Weltweit leistungsstärkste

Dampfturbogruppen im Braunkohlekraftwerk

Lippendorf

PowerTurbomachinery Steam Turbine Business

Tabelle1 Technische Hauptdaten der Dampfturbinen

Leistung an den Generatorklemmen 933 MWFrischdampfmenge 672.2 kg/sFrischdampfdruck 259.5 barFrischdampftemperatur 550 °CDampfmenge nach Zwischenüberhitzung 596.8 kg/sDampfdruck nach Zwischenüberhitzung 49.8 barTemperatur nach Zwischenüberhitzung 582 °CKondensatordruck 0.038 bar

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Weltweit leistungsstärkste

Dampfturbogruppen im

Braunkohlekraftwerk Lippendorf

Die zwei 933 MWDampfturbogruppen, die ALSTOM für das BraunkohlekraftwerkLippendorf, Deutschland, lieferte,sind die weltweit leistungsstärkstenund effizientesten Hochtemperatur-Einwellenanlagen für fossilgefeuerte Kraftwerke. Bei Volllastarbeiten die Kraftwerksblöcke mit einem Nettowirkungsgrad von 42,4%. Massgebend für diesensprunghaften Wirkungsgradanstiegist der Hochtemperaturprozess, der im BraunkohlekraftwerkLippendorf mit grossem Erfolgeingesetzt wurde. Für die mitüberkritischen Dampfparameternbeaufschlagten Schlüsselkomponentender Turbinen wurden verbesserteMaterialien mit hoher Warmfestigkeitverwendet. Die erste Turbogruppewurde im Oktober 1999 in Betriebgenommen, die zweite im Juni 2000.

Das südlich von Leipzig gelegeneBraunkohlekraftwerk Lippendorf mit den Blöcken R und S war die dritteNeuanlage des vorhergehendenBetreibers VEAG Vereinigte EnergiewerkeAG, Berlin, jetzt VE-G (Vattenfall EuropeGeneration AG&Co.KG), und nimmt

bezüglich Technik und Wirtschaftlichkeiteine Spitzenstellung ein. Die für denneuesten Hochtemperaturprozess ausgelegten Blöcke realisieren den technologischen Entwicklungssprung zu überkritischen Dampfparameternund höheren Wirkungsgraden und setzen neue Masstäbe in derBraunkohleverstromung.

Mit einer Leistung von je 933 MW undeinem Nettowirkungsgrad von 42,4%zählen die Blöcke weltweit zu deneffizientesten und grössten mit

Rohbraunkohle befeuerten Kraftwerken.Ursächlich für diesen sprunghaftenWirkungsgradanstieg ist der vonALSTOM massgeblich mit entwickelteund im Braunkohlekraftwerk Lippendorfmit grossem Erfolg eingesetzte

Hochtemperaturprozess, eine logischeWeiterentwicklung der Kraftwerkstechnologieauf dem Weg zu höheren Wirkungsgraden. Untersuchungen zur Ermittlung der wirtschaftlichstenProzessparameter ergaben, dass dieErhöhung der Frischdampf- undZwischenüberhitzungsdampftemperaturensowie des Frischdampfdrucks und derVorwärmtemperatur die wirkungsvollstenErgebnisse erzielen.

Im Europäischen Gemeinschaftsprogrammzur Entwicklung hochwarmfesterWerkstoffe, dem sogenannten COST-Programm, wurden warmfeste Stählemit ferritischmartensitischem Gefüge fürden Einsatz im Hochtemperaturbereichund zur Anwendung im modernenKraftwerksbau (Hochtemperaturtechnologie)untersucht.

Ein modifizierter 10%iger Chromstahlermöglicht gegenüber den heute inBetrieb befindlichen Stählen eineDampftemperaturerhöhung von über30°C bei gleicher Dauerfestigkeit undLebensdauer.

Für die mit erhöhten Dampfparameternvoll beaufschlagten Komponenten derDampfturbinenanlage Lippendorf, d.h.

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die geschmiedeten Wellen der Hoch-und Mitteldruck-Teilturbinen, diegegossenen Ventil- und Turbinengehäusesowie die Dampfleitungen, stehen somit Materialien mit erheblich höherer Warmfestigkeit zur Verfügung.!

Turbogruppe

Das Herzstück der mit Braunkohlebefeuerten Kraftwerksblöcke sind dievon ALSTOM gelieferten und montierten933 MW Dampfturbogruppen. Sie sinddie z. Zt. leistungsstärksten Hochtemperatur-Einwellenanlagen der Welt in fossilgefeuerten Kraftwerken und entstammender neuen modularen ALSTOMTurbinenbaureihe mit Zwischenüberhitzungfür den Leistungsbereich zwischen 100und 1200 MW. Fig. 1, Tabelle 1.

Diese modulare Baureihe wurdespeziell mit dem Ziel entwickelt, kundenspezifische Anforderungenbezüglich grosser Leistungen,Flexibilität im Betrieb, hoherVerfügbarkeit, niedrigemWärmeverbrauch und kurzen Lieferzeitenzu erfüllen. Die ursprünglich für einenkonventionellen Bereich von565°C/565°C/250 bar und für

Leistungen bis 1200 MW entwickelteund bereits vielfach eingesetzte Baureihe ist durch den Einsatz neuer Werkstoffeauch für den Hochtemperaturbereichvon bis zu 600°C/600°C/300 bargeeignet.

Durch Verwendung von 10%igemChromstahl ist es möglich, diese Baureihefür den Hochtemperaturprozess einzusetzen,ohne Einschränkung und ohne dass konstruktive Neuentwicklungen notwendigwerden. Die seit vielen Jahren bewährtenKonstruktionsprinzipien der ALSTOMDampfturbinen werden beibehalten. Für die thermisch elastischen zweischaligenHochdruck- und Mitteldruck-Turbinengehäusewerden nur die Innengehäuse und diedirekt an die HD- und MD-Aussengehäuse

Fig. 1 933 MW Dampfturbogruppe für das Braunkohlekraftwerk Lippendorf. ALSTOM rüstete dieneuen Blöcke R und S mit je einer solchen Turbogruppe für fossil gefeuerte Kraftwerke.

Fig. 2 Ansicht der Turbogruppe

angeflanschten Frischdampf- undAbfangventilgehäuse aus 10%igemChromstahl gefertigt.

Die Führung des Frischdampfs zumInnengehäuse erfolgt über einen imVentilgehäuse integrierten Diffusor, sodass das Aussengehäuse nicht der hohenDampftemperatur ausgesetzt ist.Für Frischdampfdrücke von über 250 bar erweist sich die ALSTOM bewährteSchrumpfringkonstruktion des HD-Innengehäuses als sehr geeignet, da eine Anpassung an höhere Dampfdrückedurch einen zusätzlichen Schrumpfringoder geringfügige Verbreiterung derSchrumpfringe erfolgen kann bei gleichbleibender thermischer Flexibilitätder Turbine im Anfahrbetrieb.

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Da die ALSTOM Turbinenläufer ausgeschmiedeten Vollscheiben zu kompaktenWellenkonstruktionen zusammengeschweisstwerden, wird der neue 10%ige Chromstahlnur an den heissesten Läuferstellen imDampfeinströmbereich der HD- und MD-Teilturbinen eingesetzt. Diese Bereichemüssen nicht gekühlt werden. DieWellenenden sind aus niedriglegiertemStahl, so dass eine Auftragsschweissungdes Wellenendes an der Lagerstellenicht erforderlich ist.

Stetige Weiterentwicklung bewährterBauteile führte unter Nutzung desErfahrungsrückflusses darüber hinauszum Einsatz neuer optimierter Lösungen.Dazu gehören die Eintrittsspiralen unddie radial-axial angeordnete ersteBeschaufelungsstufe bei allen Teilturbinensowie vortordierte Laufreihen und neuenach modernsten 3D-CAD-Verfahrenoptimierte Schaufelprofile.

Die Turbogruppe besteht aus einer einflutigen Hochdruck-, einer zweiflutigenMitteldruck- und drei zweiflutigenNiederdruckteilturbinen. Fig. 2.Der Läuferstrang ist zwischen denTeilturbinen und dem Generator jeweilsnur einmal gelagert. Die Läufer derTeilturbinen und des Generators sindüber integrierte Spannhülsenkupplungen

starr verschraubt. Axial angeordneteWellendichtungen in Labyrinthbauweisemit gefederten Ringsegmenten an denLäuferdurchführungen der Teilturbinenverhindern ein Austreten des Dampfes.

Der Frischdampf strömt vom Kesseldurch die Zudampfleitungen zu den am HD-Aussengehäuse angeflanschtenFrischdampfschnellschluss- und -stellventilen. Über den verlängertenDiffusor der Stellventile gelangt derDampf zu zwei im HD-Innengehäuseintegrierten 180° Eintrittsspiralen undvon dort über die radial-axial angeordnete erste Beschaufelungsstufein den Reaktionsteil der HD-Teilturbine.Fig. 3. In der Reaktionsbeschaufelungexpandiert der Dampf und strömt durch den Abdampfraum des HD-Aussengehäuses zu den beidenAbdampfstutzen.

Von hier wird der Dampf zu denZwischenüberhitzern und danach zuden kombinierten Abfangschnellschluss-und -stellventilen der MD-Teilturbinengeführt. Die Dampfzuführung von denVentilgehäusen zum MD-Innengehäuseerfolgt hier über geflanschte wärmeelastischeDampfleitungen. Fig. 4. Über zwei imMD-Innengehäuse integrierte 180°Eintrittsspiralen strömt der überhitzte

Dampf durch die radial-axial angeordneteerste Beschaufelungsstufe und expandiert in der zweiflutigen Reaktionsbeschaufelungauf den MD-Abdampfdruck. Anschliessendströmt er über zwei am MD-Aussengehäuseoberteil angeordneteAbdampfstutzen und durch Überströmleitungenzu den drei ND--Teilturbinen.

Durch vertikal angeordnete Dampfleitungenwird der Dampf zu der im ND-Innengehäuseintegrierten 360° Eintrittsspirale geführt.Fig. 5. Der Dampf strömt durch die radial-axial angeordnete Beschaufelungsstufeund die beiden Fluten des konisch glattgestalteten Beschaufelungskanals zumringförmigen Diffusor, wonach er überden Abdampfraum des ND-Aussengehäusesnach unten zum Kondensator abströmt.

Der Fixpunkt der Turbine zum Fundamentbefindet sich am Lagerblock zwichenMitteldruck- und erster Niederdruckteilturbine.Durch Erwärmung dehnen sich die MD- und HD-Teilturbine mit dem überKeilverbindungen gekuppelten Axiallagerblockals ein zusammenhängendes System inRichtung vorderer Lagerblock aus. Dievorderen HD-Aussengehäusepratzengleiten auf dem vorderen (feststehenden)Lagerblock. Die Fixierung der ND-Teilturbinen erfolgt einzeln über seitlichim Fundament verankerte Grundplatten.

Fig. 3 Querschnitt durch die Hochdruck-Teilturbine

1 Flanschverbindung ausgelegt für Hochdruck-Abdanpfzustand

2 2 Diffusor Dampfdurchführung (Material: X 8 CrNiMoVNb 16 13)

3 3 HD-Innengehäuse (Material: G-X 12 CrMoWNiVNbN 10 11)

4 Frischdampf-Ventilgehäuse (Material: G-X 12 CrMoWNiVNbN 10 11)

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Hauptölpumpenantrieb. Die Mitteldruck- und Niederdruckläuferdehnen sich in Richtung Generator.Durch diese Anordnung werden mini-male axiale Verschiebungen zwischenLauf- und Leitschaufeln erreicht. VertikaleKeilführungen zwischen der HD- und

Fixpunkt für den Läuferstrang der Turbogruppe ist das Axiallager imAxiallagerblock zwischen Hochdruck-und Mitteldruckteilturbine. DerHochdruckläufer dehnt sich vomAxiallager aus nach vorn in Richtungvorderes Traglager und

MD-Teilturbine und den Lagerblöckenund zum Turbinenfundament sowie zwischen den ND-Teilturbinen und dem Turbinenfundament gewährleistendie Mittenlage der Turbine.

Für alle Teilturbinen ist die Möglichkeitzum Nachwuchten der Turbinenläufergegeben. Inspektionen der ersten undletzten Beschaufelungsreihen sowie derSchaufelreihen an den Anzapfstellenkönnen endoskopisch ohne Demontageder Aussen- und Innengehäuse durchgeführt werden.!

3D-optimierteBeschaufelung für höchsten Wirkungsgrad

Die wichtigsten Bauteile derDampfturbine zum Erreichen höchsterWirkungsgrade sind die Schaufeln, die in zwei Gruppen unterteilt werdenkönnen. Die erste Gruppe, die Standardbeschaufelung, wird im überwiegenden Teil des Schaufelkanalseingesetzt. Diese Schaufeln haben einegeringe oder mittlere Höhe, der Dampf

Fig. 5 Innengehäuse-Gussteile der ND-Teilturbine aus Sphäroguss nach derTeilflanschbearbeitung

Fig. 4 Querschnitt durch die Mitteldruck-Teilturbine

1 MD-Abfangventilgehäuse (Material: G-X 12 CrMoWNiVNbN 10 11)

2 Flanschverbindung ausgelegt für Mitteldruck-Abdampfzustand

3 MD-Innengehäuse (Material: G-X 12 CrMoWNiVNbN 10 11)

4 Dampfdurchführung (Material: G-X 12 CrMoWNiVNbN 10 11)

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strömt mit geringer (Unterschall-)Geschwindigkeit und die Verlusteentstehen überwiegend durch Leckageund Seitenwandeinflüsse. Dagegenhaben die letzten Stufen desSchaufelkanals lange Schaufeln, derDampf strömt mit hoher (Überschall-)Geschwindigkeit und die Verluste resultieren vorwiegend ausSchockwellen und Abdampfverlusten.

Seit vielen Jahren verwendet ALSTOMdas bewährte Schaufelprofil D8000 für die Beschaufelung mit geringerDampfgeschwindigkeit in Reaktionsturbinen.Da dieses Profil bereits einen hohenWirkungsgrad aufweist, konnte eineweitere wesentliche Verbesserung nurdurch Verringerung der massgeblichenSekunderverluste erreicht werden. Zu diesem Zweck wurde dieLeckageflussgeometrie genauestensuntersucht und die 3D-Konstruktion derSchaufeln optimiert. Die mit modernstenCFD (Computational Fluid Dynamics)Verfahren erstellte Konstruktion wurdedann in einer Versuchsturbine erprobt.Frühere Erfahrungen hatten gezeigt,dass es gewisse Risiken barg, sich ausschliesslich auf Berechnungsverfahrenzu verlassen, ohne das Ergebnis durch Versuche zu bestätigen.

Die so erhaltene dreidimensionaleKonstruktion wird in elektronischer Forman die Fabrik weitergeleitet, wo dieSchaufeln kostengünstig hergestellt werden, ohne dass die Schaufelkonstruktionauf Papier beschrieben werden muss.

Der grösste Teil der Beschaufelung wirdaus dem Vollen gefräst und die einzelnenSchaufeln mit Deckband und Fuss ineinem Stück gefertigt. Ausnahmen sinddie gegossene Endstufenschaufel derLeitreihe und die geschmiedeteEndstufenschaufel der Laufreihe. DiesesFertigungsverfahren garantiert einzuverlässiges und kostengünstigesProdukt.

Das zu verwendende Schaufelmaterialhängt von der Betriebstemperatur ab.Bei Stufen mit einer Temperatur über540°C verwendet ALSTOM einenaustenitischen Stahl, bei Temperaturenunter 540°C einen 12%igenChromstahl mit martensitischem Gefüge.Diese Materialien haben sich seit vielenJahren bewährt, und ihre Eigenschaftenkonnten im Laufe der Zeit in Zusammenarbeit mit anderenLieferanten noch verbessert werden. Obwohl die Anzahl der am ND-Turbinenende eingesetzten Stufenmit ochgeschwindigkeitsbeschaufelunggering ist, liegt hier grosses

Verbesserungspotential. Ein wesentlicherGrund dafür ist, dass die in diesenStufen erzeugte Leistung und die ausder letzten Stufe abströmende Energie(aufgrund des eingeschränktenStrömungsbereichs) hoch sind. DieseStufen wurden ebenfalls unterVerwendung von CFD-Verfahren dreidimensional optimiert, um dieVerluste innerhalb der Beschaufelungund im Abdampf zu minimieren. DieKonstruktion wurde anschliessend ineiner ND-Versuchsturbine erprobt.!

Generatorsystem

Je Block umfasst das Generatorsystemeinen Generator der Baureihe50WT25E-158, die statischeErregungseinrichtung und dieWasserstoffkühlung, Zusatzeinrichtungenfür die die Dichtöl- undStatorkühlwasseranlagen.!

Turbogenerator

Der Generator mit dem langjährigbewährten ALSTOM IsolationssystemMICADUR® ist nach Wärmeklasse Fausgelegt; er wird jedoch vom Betreibernur in Wärmeklasse B genutzt. Fig. 6,Table 2

Das Ziel bei der Konzeption und Entwicklung des Generators war es, in engster Zusammenarbeit mit demKunden das technisch-wirtschaftlicheOptimum hinsichtlich Wirkungsgrad,Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zuerreichen.

Der Generator wird mit direkterWasserstoffkühlung der Rotorwicklungund des Statorblechkörpers sowie mitdirekter Wasserkühlung derStatorwicklung ausgeführt. Hierbei wurden durch die Dimensionierung

Tabelle 2 Technische Hauptdaten des Generators

Nennscheinleistung 1,167 MVANennwirkleistung 933.6 MWLeistunsfaktor, übererregt 0.8Nennspannung 27 kVNennfrequenz 50 HzNennstrom 24.954 ANennerregerstrom 6.001 ALeerlaufkurzschlussverhältnis 0.505Gesamtgewich 588 tLäufergewicht 97 tStatortransportgewicht 410 t

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und die Wahl bewährter technischerProdukte und Materialien die Leistungund der Wirkungsgrad optimiert.!

Statorgehäuse

Das Statorgehäuse ist im Prinzip ein einteiliger mit Versteifungselementenversehener Stahlzylinder. An die gasdichte, druckfeste Schweisskonstruktionsind an beiden GehäuseseitenKühlertaschen angeflanscht, die die paarweise innen hängendenWasserstoffkühler aufnehmen.

Der unter Gasdruck stehende Innenraum des Generators wird an den Wellendurchführungen durch einen verdrehsicheren, radial beweglichen(schwimmenden) Ring abgedichtet, der die Welle mit einem kleinen Spaltumschliesst. Der verbleibende Spalt

zwischen Welle und Dichtring wird mitDrucköl abgedichtet. Die separateDichtölanlage hat die Aufgabe, dieWellendichtung mit Dichtöl zu versorgen,um eine zuverlässige Abdichtung desGeneratorgehäuses sowohl im Betriebals auch bei Stillstand zu gewährleisten.Der Druck des Dichtöls liegt ca. 0,5 bar über dem Wasserstoffdruck.Der Wasserstoffgasverbrauch liegt mit <9 m3 pro 24 Stunden deutlich unterder VDEW-Empfehlung von 12 m3.!

Statorblechkörper

Durch den umlaufenden magnetischenFluss im Luftspalt wird der Blechkörper zu Schwingungen mit doppelterNetzfrequenz angeregt. Bei zweipoligen Maschinen ist dies eine 4-Knoten-Schwingung. Der Blechkörper ist deshalbbei Maschinen dieser Leistung an seiner

Rückseite in Statorkeilen aus Aluminiumgeführt, die mit den Keilträgern verbundensind. Die Keilträger sind mit denGehäuserippen verschweisst und wirken als Federn. Hierdurch wird eine Übertragung von Blechkörperschwingungenauf das Gehäuse verhindert. Keile undKeilträger sind an beiden Blechkörperendenmit Kurzschlussringen verbunden. Dadurchentsteht ein vollständiger, den Blechkörperumschliessender elektrisch leitenderKäfig, der die durch das Streufeldinduzierten Ströme definiert führt.

Die axiale Pressung der verlustarmenlamellierten Pressplatten, die ausmiteinander verklebten Elektroblechen bestehen, erfolgt über die durchgehendenisolierten Zuganker. Der Blechkörperund die Pressplatten werden durch Wasserstoffgas gekühlt, das in axialenKanälen im Zahn- und Jochbereich zurGeneratormitte strömt.

1 Statorgehäuse2 Blechkörper mit Pressplatten3 Gehäuseabschluss4 Wellendichtungsgehäuse5 Lager6 Statorwickelkopf

7 Statorwickelkopfabstützung8 Statorwicklung9 Rotorkappe10 Wasserstoffkühler11 Rotorkörper12 Bürstenapparat

13 Durchführungen14 Ventilator15 Kupplung zur Turbine16 Kupplung zur Schleifringwelle17 Wassertank

Fig. 6 Schnitt durch einen Turbogenerator, wie er im Kraftwerk Lippendorf zum Einsatz kommt

15 512165149811172176345

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Der ca. 7900 mm lange Blechkörpermit einem Gewicht von ca. 290 t besteht aus Segmenten verlustarmer,siliziumlegierter Elektrobleche, die beidseitig mit wärmebeständigem Lackbeschichtet sind. Während der Schichtungim Gehäuse wird der Blechkörper inregelmässigen Abständen gepresst undabschliessend unter gleichzeitigerEinwirkung von Vibration, Wärme und Pressdruck so verdichtet, dass einLockern der Bleche im späteren Betriebausgeschlossen ist.!

Statorwicklung

Die Zuverlässigkeit des Statorwicklungssystems bestimmt weitgehend die Verfügbarkeit desgesamten Generators. UnterStatorwicklungssystem versteht man den Stabaufbau, das Kühlsystem, dasIsolationssystem, die Nutverkeilungund die Wickelkopfabstützung. DieStäbe der Statorwicklung setzen sichaus Kupferteilleitern und den vonKühlwasser durchflossenen Stahlhohlleiternzusammen. Die Kupferteil- und Stahlhohlleitersind über die gesamte Länge verroebelt.

Die Doppelroebelstäbe der Statorwicklungbestehen aus, mit epoxidharzimprägniertenGlasfasern isolierten, Teilleitern. Dieumwickelten Stäbe werden unterVakuum mit einem lösungsmittelfreien,umweltverträglichen Epoxidharz imprägniert und bei hoher Temperatur in Formen ausgehärtet. Anschliessendwird die Staboberfläche mitGlimmschutzlack gestrichen. DasMICADUR® Isolationssystem erfüllt alleAnforderungen der Wärmeklasse F.

Nach dem Einbau erfolgt das Verkeilender Wicklung mit konvex-konkavenKeilen, die sicherstellen, dass die dauerhafte Verkeilungskraft grösser istals die im Betrieb auftretenden

elektromagnetischen Naturkräfte. EineLockerung oder ein Schwingen derStäbe wird hierdurch verhindert.

Die Verbindung der Stabenden untereinander sowie zu denWicklungsverbindungen wird durchKupferösen hergestellt. Der Zu- undAbfluss des Kühlwassers erfolgt überWasserkammern an den Stabenden, die über Schläuche mit den jeweiligenSammelleitungen verbunden sind. DieWicklungsverbindungen bestehen ausKupferrohren, welche direkt mit Wassergekühlt werden.

Die Wickelköpfe werden auf der Innen-und Aussenseite durch zwei massiveglasfaserverstärkte Epoxidringe, einenAussen- und einen Innenring, nachspannbargehalten. Mit einer Einspannvorrichtungwird der gesamte Wickelkopf unter eine definierte Vorspannung gesetzt, die bei Revisionen kontrolliert und

wieder eingestellt werden kann. ZurAufnahme von thermischen Dehnungenwerden die Wickelköpfe in axialerRichtung ebenfalls elastisch aufgehängt,so dass sich dieser Generator auch gutfür Lastwechsel- und Start-Stopp-Betriebeignet.

Die elektrodynamischen Kräfte an denWickelköpfen, die im Betrieb und beiStörfällen auftreten, werden von derWickelkopfabstützung aufgenommen.Diese soll das ganze Wicklungssystemfixieren, um Schäden durch unzulässighohe Schwingungsamplituden zu verhindern.!

Rotorkörper

Der Rotorkörper ist ein einteiligesSchmiedestück aus einem wärmebehandeltenStahl mit hoher magnetischer Permeabilität.Zur Aufnahme der Wicklung werden

Fig. 7 Strömungsverteilung um ein Teibündel eines CM-Kondensators (a) und Isobarenverteilungim Bündelinnern (b)

a b

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Längsnuten in den Rotorkörper gefräst.Durch Querschlitze in den Polzonenwird die Biegesteifigkeit für alleRotationspositionen ausgeglichen.

Die Erregerstromzuführung erfolgt durchKupferschienen. Diese liegen in einerZentralbohrung auf der Nichtantriebsseite.Radialbolzen verbinden diese anSchleifringe und Wicklung. !

Erregerwicklung undDämpferwicklung

Die Rotorwicklung des Generators wirddirekt axial mit Wasserstoff gekühlt.Der Vorteil der axialen Kühlung liegtdarin, dass die Leiter der Erregerwicklungin jedem Nutquerschnitt das gleicheTemperaturniveau aufweisen und somitRelativbewegungen zwischen den einzelnen Hohlleitern verhindert werden.Um den Druck des Ventilators alsZusatzdruck für den Rotor auf der Antriebs- und Nichtantriebsseite nutzenzu können, sind im Bereich desLuftspalts Blenden eingebaut.

Die aus silberlegierten Kupferhohlleiternhergestellte Erregerwicklung ist auskonzentrischen Spulen aufgebaut, dieaus im Wickelkopf miteinander verlöteten Halbwindungen bestehen.

und mit einem Bajonettverschluss gegenaxiales sowie mit Keilen gegen tangentiales Verschieben gesichert.!

Turbinenkondensator

Für die Kondensation des Abdampfs der 933 MW Dampfturbogruppeninstallierte ALSTOM zwei CM-Oberflächenkondensatoren inEdelstahlberohrung und 2-Fluss-Schaltung. Table 3

ALSTOM Kondensatoren vom Typ CMhaben sich weltweit bewährt. Der TypCM ist für mittlere und grosse Kraftwerkeder am häufigsten gebaute Kondensatortyp.Der Kondensator ist wegen seinerGrösse eine der wichtigsten undanspruchsvollsten Komponenten imMaschinenhaus eines Kraftwerkes.

Wichtigste Kondensatorkenngrösse istder Kondensatordruck, der alsTurbinengegendruck wesentlich denWirkungsgrad der Gesamtanlage unddamit die Generatorleistung bestimmt.Als Hersteller von Dampfturbinen undKondensatoren gewährleistet ALSTOMeine optimale Abstimmung zwischendiesen beiden wichtigen Komponenten.

Die Kondensatoren der Typenreihe CM(Kirchenfenster-Kondensatoren) werdenin modularer Bauweise gebaut.Charakteristisches Kennzeichen ist dieAnordnung der Kondensatorrohre zujeweils identischen Formationen, die inTeilbündeln zusammengefasst sind.Im ALSTOM Strömungslabor wurde inUntersuchungen und an Analogmodellendie Form und Anordnung der Teilbündel ermittelt und mit Hilfe vonComputermodellen eine Typenreihe von standardisierten Bündeln entwickelt,die das gesamte Spektrum derGrosskondensatoren abdeckt. Fig. 7.Hierdurch sind optimale Lösungen

Die Erregerwicklung wird von den alsDämpferwicklung ausgelegten Keilenund den Rotorkappen gegen dieFliehkräfte fixiert. Im Wickelkopfbereichwerden die Spulen mit Glasfaserblöckendistanziert. Die Wicklung wird direkt mitWasserstoffgas gekühlt, das durch dieHohlleiter strömt. Das erwärmte Gas trittim aktiven Teil an vier axialen Bereichenaus den Hohlleitern aus und gelangtvon dort durch radiale Schlitze imBlechkörper zum Wasserstoffkühler. Ein kleiner Teil des Wasserstoffgases tritt in Wickelkopfmitte aus, von wo erdurch Schlitze in der Polzone nahe denRotorkappen in den Luftspalt gelangt.

Die Dämpferwicklung besteht aus sichüber die ganze Rotorlänge erstreckendenNutkeilen, den Dämpfersegmenten undden Rotorkappen. In den Polzonen sindzusätzliche Dämpfernuten angeordnet,in denen sich profilgleiche Keile befinden. Sie kontaktieren am Ende des Aktivteils die Finger derDämpfersegmente, die elektrisch mit den Rotorkappen verbunden sind. Die Kontaktpressung wird durch dieFliehkräfte gewährleistet.

Die aus unmagnetischem, austenitischem,gegen Spannungsrisskorrosionunempfindlichem Stahl hergestelltenRotorkappen werden aufgeschrumpft

Tabelle 3 Technische Daten des Kondensators

Abzuführende Wärme 890.76 MWKondensatordruck 0.038 barKühlwasser - Volumenstrom 20.9 m3/s

- Eintrittstemperatur 16.4 °C- Geschwindigkeit 1.95 m/s

Wärmeaustausch - Fläche 54.950 m2

- Material DIN X 5 CrNiMo 17 12 2 (ASTM A-249 TP 316)

Aussenabmessungen B/H/T 22/15/18 mGesamtgewicht, leer 1140 t

Design values / Measured values - May 2000

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möglich, da durch Auswahl eines Bündelsund durch Variation der Bündelzahl undder Rohrlänge alle Geometrieanforderungenerfüllt werden können.

Die Bündel setzen sich aus Bündeloberteil,Bündelunterteil und Luftkühlerbereichzusammen. Durch den Vorkühler gelangtder Dampf über Blenden in die Luftkühlerund wird über die Entlüftungskanäledurch Vakuumpumpen entgast.

Jedes Rohrbündel ist mit zwei Luftkühlernausgestattet. Dadurch wird eine optimaleEntlüftung des Kondensators sichergestellt.

Der Dampf strömt von allen Seiten in dasBündel, so dass die Dampfgeschwindigkeiten und dampfseitigen Druckverlusste niedriggehalten werden. Eine gleichmässigeBelastung des Bündels führt zu hohenWärmedurchgangszahlen.

Der von unten in das Rohrbündel eintretende Dampf fliesst im Gegenstromzum herabtropfenden Kondensat. Durchden intensiven Kontakt mit dem Dampfwird das Kondensat optimal entgast undaufgewärmt. Unterhalb der Bündel hatder Dampf eine niedrigere Geschwindigkeitals im Abdampfstutzen und den oberenBündelrohren; die Temperatur und derstati-sche Druck sind dadurch höher.Damit nimmt das Kondensat im Hotwelleine höhere Temperatur an als die demKondensatordruck entsprechendeSättigungstemperatur. Diese Eigenschaftdes CM-Kondensators wirkt sich positivauf den Wärmeverbrauch des Kraftwerksaus und wird als "negative"Unterkühlung bezeichnet.

Durch die optimale Kondensatorrohranordnungwerden hohe Wärmedurchgangszahlen (K-Werte) bei Voll- und Teillast erreicht,

so dass sich niedrige Kondensatordrückeergeben. Aufgrund der ausgezeichnetenthermischen Eigenschaften wird wesentlichweniger Wärmetauscherfläche benötigt, sodass bei günstigem Wärmeverbrauch desKraftwerks Einsparungen erzielt werden.

Ausser diesen hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften bietetdie modulare Bauweise viele Vorteile bei der Konstruktion und Fertigung derApparate. Der CM-Kondensator wird mit der Turbine fest verbunden und über Federn auf einer Fundamentplatteabgestützt. Der Dampfraum desKondensators ist über den Kondensatorhalsmit den drei ND-Teilturbinen-Abdämpfenverbunden. Fig. 8. Die Verbindung zummittleren ND-Abdampfgehäuse wird starr ausgeführt. Zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen verfügen die Verbindungen zu dem

Fig. 8: Aufbau eines CM-Turbinenkondensators

FT Fundament TischplatteKH KondensatorhalsMG MaschinenhausbodenML Mittellinie der TurbogruppeND1-3 Abdampf der ND-Teilturbinen

1 Eintrittswasserkammer2 Dampfraum3 Bündeloberteil4 Bündelunterteil5 Vorkühler6 Luftkühler7 Luftabsaugkanal

8 Kondensatsammelgerät (Hotwell)9 Leitungen zu den Kondensatpumpen10 Austrittswasserkammer11 Dampfeinführungsvorrichtung12 Kühlwassereinleitung13 Federauflager14 Verankerungskompensator

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ML

14FT

13

10

5

4

3

2

76

ND1 ND2 ND3

KH

1

12 8 9

GF

11

Fig. 9 Modulfertigung eines Turbinenkondensators für das Braunkohlekraftwerk Lippendorf beiALSTOM in Berlin

References

[1] H. Kotschenreuther, U. Hauser, P.-H. Weirich: Zukünftige wirtschaftliche Kohleverstromung. VGB Kraftwerkstechnik 1/93.

[2] B. Scarlin: Dampfturbinen. BWK Bd. 49 (1997) 91-96.

[3] K.-H. Soyk: Wasser- and wasserstoffgekühlte Turbogeneratoren. ETG-Fachbericht Nr. 53. VDE-Verlag 1994, 55-64.

[4] P. Baumann, I. Pesthy: Developmentof large steam condensers with optimized cost/performance ratio. ALSTOM Review 3/97, 40-48.

vorderen und hinteren ND-Abdampfgehäuseüber verankerte Kompensatoren.

Kühlwasserseitig ist der Kondensatorzweiflutig und dreigeteilt mit dreiAnschlüssen (ND 2000) und je einerRohrreinigungsanlage pro Drittel versehen.Zwei Kondensatoranschlüsse sind mit je zwei Dampfumleiteinrichtungenbestückt, durch die der Kesseldampfbeim Anfahren etc. direkt in denKondensator gelangt. Über die imKondensatorhals eingebauten ALSTOMDampfeinführungsvorrichtungen im Bereich des vorderen und hinteren ND-

Abdampfgehäuses gelangt der Dampfschonend in den Kondensator. DieseAnordnung schützt die Kondensatorrohreund ND-Teilturbinen vor dem hochenergetischen Dampf und verringert den Geräuschpegel.

Bedingt durch die grossen Abmessungender Kondensatoren werden die einzelnen Module nach höchstenQualitätsanforderungen vorgefertigt.Fig. 9. Für die Endmontage imKraftwerk reduziert sich dadurch derArbeits- und Montageaufwand auf ein Minimum.!

Das Braunkohlekraftwerk Lippendorf

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ALSTOM (Switzerland) Ltd - Brown-Boveri-Strasse 7 - CH-5401 Baden/Switzerland - Tel. +41 56 205 9205 - Fax +41 56 205 2657www.power.alstom.com

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