occurring thermodynamic changes of state.
Die Kühlmittelpumpe fördert das Kühlmittel durch das zweite Rohrsystem 22 zum Kondensator 18. Im Kondensator 18 nimmt das Kühlmittel die Abwärme des Arbeitsmittels auf. Vom Kondensator 18 aus wird das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe durch das zweite Rohrsystem 22 weiter zum Kühlturm 16 gefördert. The coolant pump conveys the coolant through the second pipe system 22 to the condenser 18. In the condenser 18, the coolant absorbs the waste heat of the working fluid. From the condenser 18, the coolant is conveyed from the coolant pump through the second pipe system 22 to the cooling tower 16.
Der Kühlturm 16 des Kühlsystems 14 umfasst ein Schalentrag- werk 32 aus Beton, welches im Wesentlichen eine Form einesThe cooling tower 16 of the cooling system 14 comprises a shell support 32 made of concrete, which is essentially a form of a
Rotationshyperboloids aufweist und an seinem oberen Ende offen ist. Mit seinem unteren Ende ist das Schalentragwerk 32 auf Stützen 33 aufgestellt. Unter dem Schalentragwerk 32 bzw. unter den Stützen 33 ist ein als Kühlturmtasse 34 bezeichne- tes Becken angeordnet. Having rotational hyperboloid and is open at its upper end. With its lower end, the shell structure 32 is placed on supports 33. Under the shell structure 32 and / or under the supports 33, a basin designated as cooling tower cup 34 is arranged.
Durch eine Verrieselungsanlage 36 wird das Kühlmittel in den Kühlturm 16 eingesprüht. Im Inneren des Kühlturms 16 findet ein Wärmeaustausch zwischen der im Kühlturm 16 befindlichen Luft und dem eingesprühten Kühlmittel statt, wodurch die Luft erwärmt wird und nach oben steigt. Teilweise tropft das Kühlmittel direkt in die Kühlturmtasse 34, teilweise wird das Kühlmittel aber von der erwärmten Luft mit nach oben geführt. An oberhalb der Verrieselungsanlage 36 angeordneten Tropfenabscheidern 38 kondensiert ein Großteil des von der erwärmten Luft mit nach oben geführten Kühlmit- tels zunächst und tropft anschließend in die Kühlturmtasse 34. By a Verrieselungsanlage 36, the coolant is sprayed into the cooling tower 16. Inside the cooling tower 16 finds a heat exchange between the air in the cooling tower 16 and the sprayed coolant instead, whereby the air is heated and rises. Some of the coolant drips directly into the cooling tower cup 34, but partially the coolant is guided upwards by the heated air. At above the scrubber 36 arranged Tropfenabscheidern 38 condenses a majority of the heated air with upwardly guided coolant first and then drips into the cooling tower cup 34th
Die erwärmte Luft tritt am oberen Ende des Kühlturms 16 aus dem Kühlturm 16 aus. Durch das Austreten der erwärmten Luft aus dem Kühlturm 16 entsteht eine Sogwirkung, weshalb durchThe heated air exits the cooling tower 16 at the upper end of the cooling tower 16. Due to the escape of the heated air from the cooling tower 16 creates a suction effect, which is why
Abstände zwischen den Stützen 33 frische Luft in den Kühlturm 16 nachströmt. Distances between the supports 33 fresh air flows into the cooling tower 16.
Das Kühlsystem 14 umfasst eine erste, zwischen dem Kühlturm 14 und der Kühlmittelpumpe angeordnete Strömungsführung 40, wobei ein Teil der ersten Strömungsführung 40 ein Bestandteil des zweiten Rohrsystems 22 ist und eine im Pumpenbauwerk 20 angeordnete Kühlmitteleinlaufkammer einen anderen Teil der ersten Strömungsführung 40 bildet. Von der Kühlturmtasse 34 aus strömt das Kühlmittel durch die erste Strömungsführung 40 zur Kühlmittelpumpe im Pumpenbauwerk 20. The cooling system 14 comprises a first flow guide 40 arranged between the cooling tower 14 and the coolant pump, wherein a part of the first flow guide 40 is a component of the second pipe system 22 and a coolant inlet chamber arranged in the pump structure 20 forms another part of the first flow guide 40. From the cooling tower cup 34, the coolant flows through the first flow guide 40 to the coolant pump in the pump structure 20.
Um eine Zunahme eines Salzgehalts im Kühlmittel, die aus einer Verdunstung eines Teils des Kühlmittels im Kühlturm 16 resultiert und zu Ablagerungen im Kühlsystem 14 führen kann, zu reduzieren, wird ein Teil des verbliebenen Kühlmittels über das zweite Rohrsystem 22 in einen Fluss abgeleitet. In order to reduce an increase in salinity in the coolant resulting from evaporation of a portion of the coolant in the cooling tower 16 and resulting in deposits in the cooling system 14, a portion of the remaining coolant is diverted into a flow via the second pipe system 22.
Des Weiteren umfasst das Kühlsystem 14 eine zweite, zwischen einer Kühlmittelquelle 44 und der Kühlmittelpumpe angeordnete Strömungsführung 42, wobei ein Teil der zweiten Strömungsführung 42 ein Bestandteil des zweiten Rohrsystems 22 ist und die im Pumpenbauwerk 20 angeordnete Kühlmitteleinlaufkammer einen anderen Teil der zweiten Strömungsführung 42 bildet. Die Kühlmittelquelle 44 ist im vorliegenden Fall derselbe Fluss, in den das Kühlmittel abgeleitet wird. Um einen Kühl- mittelverlust , der aus der Verdunstung von Kühlmittel und dem Ableiten von Kühlmittel in den Fluss resultiert, zu kompensieren, wird dem Pumpenbauwerk 20 durch die zweite Strömungsführung 42 aus der Kühlmittelquelle 44 (dem Fluss) weiteres Kühlmittel (Wasser) zugeleitet. Vom Pumpenbauwerk 20 aus wird das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe erneut zum Kondensator 18 gefördert. Das Kühlmittel durchläuft also einen Kreislauf, wobei dieser Kreislauf im Gegensatz zum Kreislauf des Arbeitsmittels offen ist („Umlaufkühlung mit Kühltürm") . Furthermore, the cooling system 14 includes a second, between a coolant source 44 and the coolant pump disposed flow guide 42, wherein a part of the second flow guide 42 is a part of the second pipe system 22 and arranged in the pump structure 20 coolant inlet chamber forms another part of the second flow guide 42. The coolant source 44 in the present case is the same flow into which the coolant is discharged. In order to compensate for a loss of coolant resulting from the evaporation of coolant and the discharge of coolant into the flow, the pump structure 20 is supplied with additional coolant (water) from the coolant source 44 (the flow) by the second flow guide 42. From the pump structure 20, the coolant is conveyed by the coolant pump again to the condenser 18. The coolant thus passes through a circuit, this cycle is open in contrast to the circuit of the working fluid ("circulation cooling with cooling tower").
Zwecks einer besseren Nachvollziehbarkeit von FIG 1, sind in FIG 1 an einigen Stellen exemplarisch Strömungsrichtungen 46 des Arbeitsmittels, Strömungsrichtungen 48 des Kühlmittels sowie eine Strömungsrichtung 50 des Flusses eingezeichnet. Die Strömungsrichtung 50 des Flusses zeigt lediglich aufgrund der gewählten Perspektive zeichnungsgemäß nach oben, dies soll nicht andeuten, der Fluss fließe bergauf. For a better traceability of FIG. 1, flow directions 46 of the working medium, flow directions 48 of the coolant and a flow direction 50 of the flow are shown in FIG. The direction of flow 50 of the flow shows upwards only according to the selected perspective, this is not intended to indicate that the river is flowing uphill.
FIG 2 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Quer- Schnittdarstellung des Pumpenbauwerks 20 aus FIG 1. 2 shows a schematic, not to scale, cross-sectional view of the pump structure 20 from FIG. 1.
Im Pumpenbauwerk 20 sind die zuvor angesprochene Kühlmittel - pumpe 52 sowie der zuvor angesprochene Motor 54 zum Antreiben der Kühlmittelpumpe 52 angeordnet. Bei der Kühlmittelpumpe 52 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine liegende Kaplan- Turbine . In the pump construction 20, the previously mentioned coolant pump 52 and the previously mentioned motor 54 for driving the coolant pump 52 are arranged. The coolant pump 52 in the present case is a horizontal Kaplan turbine.
Die Kühlmittelpumpe 52 weist eine Pumpenwelle 56 auf und der Motor weist eine Motorwelle 58 auf. Sowohl die Pumpenwelle 56 als auch die Motorwelle 58 sind horizontal ausgerichtet. Somit sind die Motorwelle 58 und die Pumpenwelle 56 achsparallel zueinander ausgerichtet . Ferner weist die Kühlmittelpumpe 52 ein weitestgehend rohr- förmiges Pumpengehäuse 60 auf. Die Pumpenwelle 56 ist mittels zweier Wellenlager 62, die mit dem Pumpengehäuse 60 verbunden sind, im Pumpengehäuse 60 gelagert, wobei das Pumpengehäuse 60 die Pumpenwelle 56 vollständig umgibt. The coolant pump 52 has a pump shaft 56 and the motor has a motor shaft 58. Both the pump shaft 56 and the motor shaft 58 are aligned horizontally. Thus, the motor shaft 58 and the pump shaft 56 are aligned parallel to each other. Furthermore, the coolant pump 52 has a largely tubular pump housing 60. The pump shaft 56 is supported by means of two shaft bearings 62, which are connected to the pump housing 60, in the pump housing 60, wherein the pump housing 60, the pump shaft 56 completely surrounds.
Außerdem umgibt das Pumpengehäuse 60 ein an der Pumpenwelle 56 angeordnetes, kraftschlüssig mit der Pumpenwelle 56 verbundenes Laufrad 64 mit kranzförmig angeordneten Laufschau- fein 66. Das Laufrad 64 ist ein Axialrad. D.h. das Laufrad 64 ist dazu vorbereitet, das Kühlmittel 68 axial zu fördern. Die Laufschaufeln 66 des Laufrads 64 sind verstellbar, insbesondere um eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenwelle 56 ausgerichtete Achse rotierbar. In addition, the pump housing 60 surrounds a arranged on the pump shaft 56, non-positively connected to the pump shaft 56 impeller 64 with a ring-shaped arranged spin fine 66. The impeller 64 is an axial. That the impeller 64 is prepared to axially convey the coolant 68. The rotor blades 66 of the impeller 64 are adjustable, in particular rotatable about an axis oriented substantially perpendicular to the pump shaft 56.
Im Pumpengehäuse 60 ist außerdem ein Leitwerk 70 angeordnet, welches hinter dem Laufrad 64 angeordnet ist - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels 68. Das Leitwerk 70 um- fasst kranzförmig angeordnete Leitschaufeln 72. Die Leit- schaufeln 72 sind verstellbar, insbesondere um eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenwelle 56 ausgerichtete Achse rotierbar, und mit dem Pumpengehäuse 60 verbunden. In addition, a tail unit 70 is arranged in the pump housing 60, which is arranged behind the rotor wheel 64, based on the flow direction of the coolant 68. The tail unit 70 comprises annularly arranged guide vanes 72. The stator vanes 72 are adjustable, in particular about one substantially axis aligned perpendicular to the pump shaft 56 rotatable, and connected to the pump housing 60.
Mittels des Leitwerks 70 wird der Drall des Kühlmittels 68 reduziert, während gleichzeitig ein statischer Druck desBy means of the tail 70, the swirl of the coolant 68 is reduced, while a static pressure of the
Kühlmittels 68 erhöht wird, wodurch reibungsbedingte Verluste von kinetischer Energie bei einer Kühlmittelströmung verringert werden. Die Leitschaufeln 72 sind derart verstellbar, dass eine Kühlmittelströmung durch die Kühlmittelpumpe 52, z.B. zu Wartungszwecken, unterbrochen werden kann. Coolant 68 is increased, whereby friction-induced losses of kinetic energy are reduced in a coolant flow. The vanes 72 are adjustable such that coolant flow through the coolant pump 52, e.g. for maintenance purposes, can be interrupted.
Die Kühlmittelpumpe 52 umfasst einen ersten Stellmotor 74 zum Verstellen einer Leitschaufelstellung, der auf dem Pumpengehäuse 60 angeordnet ist. Außerdem umfasst die Kühlmittelpumpe 52 einen zweiten Stellmotor 76 zum Verstellen einer Lauf- Schaufelstellung. Der zweite Stellmotor 76 ist in der Pumpenwelle 56 angeordnet, die von innen hohl ist. The coolant pump 52 includes a first actuator 74 for adjusting a vane position disposed on the pump housing 60. In addition, the coolant pump 52 comprises a second servo motor 76 for adjusting a running Vane position. The second servo motor 76 is disposed in the pump shaft 56, which is hollow from the inside.
Das Verstellen der LaufSchaufelstellung durch den zweiten Stellmotor 76 erfolgt dadurch, dass der zweite Stellmotor 76 eine in der Pumpenwelle 56 angeordnete Verstellstange 78, an welche die Laufschaufeln 66 angekoppelt sind, antreibt bzw. linear verschiebt. Die Verstellbarkeit der Leitschaufeln 72 und Laufschaufeln 66 ermöglicht, dass ein Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe 52 bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen maximierbar ist und die benötige Kühlmittelüberdeckung gering ist. An der Pumpenwelle 56 ist eine Kontrolleinheit 80 zum Kontrollieren einer Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels 68 angeordnet. Die Kontrolleinheit 80 ist hinter dem Leitwerk 70 angeordnet - bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels 68 - und umfasst einen in FIG 2 nicht dargestellten Durchflusssensor zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels . The adjustment of the running blade position by the second servomotor 76 is effected in that the second servomotor 76 drives or linearly displaces an adjusting rod 78 arranged in the pump shaft 56, to which the rotor blades 66 are coupled. The adjustability of the vanes 72 and blades 66 allows an efficiency of the coolant pump 52 to be maximized under different operating conditions and to provide the coolant coverage required that is low. On the pump shaft 56, a control unit 80 for controlling a flow velocity of the coolant 68 is arranged. The control unit 80 is arranged behind the tail 70 - based on the flow direction of the coolant 68 - and comprises a flow sensor, not shown in FIG 2 for measuring the flow velocity of the coolant.
Die Kontrolleinheit 80 ist Teil eines Steuersystems 82 zum automatischen Steuern der Laufschaufei - und Leitschaufelstel - lung. Das Steuersystem 82 umfasst des Weiteren eine Steuerelektronik 84, die über eine Datenleitung mit der Kontrolleinheit 80 verbunden ist. Die Steuerelektronik 84 ist dazu vorbereitet, ein von der Kontrolleinheit 80 übermitteltes Eingangssignal, das von der gemessenen Strömungsgeschwindig- keit des Kühlmittels 68 abhängig ist, in Steuersignale umzuwandeln, die von der Steuerelektronik 84 über Datenleitungen an die beiden Stellmotoren ausgegeben werden. Der beiden Stellmotoren verstellen die Laufschaufei -The control unit 80 is part of a control system 82 for automatically controlling the blade and vane position. The control system 82 further comprises an electronic control unit 84, which is connected to the control unit 80 via a data line. The control electronics 84 is prepared to convert an input signal transmitted by the control unit 80, which is dependent on the measured flow velocity of the coolant 68, into control signals which are output by the control electronics 84 via data lines to the two control motors. The two servomotors adjust the rotor blade -
/Leitschaufelstellung in Abhängigkeit von den an die Stellmo- toren übermittelten Steuersignalen. / Leitschaufelstellung depending on the transmitted to the Stellmo- tors control signals.
Die Kühlmittelpumpe 52 weist eine Einlaufdüse 86 auf, die ein Gehäuseteil des Pumpengehäuses 60 ist und ein Kühlmittelein- trittsende des Pumpengehäuses 60 bildet. Die Einlaufdüse 86 weist in Strömungsrichtung 48 des Kühlmittels 68 eine abnehmende Querschnittsfläche auf und ermöglicht damit eine Beschleunigung des Kühlmittels 68 bei seinem Eintritt in das Pumpengehäuse 60. The coolant pump 52 has an inlet nozzle 86, which is a housing part of the pump housing 60 and has a coolant inlet. tread end of the pump housing 60 forms. The inlet nozzle 86 has a decreasing cross-sectional area in the flow direction 48 of the coolant 68 and thus enables an acceleration of the coolant 68 as it enters the pump housing 60.
Der Motor 54 zum Antreiben der Kühlmittelpumpe 52 ist auf einem Rahmen 88 angeordnet, welcher einseitig gelagert ist. Zudem ist der Motor 54 abschnittsweise, und zwar mit der Motor- welle 58, über der Kühlmittelpumpe 52 angeordnet. The motor 54 for driving the coolant pump 52 is disposed on a frame 88 which is cantilevered. In addition, the motor 54 is arranged in sections, with the motor shaft 58, above the coolant pump 52.
Die Kühlmittelpumpe 52 ist mittels eines Riemens 90 durch den Motor 54 antreibbar. An der Motorwelle 58 ist eine erste Riemenscheibe 92 befestigt und an der Pumpenwelle 56 ist eine zweite Riemenscheibe 94 befestigt. Der Riemen 90 umschlingt sowohl die erste Riemenscheibe 92 als auch die zweite Riemenscheibe 94 jeweils abschnittsweise und ist durch die Riemenscheiben gespannt. Ein Drehmoment-Übersetzungsverhältnis bei einer Übertragung eines Drehmoments zwischen der Motorwelle 58 und der Pumpenwelle 56 ist durch ein Größenverhältnis der beiden Riemenscheiben einstellbar. The coolant pump 52 can be driven by the motor 54 by means of a belt 90. A first pulley 92 is fixed to the motor shaft 58, and a second pulley 94 is attached to the pump shaft 56. The belt 90 wraps around both the first pulley 92 and the second pulley 94 in sections and is stretched by the pulleys. A torque transmission ratio at a transmission of a torque between the motor shaft 58 and the pump shaft 56 is adjustable by a size ratio of the two pulleys.
Das Pumpengehäuse 60 weist eine Durchführung 96 auf, durch die der Riemen 92 geführt ist. Durch die Durchführung 96 sind auch eine Datenleitung, welche die Steuerelektronik 84 mit dem ersten Stellmotor 74 verbindet, sowie eine Stromversorgungsleitung für die Steuerelektronik 84 und den zweiten Stellmotor 76 geführt, wobei diese Datenleitung und die The pump housing 60 has a passage 96 through which the belt 92 is guided. Through the implementation 96 and a data line which connects the control electronics 84 to the first servo motor 74, and a power supply line for the control electronics 84 and the second servo motor 76 are guided, said data line and the
Stromversorgungsleitung der Übersichtlichkeit halber in FIG 2 nicht dargestellt sind. Power supply line for the sake of clarity in Figure 2 are not shown.
Weiterhin umfasst das Pumpenbauwerk 20 die zuvor erwähnte Kühlmitteleinlaufkammer 98. Die Kühlmitteleinlaufkammer 98 weist eine Höhe 108 auf, die das 1,5-fache von einem größten Innendurchmesser 110 des Pumpengehäuses 60 beträgt. Die Kühlmitteleinlaufkammer 98 ist vor der Kühlmittelpumpe 52 angeordnet - bezogen auf die Strömungsrichtung 48 des Kühlmittels 68. Zum Einlassen des Kühlmittels 68 in die Kühlmittelpumpe 52 weist die Kühlmitteleintrittskammer 98 eine Kühlmittelaustrittsöffnung 100 auf. Furthermore, the pump structure 20 includes the aforementioned coolant inlet chamber 98. The coolant inlet chamber 98 has a height 108 that is 1.5 times greater than a largest internal diameter 110 of the pump housing 60. The coolant inlet chamber 98 is arranged in front of the coolant pump 52, based on the flow direction 48 of the coolant 68. For introducing the coolant 68 into the coolant pump 52, the coolant inlet chamber 98 has a coolant outlet opening 100.
Durch die horizontale Ausrichtung der Pumpenwelle 56 sowie durch die Verstellbarkeit der Leitschaufeln 72 und der Laufschaufeln 66 wird erreicht, dass eine Einbauhöhe/-tiefe der Kühlmittelpumpe 52 bezogen auf einen Kühlmittelpegel in der Kühlmitteleinlaufkammer 98 gering ist (geringe Kühlmittelüberdeckung) - verglichen mit einer gleich großen Kühlmittel - pumpe mit vertikal ausgerichteter Pumpenwelle und nichtverstellbaren Leit-/Laufschaufeln . Due to the horizontal alignment of the pump shaft 56 and the adjustability of the vanes 72 and the blades 66 it is achieved that an installation height / depth of the coolant pump 52 with respect to a coolant level in the coolant inlet chamber 98 is low (low coolant coverage) - compared to an equal size Coolant pump with vertically aligned pump shaft and non-adjustable vanes / blades.
In der Kühlmitteleinlaufkammer 98 ist ein Treibgutrechen 102 angeordnet. Der Treibgutrechen 102 weist horizontal ausge- richtete Rechenstäbe auf, welche in der dargestellter Perspektive jedoch nicht zu erkennen sind. In the coolant inlet chamber 98, a Treibgutrechen 102 is arranged. The Treibgutrechen 102 has horizontally aligned rake bars, which, however, are not visible in the perspective shown.
Im vorliegenden Fall bildet die Kühlmitteleinlaufkammer 98 eine Kühlmittelzuführung 104, durch die das Kühlmittel 68 in die Kühlmittelpumpe 52, insbesondere in die Einlaufdüse 86 der Kühlmittelpumpe 52, einströmt. Die Kühlmittelzuführung 104 ist derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel 68 parallel zur Pumpenwelle 56 (axial) in die Kühlmittelpumpe 52 einströmt . In the present case, the coolant inlet chamber 98 forms a coolant supply 104, through which the coolant 68 flows into the coolant pump 52, in particular into the inlet nozzle 86 of the coolant pump 52. The coolant supply 104 is designed such that the coolant 68 flows (axially) into the coolant pump 52 parallel to the pump shaft 56.
Ein Rohr des zweiten Rohrsystems 22 bildet eine Kühlmittelabführung 106, durch die das Kühlmittel 68 aus der Kühlmittelpumpe 52 ausströmt. Die Kühlmittelabführung 106 ist derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel 68 parallel zur Pumpenwelle 56 aus der Kühlmittelpumpe 52 ausströmt. A pipe of the second pipe system 22 forms a coolant outlet 106, through which the coolant 68 flows out of the coolant pump 52. The coolant outlet 106 is designed such that the coolant 68 flows out of the coolant pump 52 parallel to the pump shaft 56.
Die Kühlmittelpumpe 52 ist an ihrem Kühlmitteleintrittsende, d.h. mit der Einlaufdüse 86, dichtend mit der Kühlmittelzuführung 104 verbunden und ihrem Kühlmittelaustrittsende dich- tend mit der Kühlmittelabführung 106 verbunden, sodass die Kühlmittelpumpe 52 trocken aufgestellt. In FIG 2 ist der Teil der ersten Strömungsführung 40, welcher ein Bestandteil des zweiten Rohrsystems 22 ist und durch das Pumpenbauwerk 20 geführt ist, abschnittsweise zu sehen. Zudem ist in FIG 2 auch der Teil der zweiten Strömungsführung 42, welcher Bestandteil des zweiten Rohrsystems 22 ist und durch das Pumpenbauwerk geführt 22, abschnittsweise zu sehen. Die Kühlmitteleinlaufkammer 98 bildet einen gemeinsamen Teil beider Strömungsführungen. Eine zunächst horizontale Kühlmittelströmung wird durch die jeweilige Strömungsführung zuerst senkrecht nach unten umgelenkt. Durch die Kühlmitteleinlaufkammer 98 wird die Kühlmittelströmung dann derart umgelenkt, dass das Kühlmittel 68 horizontal in die Kühlmittelpumpe 52 einströmt. The coolant pump 52 is sealingly connected to the coolant supply 104 at its coolant inlet end, ie with the inlet nozzle 86, and is connected to its coolant outlet end in a sealed manner to the coolant outlet 106, so that the coolant pump 52 is set up in a dry state. In FIG 2, the portion of the first flow guide 40, which is a part of the second pipe system 22 and is guided through the pump structure 20, to see sections. In addition, in FIG. 2, the part of the second flow guide 42, which is a component of the second pipe system 22 and guided through the pump structure 22, can be seen in sections. The coolant inlet chamber 98 forms a common part of both flow guides. An initially horizontal coolant flow is first deflected vertically downwards by the respective flow guide. Through the coolant inlet chamber 98, the coolant flow is then deflected in such a way that the coolant 68 flows horizontally into the coolant pump 52.
Bevor das Kühlmittel 68 in die Kühlmittelpumpe 52 eintritt, durchströmt es zunächst den Treibgutrechen 102, wodurch Before the coolant 68 enters the coolant pump 52, it first flows through the Treibgutrechen 102, whereby
Treibgut aus dem Kühlmittel 68 gefiltert wird. Das Kühlmittel 68 tritt axial in die Kühlmittelpumpe 52 ein, durchströmt die Kühlmittelpumpe 52 axial und tritt axial aus der Kühlmittelpumpe 52 aus. Anschließend strömt das Kühlmittel 68 über das zweite Rohrsystem 22 zum Kondensator 18. Der Durchflusssensor der Kontrolleinheit 80 misst die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels 68. Um einen Kühlmitteldruck und eine Fördermenge der Kühlmittelpumpe 52 auf einen aktuellen Kühlmittelbedarf des Wärmekraftwerks 2 anzupassen, steuert das Steuersystem 82 automatisch die Laufschaufei - / Leitschaufelstellung in Abhängigkeit von der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit . Flotsam from the coolant 68 is filtered. The coolant 68 enters axially into the coolant pump 52, flows through the coolant pump 52 axially and exits axially from the coolant pump 52. Subsequently, the coolant 68 flows via the second pipe system 22 to the condenser 18. The flow sensor of the control unit 80 measures the flow rate of the coolant 68. In order to adapt a coolant pressure and a flow rate of the coolant pump 52 to a current coolant demand of the thermal power plant 2, the control system 82 automatically controls the Blade / vane position as a function of the measured flow velocity.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugten Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed example, and other variations can be derived therefrom without departing from the scope of the invention.
Claims
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