Die Kraftwerksausrüstung: Dampf- und Gasturbinen, Generatoren Leittechnik

795 Pages·1968·28.856 MB·German

by  Dr.-Ing. E. h. Karl Schröder (auth.)

Große Dampfkraftwerke
Planung, Ausführung und Bau
Kraftwerksbeschreibungen und Ausführungsbeispiele
Lehre vom Kraftwerkshau • Kombinations- und Spezialtechnik
Bauelemente
Herausgegeben von
Karl Sehröder
Dr.-Ing. E. h.
Ehern. Direktor der Kraftwerksabteilung
der Siemens·Schuckertwerke AG, Erlangen
Dritter Band
Die l(raftwerksausrüstung
Teil B
Mit einem Anhang
Beispiele neuzeitlicher Kraftwerke
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1968
Die Kraftwerksausrüstung
Teil B
Dampf- und Gasturbinen, Generatoren
Leittechnik
(Automatisierung, Steuerung, Regelung, Überwachung)
Nebenanlagen, Hilfseinrichtungen, Unterhaltung
Mit einem Anhang
Beispiele neuzeitlicher Kraftwerke
Von
Karl Sehröder
mit Beiträgen von
A. Abolins • H. Eichwald · W. Endler • L. von Enzenherg
K. Ertel • R. Friedrich • P. Haack • H.-G. Reitmann
W.Hochstetter · H.Kießling • R.Neu:ebauer • K.Nimes
A. Schneider • A. StoU • K. Weinlieh · G. Weydanz
Mit 766 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1968
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.Alle Rechte vorbehalten
Ketn Teil dieses Buches dar! ohne sohriftliohe Genehmigung des Springer·V erlages
übersetzt oder in irgendeiner Form vervielfältigt werden
© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1968
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1968
Softcoverreprint of the bardeover Ist edition 1968
Library of Congress Catalog Card Number: 60 -19085
ISBN 978-3-662-24064-9 ISBN 978-3-662-26176-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-26176-7
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Bandelsnamen, Warenbezeichnungen uew. in
diesem Boche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen· und Markenschutz·Gesetzgebung
als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften
Titei·Nr. 1331
Vorwort
Der Dritte Band "Kraftwerksausrüstung" mußte wegen der zu behandelnden Stoff
fülle in zwei Teilbände A und B unterteilt werden. Das gesamte Vorwort im Teil A gilt
sinngemäß auch für den nunmehr vorliegenden Teil B.
Auch im Dritten Band wurde jedem Verfasser die Möglichkeit gegeben, seine Indi
vidualität zu wahren und in seinem eigenen Stil zu schreiben. Ich hoffe, daß durch dieses
Teamwork, wie es sich auch in der Praxis des Kraftwerksbaues immer wieder bewährt,
trotzdem ein in sich geschlossenes Werk entstanden ist.
Den wichtigsten Kraftwerksteilen, Kessel und Turbine, wurde ein ihrer Bedeutung
entsprechender Umfang eingeräumt. Während die Behandlung der mit fossilen Brenn
stoffen betriebenen Dampferzeugeranlage in TeilAdes Dritten Bandes insgesamt 232 Seiten
mit 228 Abbildungen umfaßt, beherrscht die Behandlung des Turbosatzes mit 360 Seiten
und 364 Abbildungen den Teil B noch stärker, weil es sich hier um eine diffizilere und
mehr "in die Tiefe und Breite gehende" Technik handelt. Hierbei wurden der Verbren
nungsturbine insgesamt 56 Seiten eingeräumt, da deren praktische Bedeutung in Strom
und Wärmeerzeugung - allein für sich und in Kombination mit Dampfturbinen - erheb
lich größer geworden ist. Die Einphasengeneratoren für den Einsatz in Bahnkraftwerken
haben während der letzten Jahre insbesondere in Deutschland eine unerwartet große Lei
stungssteigerung erfahren. Es erschien darum erforderlich, auch auf diese Spezialmaschinen
einzugehen.
Während die meisten der heutigen Kraftwerkselemente und -einrichtungen weit
gehend in Konstruktion und Betrieb bewährt bzw. erprobt sind, ist das gesamte Gebiet der
Leittechnik noch einer starken Wandlung und Entwicklung fähig. Der Begriff "Leittechnik"
umfaßt Steuerung, Regelung, Automation und Überwachung von Einzelteilen und Gesamt
anlage; er steht also für das nur schwer ins Deutsche übertragbare Wort "control". Es
war selbstverständlich, daß der heutige Stand dieses großen zukunftssicheren Gebietes
der automatischen Stromerzeugung eingehend geschildert werden mußte, obwohl es klar
ist, daß die Entwicklung hier noch mindestens ein Jahrzehnt weitergehen dürfte.
Neben den den Kreisprozeß tragenden Kraftwerkselementen wird im vorliegenden
Band auch eine Reihe von Fragenkomplexen behandelt, die üblicherweise in Büchern,
Vorträgen und Aufsätzen weniger Beachtung finden, z. B. die verschiedenenNe benanlagen
(Brennstofflagerung und -zuführung, Entaschungsanlagen, Kühlwasseranlagen und me
chanische Wasserreinigung) oder die Maschinenhaushebezeuge, deren ausführlichere Be
handlung besonders erwünscht schien. Allgemeines Interesse dürfte auch der Teil "Hilfs
einrichtungen" mit seinen Abschnitten Chemische Betriebsüberwachung, Feuerlösch
einrichtungen, Drucklufterzeugungsanlagen, Werkstätten und Lager finden. Das Kapitel
über Unterhaltung, Schmiermittel und Reserveteile dürfte gleichfalls eine Lücke schließen.
Die diesen Teilen bei der Planung und im Betrieb zukommende Bedeutung mag den
ihnen zugestandenen Umfang gerechtfertigt erscheinen lassen.
Mehr als 300 Schrifttumshinweise des vorliegenden Bandes ermöglichen eine weitere
Vertiefung des Wissens.
Ich möchte den Mitverfassern und Mitarbeitern bei diesem Band, insbesondere Herrn
Dr.-Ing. WERNER WEINGÄRTNER für die Koordination der einzelnen Beiträge und Herrn
RuDOLF SooTTI für die Koordination der Entwürfe und der Gestaltung der Zeichnungen
sowie dem Springer-Verlag für die allzeit gute und verständnisvolle Zusammenarbeit und
VI Schlußwort zum Ersten bis Dritten Band
die hervorragende Ausstattung danken. Die Herren HELMUT HAMANN und HERBERT
ScHUBERT haben mit ihrer Gruppe wiederum die gesamten klischeereifen Zeichnungen
hergestellt. Ihrer Mühe und Geduld gilt meine Anerkennung und mein besonderer Dank.
Mein Dank gebührt weiterhin allen Firmen, Institutionen und Einzelpersonen, die Rat
schläge, Unterlagen usw. zur Verfügung gestellt haben.
Erlangen, im August 1968
Karl Sehröder
Schlußwort zum Ersten bis Dritten Band
Die Buchreihe "Große Dampfkraftwerke", bestehend aus dem Ersten, Zweiten und
Dritten Band, letzterer mit den Teilen A und B, soll einen umfassenden handbuchartigen
Überblick über den derzeitigen Stand der Kraftwerkstechnik vermitteln. Am Anfang steht
deshalb die Beschreibung von 98 Kraftwerksanlagen im Ersten Band, dem "Kraftwerks
atlas". Im Zweiten Band, "Die Lehre vom Kraftwerksbau", wurden vier weitere, während
des Erscheinans des Zweiten Bandes neu erstellte Kraftwerke einander gegenübergestellt
und mit sechs besonders wichtigen im Ersten Band beschriebenen Anlagen verglichen.
Abschließend enthält der vorliegende Band im Anhang noch die Beschreibung von 15
weiteren Kraftwerken, die den neuesten Stand der Kraftwerkstechnik repräsentieren.
Hierbei konnten noch die Berichte zur VII. Volltagung der Weltkraftkonferenz in Moskau
vom August 1968 ausgewertet werden.
Bei einem Vergleich der vor rund zehn Jahren entstandenen Kraftwerke mit solchen,
die in den letzten zwei bis drei Jahren gebaut wurden bzw. noch im Bau sind, läßt sich
feststellen, daß die Anlagen von 1958 mit denen von 1968 weitgehend gleichwertig sind.
Die thermische Auslegung ist nahezu gleich geblieben. Die seinerzeitigen "Pionieranlagen"
sind zur Regel geworden. So haben sich z.B. Blockgrößen über 300 MW bei einem Frisch
oc
dampfzustand von 180 bzw. 250 ata und Temperaturen von 525 bis 540 weitgehend
eingespielt. Sammelschienenkraftwerke werden kaum noch gebaut, desgleichen nur noch
wenige Anlagen ohne (ein-oder zweifache) Zwischenüberhitzung.
Die dynamische und zum Teil recht stürmische Entwicklung des konventionellen
Dampfkraftwerkes ist damit - so könnte man meinen - abgeklungen und in ruhigere
Bahnen eingelaufen. Aber möglicherweise trügt hier der Schein, denn in der Technik gibt
es keinen langen Stillstand. So können z. B. neue, preiswertere Werkstoffe die Temperatur
grenze verschieben und neue Verfahren z.B. in der Feuerungstechnik eventuell die Gestal
tung der Dampferzeuger und damit wahrscheinlich auch das Bild der Gesamtanlage ver
ändern.
Sieht man von derartigen einschneidenden Möglichkeiten ab, so ergibt sich auf jeden
Fall eine weiterhin stetige Entwicklung in Richtung auf eine Erhöhung der Betriebs
sicherheit und Verfügbarkeit sowie der Anlagekostenverringerung. Nennenswerte Ver
billigungen könnten sich hier u. a. durch eine konsequente Verfolgung der Monotechnik
ergeben, d. h. durch den Einsatz nur eines Vollastelements je Block, also unter Verzicht
auf Reserven. Weiterhin sollte man auf eine Zwischenlagerung von Brennstoffen und
Betriebsstoffen verzichten bzw. diese auf ein Minimum beschränken. Durch solche Maß
nahmen dürften sich gegenüber der herkömmlichen Bauweise Kostenersparnisse in der
Größenordnung von 10% erzielen lassen. In Anbetracht der zunehmenden Vermaschung
leistungsfähiger Verbundnetze dürfte ein Verzicht auf Reserven dieser Art in der Zukunft
- wenigstens in den Industrieländern - zulässig sein.
Ein Wort noch zum Kernkraftwerk und seiner sich im Augenblick noch überstürzenden
Entwicklung: Nach der Bewährung von Druckwasser-undSiedewasserreaktoren sowie
gasgekühlten Reaktoren mit Graphitmoderator, die im Zweiten Band beschrieben sind,
bahnt sich nunmehr eine neue Entwicklungsstufe an, die durch den Brutreaktor gekenn-
Schlußwort zum Ersten bis Dritten Band VII
zeichnet wird. Hier geht es darum, das für die Energieerzeugung mit den bisherigen Ver
fahren nicht ausnutzbare Uranisotop 238 (sowie Thorium 232) in spaltbares Plutonium 239
(bzw. Uran 233) zu überführen, um so der Menschheit auch diese bedeutsamsten Energie
vorräte der Erde zu erschließen und die Stromerzeugung noch weiter zu verbilligen. Der
Gedanke, einen Teil C des Dritten Bandes mit dem Titel "Kernreaktoren und ihre HUfs
anlagen" herauszubringen, dürfte allerdings z.Z. noch verfrüht sein, da die Entwicklung,
die recht heterogen begann, noch in vollem Gange ist und erst langsam eine natürliche
Auslese technischer Entwicklungslinien erkennen läßt. Ich möchte jedoch hoffen, daß die
Ausführungen in den bisherigen Bänden auch in dieser Hinsicht einiges Rüstzeug ver
mitteln.
Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die im Zweiten Band behandelte "Lehre vom
Kraftwerksbau" noch einer Ausweitung bedarf: Die "Philosophie" der zukünftigen
optimalen Stromerzeugung und -verteilung ist noch nicht hinreichend in der Theorie
durchgearbeitet und in der Praxis verfolgt. Auch eine weitergehende Erfassung aller ver
maschten technischen und betriebswirtschaftliehen Gesetzmäßigkeiten, die zu optimalen
Stromerzeugungskosten führen, wäre noch eine dankbare Aufgabe. Ein Kraftwerk ist ein
geordnetes, koordiniertes und integriertes System von statischen und dynamischen Ein
flußgrößenund Vorgängen, von strömenden Medien und Energien in verschiedenem Zu
standsniveau, deren Gesamtoptimierung bisher nur empirisch - auf Grund jahrzehnte
langer Erfahrungen - gelungen ist.
Für eine Vertiefung der Kenntnisse in diesem weiten Bereich, in bezugauf die Gesamt
anlagengestaltungund auf die Nachwuchsschulung für die Gesamtaulagen-Technik würde
die Einrichtung von Lehrstühlen für den Kraftwerksanlagen-Bau und die optimale Ener
gieversorgung von besonders großer volkswirtschaftlicher und technischer Bedeutung sein.
Zum Schluß möchte ich nochmals meinen allerherzlichsten Dank an alle Mitverfasser
und Mitarbeiter, an alle Firmen, die mir geholfen haben, und an den Springer-Verlag
wiederholen.
Erlangen, im August 1968
Karl Sehröder
Inhaltsverzeichnis
Fünfter Teil
Die Dampfturbinenanlage
Seite
A. Die Dampfturbinen. Von HEINZ KIESSLING und KARL WEINLICH
I. Allgemeines . . . . . .
II. Elementare Stufentheorie 7
a) Leitrad . . . . 7
b) Laufrad .... s
c) Radverluste . . 9
d) Stufenverluste . 9
e) Stufenarbeit 11
f) Kennwerte . 13
g) Stufenarten . 14
1. Regelstufe 15
2. Naßdampfstufen 17
3. Endstufe .... 21
4. Stufencharakteristik . 22
111. Turbinenberechnung .... 22
a) Turbinenverluste und Rückgewinn . 22
b) Wirkungsgrade von Turbinenanlagen . 29
1. Definition der verschiedenen Prozeßwirkungsgrade 29
2. Definition der Turbinenwirkungsgrade .. 31
3. Anhaltswerte für Turbinenwirkungsgrade . 33
c) Betriebsverhalten . . . . . . . . 34
1. Vergleich mit den Garantiedaten 34
2. Die Stufe im Betrieb 35
3. Die Turbine im Betrieb 36
4. Schubverhältnisse . 36
d) Kreisprozeßrechnung ... 38
1. Vorarbeiten 38
2. Erste Näherungsrechnung. 39
3. Vorwärmrechnung .... 41
4. Durchrechnung der Turbine . 41
IV. Ausführung der Hauptteile 45
a) Fertigungsablauf . 45
b) Normung ...... . 45
c) Gehäuse ...... . 46
1. Teilung axial oder radial 46
2. Einflutige oder mehrflutige Bauweise 47
3. Durchgehender oder Gegenfluß ... 49
4. Ein-, zwei-oder dreisohalige Bauweise 49
5. Eingegossene oder getrennte Einströmkästen 52
6. Geschweißte Gehäuse . . . . . . · 52
7. Rohrdurchführung und Verbindung 52
8. Auflagerung ... 56
9. Werkstoffe . . . 58
10. Wärmedämmung 58
Inhaltsverzeichnis IX
Seite
d) Läufer ............ . 58
1. Läufer von Gleichdruckturbinen 58
2. Läufer von Überdruckturbinen 59
3. Ausgleichskolben 59
e) Beschaufelung . . . . . . . 60
1. Bauformen . . . . . . . 60
2. Gestaltung der Schaufeln . 63
3. Die Endstufe . . . . . . 64
f) Wellendichtungen ..... 67
g) Lager, Kupplungen, Dreheinrichtungen . 69
1. Querlager. . 69
2. Längslager . . . 70
3. Kupplungen 71
4. Dreheinrichtung . 72
h) Regelung . . . 74
1. Grundlagen . . . 74
2. Bauglieder . . . 77
3. ·Plötzliche Entlastungsvorgänge 85
4. Regelung einer Turbine mit Zwischenüberhitzung 86
5. Regelung von Turbinen im Verbundnetz 89
i) Überwachung des Betriebes .. 90
1. Überwachungseinrichtungen. 91
2. Sicherheitseinrichtungen 99
3. Schutzeinrichtungen . 101
4. Prüfeinrichtungen . . 105
5. Weitere Einrichtungen 106
k) Ölversorgung 107
1. Ölbehälter 107
2. Ölpumpen 108
3. Ölkühler . 109
4. Ölreinigung . 110
I) Werkstoffe . . 111
m) Schwingungen . 112
1. Schaufelschwingungen 112
2. Läuferschwingungen 113
V. Große Einheiten ... 113
a) Grenzleistungen . . 114
b) Ausführungsbeispiele 116
1. 150 MW-Turbinen verschiedener Bauweise 116
2. Turbinen mit zweifacher Zwischenüberhitzung 128
3. Einwellenturbinen über 300 MW Leistung. 128
4. Große Zweiwellenturbinen . . . 133
c) Dampfturbinen für Kernkraftwerke. . . . . 136
B. Die Kondensatoren. Von LEONHARD VON ENZENBERG 143
I. Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 143
a) Aufgabe der Kondensationsanlage ... 143
b) Bestandteile einer Kondensationsanlage . 146
c) Kondensationsmöglichkeiten. . . . . . 147
II. Wassergekühlte Oberflächenkondensatoren . 147
a) Grundsätzlicher Aufbau. 147
b) Berechnung .... 148
1. Wärmemenge . . . 148
2. Wärmedurchgang . 149
3. Temperaturdifferenz 153
4. Kühlfläche . . .. 153
X Inhaltsverzeichnis
Seite
c) Richtlinien für die Auslegung von Kondensatoren 156
1. Die Höhe des Vakuums. . . . 156
2. Die Kühlwa.ssergeschwindigkeit 158
3. Die Grädigkeit . . . . . . . 160
4. Da.s Kühlwa.sservieiiache . . . 161
5. Wegezahl und Kühlrohrlänge . 162
6. Die wirtschaftlich optimalen Auslegungsgrößen 163
d) Betriebsverhalten bei Abweichungen vom Auslegungszustand 170
1. Teil- und Vberlaet bei konstanter Wa.ssermenge und konstanter Kühlwa.ssereintritts-
temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
2. Teil- und tlberla.st bei konstanter Wassermenge, aber veränderter Kühlwassereintritts-
temperatur . . . . . . . . . . . . . . . 171
3. Vakuum bei verändertem Kühlwasserstrom. 172
e) Ausführungsbeispiele . 173
1. Rohranordnung . . . . 173
2. Bauformen . . . . . . 177
f) Konstruktive Einzelheiten 184
1. Befestigung der Kühlrohre . . . . . 184
2. Ela.stische Verbindung im Kondensatorstutzen und Federfüße . 186
3. Dehnungsfalten . . . . . . . . . . . . . . 187
4. Nachwärm-und Entgasungseinrichtungen . . 188
5. Entspannungseinrichtungen für Umleitdsmpf . 189
6. Armaturen . . . . . 191
7. Vakuumbrecher . . . . . . . . . . 191
g) Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . 191
1. Vakuumabhängiger Entlastungsregler 191
2. Kondensatorschutz 192
3. Notauspuffventil . . . . . . . 192
4. Beratscheiben . . . . . . . . . 192
5. Verriegelungen für Umleitdampf. 193
h) Möglichkeiten zur Reinigung und Reinhaltung der Rohre 193
1. Geteilte Kondensatorausführung . 193
2. Doppelkondensatoren . . . . . . 193
3. Taprogge· Selbstreinigungsverfahren 193
4. MAN-Reinigungsverfahren 194
5. Umkehrspülverfahren 194
i) Werkstoffe . . . . . . 195
1. Seewasserausführung. 196
2. Süßwa.sserausführung 196
k) Maßnahmen zur Verhütung von Korrosionen 197
1. Schutzschichten . 197
2. Metallplatten . . . . . . . . . . 197
3. Gleichstrom . . . . . . . . . . 197
Ill. Luftgekühlte Oberflächenkondensatoren . 198
a) Anwendung ........... . 198
b) Grundlagen ........... . 199
c) Optimale Auslegung ....... . . 201
d) Betriebsverhalten bei Abweichungen vom Auslegungszustand 203
e) Vakuumvergleich zwischen Luftkondensationsanlagen und Kühlturmanlagen 206
f) Aufbau und Schaltung der Luftkondensatoren . 207
g) Kühlelemente . . . . 210
h) Ventilatoren 211
i) Regelmöglichkeiten . . 213
k) Ausführungsbeispiele . 214
1. Anordnung neben dem Ma.schinenhaus 214
2. Anordnung auf dem Ma.schinenhausdach 216
IV. Einspritzkondensatoren mit luftgekühlten Wärmetauschern (System Heller) 218
a) Anwendung . . 218
b) Arbeitsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . 219