EA023538B1 - Нагрузочный резистор с жидкостным охлаждением для эксплуатации в сфере производства энергии и его использование - Google Patents

Abstract

Устройство нагрузочного резистора для генератора, приводимого в движение турбиной в жидкостной линии, где нагрузочный резистор имеет как минимум один электрический элемент в теплопроводном соединении с рабочей жидкостью турбины. Описывается также способ использования такого устройства.

Description

Изобретение относится к устройству резистора электрической нагрузки. В частности, изобретение относится к резистору электрической нагрузки для генератора с турбинным приводом в жидкостной линии, где резистор электрической нагрузки отдает энергию по упомянутой жидкостной линии.

Под турбиной здесь подразумевается любая установка, в которой жидкость вызывает вращательное движение одного или более валов. Например, такие турбины могут быть (но не ограничиваются этим) турбиной Френсиса, турбиной Пелтона, турбиной поперечного тока, Архимедовым винтом, гидротурбиной с наклонной осью и турбиной Каплана. К турбинам также относят все типы насосов, используемых в качестве турбин.

Предшествующий уровень техники

Генератор электрического тока может приводиться в действие турбиной. Различные типы среды напрямую или опосредованно приводят турбину в движение. Ее движущей силой может быть вода, как, например, в ГЭС или волновых гидроэлектростанциях, пар - в ТЭЦ или АЭС, ветер - в ветроэнергетических установках, или выхлопные газы, поступающие из двигателя внутреннего сгорания.

Предполагается, что турбина вместе с генератором будут работать в определенных рамках. Генератор может быть привязан к электрораспределительной сети. В процессе эксплуатации такие аппараты и установки, привязанные к электрораспределительной сети, потребляют энергию и создают нагрузку на генератор. При помощи генератора турбина должна преодолевать эту нагрузку, чтобы быть в состоянии вращать ротор генератора. В случае возникновения перебоев в электрораспределительной сети, далее падение сети, нагрузка внезапно падает. Благодаря чему водяная, паровая или ветряная турбина может увеличить скорость вращения, так называемое превышение скорости вращения; такая скорость вращения может выходить за предусмотренные для турбины и генератора рамки.

На случай падения сети имеются несколько способов остановки или замедления турбины. На гидроэлектростанции поток воды можно уменьшить или остановить полностью посредством затворов. Остановить работу ДВС, приводящего генератор в движение, можно, прекратив подачу топлива. Замедлить ход ветроэнергетической установки можно при помощи тормозов турбинного вала. Общим для всех этих механических действий является то, что во время падения сети вследствие перебоя возникает задержка, и генератор останавливается полностью.

Известен способ применения так называемого нагрузочного резистора или же тормозного резистора для стабилизации работы генератора при падении сети до его остановки другими способами. В дальнейшем для обозначения резистора электрической нагрузки будет использоваться термин нагрузочный резистор. Далее нагрузочный резистор будет обозначать аппарат, состоящий из структурных и электрических компонентов. В состав электрических компонентов также входит как минимум один электрический элемент; это может быть резистор, индуктивный элемент или конденсатор. Данный электрический элемент создает нагрузку на генератор. Таким образом, нагрузочный резистор создает соответствующую резистивную, индуктивную и емкостную нагрузку. Значение нагрузки резистора определяется электрическими характеристиками электрического элемента и тем, сколько электрических элементов приходится на нагрузочный резистор. В дальнейшем будет указано, что резистивный элемент подключен к генератору напрямую, а индуктивный элемент подключен к генератору опосредованно. Индуктивный элемент представляет собой обмотку и сердечник. Под индуктивным элементом подразумевается и обмотка, и сердечник, если не имеется других четких указаний.

Тепловая энергия, образующаяся в электрическом элементе, используется для нагрева жидкости в газообразной или жидкой форме. В качестве газа может использоваться воздух, а в качестве жидкости вода или масло. Преимущество электрического элемента в том, что при падении сети он может быстро подключаться. Вообще известно несколько типов электрических элементов, подключаемых напрямую. В принципе они состоят из резистора, нагревающего жидкость в виде воздуха, чистой воды, морской воды или масла (например, трансформаторное масло) и передающего тепло воздуху или воде через теплообменник. Известно, что эффективно использовать по одному электрическому элементу на каждую фазу, если нагрузка подается на многофазный генератор, как показано на соединенных звездой электрических элементах К2А, К2В и К2С на фиг. 2, а также соединенных треугольником электрических элементах К3А, К3В и К3С на фиг. 3.

В дальнейшем жидкость, нагреваемая электрическим элементом и передающая тепло другой среде, например, через теплообменник, будет называться охлаждающей жидкостью.

Патентный документ И8 2007/0164567 описывает эксплуатацию тормозного резистора с ветроэнергетическими установками для снижения нагрузки на структуру таких установок путем торможения винта в случае падения сети.

Зачастую требуется снизить давление в жидкостном потоке; простое и хорошо известное решение заключается в том, чтобы дать потоку пройти через дроссель, например в виде дроссельного клапана, при этом действие дросселя можно организовать таким образом, чтобы достичь необходимого снижения давления. Большая часть потери энергии в результате снижения давления в дросселе может быть отобрана и преобразована в полезную путем замены дроссельного клапана турбиной, приводящей в движение электрический генератор, сопряженный с потребителем энергии. Достигнутое снижение давления можно

- 1 023538 регулировать через электрическую нагрузку на генератор.

Патентный документ И8 4496845 описывает использование турбины в системе водоснабжения, при этом турбина, параллельно подключенная к традиционному редукционному клапану, обеспечивает снижение давления в трубопроводной сети. При падении сети скорость вращения турбины увеличится раньше, чем клапаны перекроют подачу воды к турбине, чтобы ее остановить. Затем вода проходит в обход турбины через редукционный клапан, соединенный с турбиной как обходной трубопровод.

Патентный документ νθ 2008/004880 описывает турбину, приводимую в движение жидкостной линией в трубе. Основным предназначением турбины является замена традиционных редукционных клапанов в подобной трубопроводной сети снабжения питьевой водой. При наличии такой редукционной турбины можно с пользой применить энергию, если турбина будет приводить в движение генератор. Генератор может подавать электроэнергию потребителям нескольких типов. При помощи несложной схемы генератор может обеспечивать нагрузку, подобную нагревательному элементу, источнику электрического света или мотору электровентилятора с целью локального использования энергии. Также можно подключить генератор к электрораспределительной сети, питание к которой в основном поступает от крупной электростанции, и тогда энергия, производимая генератором, может стать полезным дополнением. Таким образом, генератор может быть подключен к обычной электрораспределительной сети. Преимущество такого решения в том, что оно не требует реорганизации трубопровода, поскольку осуществляется только перестановка редукционного клапана и не занимает места больше, чем редукционный клапан. Так, его можно устанавливать в существующих трубопроводных сетях, таких как сеть водоснабжения населения.

В отличие от многих других турбин, описанную в νθ 2008/004880 турбину в случае падения сети останавливать не следует, поскольку при падении сети потеря или снижение давления, например, питьевой воды в водопроводе нежелательно. Впоследствии может возникнуть проблема, при которой обеспечивающий подачу энергии генератор приведет к секционированию участка, в котором произошло падение сети. Здесь кроется опасность для обслуживающего персонала, полагающего, что участок обесточен вследствие падения сети, в то время как сеть по-прежнему будет под напряжением от работающего генератора. Иногда при падении сети редукционная турбина, описанная в νθ 2008/004880, с генератором выполняют функцию резервного блока питания. В таком случае может потребоваться, чтобы была возможность настройки подаваемого генератором напряжения вместо обеспечения максимального объема. В другом случае может быть необходимо, чтобы подача воды и контроль напора продолжали беспрепятственно функционировать. Производимая энергия должна обеспечивать локальные потребности, а избыточную энергию следует перенаправлять в иную форму, отличную от электрической.

Нагрузка на генератор, приводимый в движение редукционной турбиной, регулируется согласно потребности снижения давления, а не в зависимости от потребности в электроэнергии. Поэтому генератор подключается к альтернативному потребителю на случай падения рабочей нагрузки или если не удается достичь необходимого снижения давления при текущей рабочей нагрузке.

Использование одного или более нагрузочных резисторов известного типа может устранить описанные проблемы в работе редукционной турбины. Нагрузочный резистор может, к примеру, иметь воздушное охлаждение. Однако этот вариант имеет и недостаток, поскольку требует дополнительного оснащения генератора. В известных решениях нагрузочный резистор рассчитан на кратковременное использование, поскольку через несколько секунд турбина останавливается механическим тормозом, или поток воды снизится или будет перекрыт. Ввиду того что редукционная турбина будет продолжать работать и при падении сети, поставляя воду в нужном количестве под заданным давлением; следует предполагать, что производство энергии не должно останавливаться даже при падении сети. Это значит, что изолированная работа является необходимым режимом для редукционных турбин.

Стандартное количество энергии, получаемой одним или несколькими нагрузочными резисторами, подключенными к подобной турбине, составляет 20-500 кВт. Таким образом, нагрузочному резистору с воздушным охлаждением потребуется некоторое пространство и хорошая вентиляция, включающая вентиляторы и воздушные каналы. Нагрузочный резистор с жидкостным охлаждением занимает меньше места. У нагрузочных резисторов с жидкостным охлаждением есть одна известная проблема - на пластине теплообменника резистора или между соединениями труб нагрузочных резисторов образуются полости, чистоту которых сложно поддерживать, также в этих полостях может образовываться биопленка. Зачастую такие нагрузочные резисторы оснащаются моторами для обеспечения работы вентиляторов и насосов, повышая, таким образом, требования к техническому обслуживанию и снижая техническую надежность, поскольку при падении сети они могут остановиться, как раз когда они нужны. Нагрузочные резисторы с воздушным или жидкостным охлаждением усложняют установку редукционной турбины. Это связано с большими капиталовложениями, при этом установка такой редукционной турбины может не окупиться.

Поэтому следует устанавливать на генераторы с турбинным приводом простые нагрузочные резисторы, снижающие давление в жидкостной линии. Под жидкостной линией имеется в виду жидкость, частично или целиком заполняющая площадь поперечного сечения трубы. Предпочтение отдается несжимаемым жидкостям, например воде или маслу, но далеко не только им. Жидкость может быть и газом.

- 2 023538

Сущность изобретения

Цель изобретения состоит в устранении, или, по крайней мере, снижении недостатков прежнего уровня техники, или хотя бы в предоставлении полезной альтернативы известному уровню техники. Следовательно, цель изобретения состоит в предоставлении резистора электрической нагрузки, способного стать альтернативой генератору, и там, где нагрузочный резистор может использоваться самостоятельно или под рабочей нагрузкой.

Цель достигается благодаря характеристикам, перечисленным в описании, и дополнительным требованиям.

Нагрузочный резистор легко устанавливается на редукционную турбину, он имеет простой дизайн и прост в обслуживании, а также не занимает много места.

Нагрузочный резистор должен быть в состоянии обеспечивать полную мощность редукционной турбины в течение длительного времени.

Согласно изобретению в устройстве нагрузочного резистора электрическая энергия, поступающая от генератора, преобразовывается в тепло сама по себе. На удивление удачной оказалась передача тепла от нагрузочного резистора рабочей жидкости турбины как по ходу, так и против хода турбины, а также через корпус турбины. Благодаря использованию рабочей жидкости в качестве охлаждающей жидкости нагрузочного резистора был получен эффект охлаждения, сопряженный с производством энергии. Чем больше сквозной поток, тем больше объем производимой энергии и тем выше эффективность охлаждения нагрузочного резистора при падении сети. Это снижает границы безопасности при определении параметров нагрузочного резистора. В дальнейшем термин рабочая жидкость будет означать жидкость, приводящую турбину в движение. Рабочая жидкость может быть охлаждающей жидкостью. К понятию рабочей жидкости относится также жидкость, выходящая из турбины.

Во избежание прямого контакта электрического элемента с рабочей жидкостью передача тепла может осуществляться путем теплообмена: где охлаждающая жидкость получает тепло через электрический элемент нагрузочного резистора и отдает это тепло рабочей жидкости. Передача тепла может также происходить путем касания электрических элементов внешней стороны стенки трубы, изготовленной из материала с хорошей теплопроводностью, причем рабочая жидкость проходит внутри стенки трубы, соприкасаясь с ней.

Электрические элементы или элементы теплообменника могут быть размещены в заполненном жидкостью кольцевом канале, между трубой, проводящей рабочую жидкость, и наружным корпусом.

Положительным может быть эффект от гальванической изоляции электрического элемента от генератора. Проще всего это можно сделать при помощи трансформатора, а необходимый переменный ток можно получить за счет использования генератора переменного тока или преобразователя постоянного тока в переменный, если генератором является динамо. Преимущество использования преобразователя заключается в возможности выбора частоты переменного тока. Известны случаи использования таких преобразователей вместе с генератором переменного тока, когда электрический ток выпрямляется и переходит в переменный. Преимущество такой установки в том, что частота переменного тока не зависит от скорости вращения генератора. Еще одно преимущество заключается в возможности увеличения частоты переменного тока с целью уменьшения размера подключенного трансформатора.

В первом аспекте изобретение относится к нагрузочному резистору для генератора, приводимого в движение турбиной в жидкостной линии, где нагрузочный резистор имеет не менее одного электрического элемента, связанного для проведения тепла с рабочей жидкостью турбины.

Электрический элемент нагрузочного резистора может иметь теплопроводное соединение со стенкой теплопроводной трубы, вмещающей рабочую жидкость. Стенка теплопроводной трубы может быть изготовлена из металла.

Электрический элемент нагрузочного резистора может быть помещен в кольцевой канал, одна стенка которого является частью стенки теплопроводной трубы, вмещающей рабочую жидкость. В кольцевом канале может быть охлаждающая жидкость, а электрический элемент может иметь теплопроводное соединение с охлаждающей жидкостью. Охлаждающей жидкостью может быть тепло- и огнестойкая жидкость. Примером тепло- и огнестойкой жидкости является трансформаторное масло в чистом виде.

Продольное направление кольцевого канала в рабочем положении может быть почти полностью вертикальным. Преимущество заключается в следующем: охлаждающая жидкость в кольцевом канале может создавать конвекционный поток, в котором самая горячая жидкость идет вверх по стенке трубы, охватывая рабочую жидкость, а охлажденная жидкость образует обратный поток по внешней стенке кольцевого канала. Наибольшая эффективность достигается, если самая горячая охлаждающая жидкость идет в направлении, отличном от направления потока рабочей жидкости, а еще лучше, если охлаждающая жидкость идет в направлении, противоположном направлению потока рабочей жидкости.

В альтернативном варианте вертикальный кольцевой канал может иметь независимую расширительную камеру, используемую при температурном расширении охлаждающей жидкости. Кольцевой канал с горизонтальной ориентацией может быть соответственно оснащен расширительной камерой.

В другом альтернативном варианте исполнения нагрузочный резистор может иметь электрический элемент с индуктивным соединением. Часть стенки трубы может включать в себя электрический элемент

- 3 023538 с индуктивным соединением. В еще одном альтернативном варианте исполнения часть корпуса турбины может включать в себя электрический элемент с индуктивным соединением.

Нагрузочный элемент может быть оснащен множеством электрических элементов, причем электрические элементы будут подключены к разным фазам и подключены параллельно. Преимущество этого варианта в следующем: при большой силе тока несколько электрических элементов могут быть параллельно подключены в каждой фазе.

Можно оснастить генератор блоком управления для распределения производимой им электрической энергии между электрораспределительной сетью и нагрузочным резистором. Преимущество в следующем: в обычном режиме работы производимая генератором электроэнергия поступает на обычную электрораспределительную сеть. При падении сети турбина может беспрепятственно продолжать свою работу, притом производимая энергия может направляться к одному или нескольким электрическим элементам нагрузочного резистора с целью использования производимой энергии для нагрева рабочей жидкости. Блок управления может быть настроен так, чтобы в случае падения сети турбина и ее генератор выполняли роль резервного блока питания. Блок управления может быть настроен на измерение напряжения и частоты локальной сети, выполняющей роль резервного блока питания и подающей электроэнергию соответствующим образом, при этом избыточная энергия будет подаваться на нагрузочный резистор.

Редукционная турбина нередко будет передавать генератору постоянно меняющуюся скорость вращения. Следовательно, переменный ток, поступающий от генератора, необходимо преобразовывать в переменный ток с фиксированной частотой (как правило, 50 или 60 Г ц) для обеспечения обычных потребителей энергии. Для этого можно использовать частотный преобразователь. После подключения нагрузочного резистора с резистивным элементом к генератору вывод переменного тока больше не будет зависеть от частотного преобразователя, необходимого для снижения давления в жидкостной линии. Это даст возможность нагружать генератор и, таким образом, снижать давления в жидкостной линии, даже если частотный преобразователь перестанет функционировать.

В качестве рабочей жидкости можно использовать водопроводную питьевую воду или масло.

Во втором аспекте изобретение относится к модификации, в которой турбину приводит в действие рабочая жидкость в сети, где турбина оснащена генератором, рассчитанным на обеспечение электроэнергией электрораспределительной сети через блок управления, чтобы в случае падения сети блок управления направлял производимую электрическую энергию на нагрузочный резистор, оснащенный как минимум одним электрическим элементом, имеющим теплопроводное соединение с рабочей жидкостью турбины.

Блок управления может быть установлен известным способом, аналогично резервной системе, для измерения электрического напряжения и частоты в локальной электрораспределительной сети, где электроэнергия соответствует измеренному напряжению и постоянной избыточной энергией нагрузки.

Перечень чертежей

Далее приведены примеры предпочтительных вариантов реализации, изображенных на чертежах, на которых показано:

на фиг. 1 - известная структурная схема трехфазного генератора переменного тока с соединенными звездой электрическими элементами;

на фиг. 2 - известная структурная схема трехфазного генератора переменного тока с соединенными треугольником электрическими элементами;

на фиг. 3 - известная структурная схема трехфазного генератора переменного тока с частотным преобразователем питания константного переменного тока при различной скорости вращения турбины;

на фиг. 4 - известная структурная схема генератора переменного тока с электрическим элементом, состоящим из индуктивного элемента;

на фиг. 5 - известная структурная схема трехфазного генератора переменного тока с частотным преобразователем и электрическим элементом, состоящим из индуктивного элемента;

на фиг. 6А, 6В схематически показано изобретение для нагрузочного резистора в теплопроводном соединении с рабочей жидкостью;

на фиг. 7 в разрезе - перспектива электрического элемента нагрузочного резистора в теплопроводном соединении с рабочей жидкостью;

на фиг. 8 - структурная схема генератора переменного тока с относящимся к нему электрическим элементом в соответствии с фиг. 6, 7;

на фиг. 9 - структурная схема генератора переменного тока с относящимся к нему электрическим элементом индуктивного типа в теплопроводном соединении с рабочей жидкостью.

- 4 023538

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для лучшего понимания примеров вначале рассматриваются прототипы. На фиг. 1 показан трехфазный генератор переменного тока С2, обеспечивающий электроэнергией электрические цепи, в которых присутствуют соединенные звездой электрические элементы К2Л, К2В и К2С, по одному электрическому элементу на каждую фазу. На фиг. 2 показан трехфазный генератор переменного тока 03, обеспечивающий электроэнергией электрические цепи, в которых присутствуют соединенные треугольником электрические элементы К3Л, К3В и К3С, по одному электрическому элементу на каждую фазу. Также известно, что при больших выходных мощностях для каждой фазы допускается использование нескольких электрических элементов, параллельно соединенных между собой.

Работающий с различными скоростями генератор будет снабжать переменным током с различными частотами и напряжением. Особенно будут разниться частоты. Большинству потребителей энергии необходим переменный ток с фиксированной частотой - 50 или 60 Гц. Для производства переменного тока с напряжением и частотой, необходимыми электрораспределительной сети, вместе с генератором используется так называемый частотный преобразователь. На фиг. 3 показана известная упрощенная схема генератора с частотным преобразователем; турбину М4 в движение приводит рабочая жидкость, обозначенная стрелками. Турбина М4 механически соединена с трехфазным генератором 04, который при этом производит трехфазную энергию. Трехфазный электрический ток выпрямляется при помощи диодов на мостовом выпрямителе Ό4. Затем постоянный ток из мостового выпрямителя Ό4 поступает в конденсатор С4. После чего постоянный ток преобразовывается в переменный с фиксированной частотой в модуле транзистора большой мощности Т4 под управлением электронного блока управления К4. Таким образом, удается удерживать частоту производимого переменного тока стабильной на К4, при этом скорость вращения генератора 04, а значит и частота, может меняться.

Также известно, что вместо подключенного напрямую резистивного элемента для преобразования электрической энергии в тепловую можно использовать индуктивный элемент - технология, используемая в индукционном нагревании плит, плавильных печей и т.д. На практике существует великое множество малых электрических элементов, каждый из которых преобразовывает в тепло вихревые токи, которые в свою очередь возбуждаются на электропроводных материалах при воздействии на них переменного электромагнитного поля. Эквивалентная схема индукционного нагревания представлена на фиг. 4. Электрический элемент К1 соединен с источником переменного тока 01 посредством двух катушек 81А и 81В. 81А представляет собой обычную обмотку, а 81В является эквивалентом нагреваемого материала. К1 аналогичен электрическому сопротивлению и поглощает потери по вихревому току. Так, на фиг. 4 показан электрический элемент, работающий от индуктивно подключенного нагрузочного резистора. Таким образом, электрический элемент работает под нагрузкой как при прямом, так и при индукционном подключении.

На фиг. 5 приведена структурная схема, согласно которой индуктивно подключенный электрический элемент используется вместо электрического элемента, подключенного напрямую. Турбину М5 в движение приводит рабочая жидкость, обозначенная стрелками. Турбина М5 механически соединена с трехфазным генератором 05, который при этом производит трехфазную энергию. Ток выпрямляется при помощи диодов на мостовом выпрямителе Ό5. Затем постоянный ток из мостового выпрямителя Ό5 поступает в конденсатор С5. При помощи блока транзистора большой мощности Т5 под управлением электронного блока управления К5 напряжение постоянного тока меняется на высокочастотное напряжение переменного тока. После чего одновитковая обмотка 85А, намотанная на магнитный материал, будет возбуждать вихревой ток, преобразовываемый в тепло, как показано на примере обмотки 85В и сопротивления вихревого тока К5. Имея высокую частоту переключения, можно обойтись без магнитных материалов, таких как алюминий или титановые сплавы для К5. Человек, хорошо знакомый с этой технологией, увидит, что между фиг. 4 и 5 много общего; следовательно, решение, в котором используются индуктивно подключенные электрические элементы, может с легкостью быть интегрировано в решение с частотным преобразователем, тем самым оставив силовую электронику индуктивно подключенному электрическому элементу К5.

Далее изобретение будет описано в контексте фиг. 6-9.

На фиг. 6А, 6В позиционный номер 1 указывает на нагрузочный резистор, согласованный с изобретением. Жидкостная линия 2, по которой протекает рабочая жидкость 22, направление течения которой отмечено стрелкой, пропускает рабочую жидкость 22 через турбину 3. Турбина 3 приводит в движение генератор 5 посредством вала 4. Электрическая энергия, производимая генератором 5, передается в электрораспределительную сеть 6 при помощи блока управления 62, причем блок управления 62 может быть представлен мостовым выпрямителем, конденсатором, модулем транзистора большой мощности и системой управления. Блок управления 62 находится в электропроводящей связи с нагрузочным резистором 10, охватывающим часть жидкостной линии 2 посредством кабеля 64. На фиг. 6А нагрузочный резистор 10 охватывает горизонтальный сегмент жидкостной линии 2, а на фиг. 6В нагрузочный резистор 10 охватывает вертикальный сегмент жидкостной линии 2.

Один из вариантов применения нагрузочного резистора 10 представлен на фиг. 7. Нагрузочный резистор 10 охватывает сегмент жидкостной линии 2. Рабочая жидкость 22 протекает по жидкостной линии

- 5 023538 по направлению стрелки. Кольцевой канал 12 образован вокруг сегмента жидкостной линии 2, при этом жидкостная линия 3 являет собой одну из стенок кольцевого канала 12, коаксиальным внешним корпусом 14, изолированным от жидкостной линии 2 по меньшей мере одной торцевой стенкой 16. Сегмент жидкостной линии 2, завернутый в корпус 14, состоит (по крайней мере, в зоне сегмента) из теплопроводного материала, такого как металл. Сегмент жидкостной линии 2 в корпусе 14 имеет электрический элемент 18 в виде продольного электрического резистивного элемента. Электрический элемент 18 закреплен на жидкостной линии 2 таким образом, чтобы между электрическим элементом 18 и теплопроводным материалом жидкостной линии 2 был хороший теплопроводный контакт. Электрический элемент 18 как есть соединен с блоком управления 62 скрытыми электрическими кабелями. Из соображений безопасности, а также во избежание травмирования персонала с внешней стороны корпуса 14 предусмотрен изоляционный материал 17 известного типа, а изоляционный материал 17 армирован облицовочным материалом 19, который помогает изоляционному материалу 17 оставаться на месте на корпусе 14.

Как показано на фиг. 6А, нагрузочный резистор может охватывать горизонтальный сегмент жидкостной линии 2. В данном варианте кольцевой канал 12 определяется двумя торцевыми стенками 16. Как показано на фиг. 6В, нагрузочный резистор может охватывать вертикальный сегмент жидкостной линии

2. В данном варианте кольцевой канал 12 определяется нижней торцевой стенкой 16. Желательно, чтобы в верхнем конце кольцевого канала 12 была расширительная камера (на фигуре отсутствует), которая может быть открыта либо закрыта верхней торцевой стенкой 16.

В кольцевом канале 12 может присутствовать инертная теплопроводная охлаждающая жидкость, например трансформаторное масло.

На фиг. 8 показана структурная схема реализации примера, приведенного на фиг. 7. Турбину 3 в движение приводит рабочая жидкость 22, обозначенная стрелками. Турбина 3 механически соединена с трехфазным генератором, который при этом производит трехфазную энергию. Ток выпрямляется при помощи диодов на мостовом выпрямителе. Затем постоянный ток из мостового выпрямителя поступает в конденсатор. После чего напряжение постоянного тока преобразовывается в переменный ток с фиксированной частотой в модуле транзистора большой мощности Т8В под управлением электронного блока управления К8. Также электронный блок управления К8 управляет модулем транзистора большой мощности Т8А, способным обеспечивать переменным током электрический элемент 88. Человек, хорошо знакомый с этой технологией, увидит, что на каждую фазу может приходиться по одному электрическому элементу, а электрический элемент 88 может состоять из нескольких параллельно соединенных электрических элементов. При падении сети блок управления К8 может направлять всю производимую электроэнергию на электрический элемент 88. При падении сети блок управления К8 может также направлять часть производимой электроэнергии на локальную сеть через модуль транзистора большой мощности Т8В согласно измеренному напряжению. В таком случае турбина 3 будет выполнять роль резервного блока питания и функционировать в изолированном режиме. Блок управления К8 будет направлять всю избыточную электроэнергию на электрический элемент 88. В результате турбина 3 может продолжать работать, а падение сети не повлияет на объем рабочей жидкости 22, проходящей через турбину 3.

Альтернативный вариант применения нагрузочного резистора 10 приведен на фиг. 9. Электрический элемент 18 состоит из электрического элемента с индуктивным соединением, как было показано на фиг. 4 и 5. На фиг. 9 электрический элемент К.7 изображен как часть стенки трубы 24 в жидкостной линии 2. То есть, охлаждение электрического элемента К7 осуществляется непосредственно за счет рабочей жидкости 22. Преимущество в следующем: рабочая температура электрического элемента К7 ниже, чем если бы электрический элемент 18 был расположен с внешней стороны стенки трубы 24, по аналогии с непосредственно соединенным электрическим элементом 18, как показано на фиг. 7 и 8. Можно использовать стандартный изолированный электрический вывод, подключенный напрямую к жидкостной линии 2. За счет этого можно отказаться от резистивных сплавов, нуждающихся в специальной высокотемпературной изоляции и разъемах.

Релейный блок/блок управления К7 может переключаться между выводом с частотного преобразователя Т7, подключенного к электрораспределительной сети 6 в обычном режиме, или подключением к индуктивному электрическому элементу К7 в случае падения сети. Помимо необходимости в дополнительных схемах управления эффективностью К7 через Т7 при неработающей электрораспределительной сети 6, решение может состоять в использовании обычного генератора с частотным преобразователем, как это показано на фиг. 3.

Реле или соответствующая функция также должны использовать соединенный напрямую электрический элемент 18, как показано на фиг. 8, чтобы количество дополнительных компонентов в большей степени соответствовало решению на фиг. 8.

Использование электрического элемента с индуктивным соединением 18 обеспечивает простую механическую конструкцию. Использования так называемых жаропрочных материалов, т.е. материалов, способных выдерживать высокие рабочие температуры в течение длительного времени, стараются избегать. Потребность в хорошем температурном контакте между жидкостной линией 2 и электрическим элементом 18 отсутствует. Определенное нагревание будет наблюдаться в обмотке 87, однако оно отно- 6 023538 сительно невелико по сравнению с площадью поверхности, находящейся в контакте со стенкой трубы 24, поэтому не составляет труда поддерживать низкой рабочую температуру обмотки §7.

В другом варианте (на фигуре отсутствует) электрический элемент 18 может содержаться в самом корпусе турбины 3, если это металлический корпус. Это дает возможность интеграции и обеспечивает компактность установки.

В другом варианте (на фигуре отсутствует) электрический элемент 18 может быть расположен внутри жидкостной линии 2. В таком варианте реализации электрический элемент 18 может включать в себя резистивный элемент, находящийся в прямом контакте с рабочей жидкостью 22.

В примерах нагрузочный резистор 10 расположен по ходу турбины 3, приводимой в движение жидкостью. Преимущество заключается в том, что жидкостная линия 2 в этом сегменте заполнена рабочей жидкостью 22, которая в случае возможного отключения турбины 3 может нагреваться. Как уже упоминалось ранее, нежелательно отключать редукционную турбину, а нагрузочный резистор 10 может быть размещен и против хода турбины 3 (на фигуре отсутствует). В таком варианте в состав рабочей жидкости 22 входит жидкость, вытекающая из турбины 3.

Человеку, знакомому с этой технологией, известно, что описанные примеры можно сочетать следующим образом, используя блок управления, который будет направлять производимую между локальной сетью и электрическим элементом 18 электроэнергию так, чтобы электрический элемент 18 мог быть резистивным, индуктивным или емкостным электрическим элементом 18, а электрический элемент мог располагаться как по ходу, так и против хода турбины 3.

Claims (13)

1. Система производства электрической энергии, содержащая турбину (3), выполненную с возможностью приведения в движение посредством рабочей жидкости (22), протекающей по жидкостной линии;

генератор (5), механически соединенный с турбиной и выполненный с возможностью производства электрической энергии, передаваемой в электрораспределительную сеть (6);

нагрузочный резистор (10);

отличающаяся тем, что в ней предусмотрен блок (62) управления для генератора (5), выполненный с возможностью распределения электрической энергии, производимой генератором, между электрораспределительной сетью (6) и нагрузочным резистором (10), при этом нагрузочный резистор (10) имеет как минимум один электрический элемент (18), выполненный с возможностью введения в теплопроводное соединение с рабочей жидкостью (22), протекающей по жидкостной линии.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический элемент (18) находится в теплопроводном соединении с теплопроводной стенкой трубы (24), охватывающей рабочую жидкость (22).

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагрузочный резистор (10) имеет кольцевой канал (12), окружающий сегмент теплопроводной стенки трубы (24), которая, в свою очередь, охватывает рабочую жидкость (22), при этом кольцевой канал (12) заполнен охлаждающей жидкостью, а электрический элемент (18) находится в теплопроводном соединении с охлаждающей жидкостью.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используется тепло- и огнестойкая жидкость.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что продольное направление кольцевого канала (12) в рабочем положении имеет почти полностью вертикальное положение.

6. Система по п.3, отличающаяся тем, что кольцевой канал (12) имеет расширительную камеру.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический элемент (18) является электрическим элементом с индуктивным соединением.

8. Система по п.3, отличающаяся тем, что часть стенки трубы (24) включает в себя электрический элемент с индуктивным соединением (18).

9. Система по п.7, отличающаяся тем, что часть корпуса турбины включает в себя электрический элемент с индуктивным соединением (18).

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагрузочный резистор (10) оснащен несколькими электрическими элементами (18), электрические элементы (18) подключаются к разным фазам и электрические элементы (18) могут быть подключены параллельно.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочей жидкости (22) используется трубопроводная вода или масло.

12. Способ производства электрической энергии с помощью системы по п.1, содержащий следующие этапы:

подача рабочей жидкости (22) в жидкостную линию, ведущую к турбине (3);

введение рабочей жидкости (22) в теплопроводное соединение по меньшей мере с одним электрическим элементом (18), расположенным в нагрузочном резисторе (10), входящем в систему производства электрической энергии;

производство электрической энергии посредством генератора (5), механически соединенного с тур- 7 023538 биной (3);

управление блоком (62) управления, входящим в систему производства электрической энергии, таким образом, что в случае нормальной работы производимую электрическую энергию передают в электрораспределительную сеть (6), а в случае уменьшения нагрузки в сети производимую электрическую энергию направляют на нагрузочный резистор (10).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что блок управления (62) может быть настроен на измерение электрического напряжения в локальной электрораспределительной сети, обеспечение локальной электрораспределительной сети электроэнергией и на передачу избыточной энергии на нагрузочный резистор (10).