FI107347B - Juoksevan veden ympäröimään säiliöön sijoitetun generaattorin jäähdytysjärjestelmä - Google Patents

Description

107347

Juoksevan veden ympäröimään säiliöön sijoitetun generaattorin j äähdytysjärjestelmä

Keksintö koskee jäähdytysjärjestelmää juoksevan 5 veden ympäröimään säiliöön sijoitettuun generaattoriin, erityisesti suoravirtaturbiinigeneraattoriin tai turbo-generaattoriin, jonka säiliön sisällä on ilma-nesteläm-mönvaihdin ja jonka nestepuoli liittyy johtoihin.

Generaattoria pyörittää tällöin turbiini.

10 Tekniikan taso tuntee tällaisten generaattorien jäähdytysjärjestelmien kaksi pääryhmää: 1) ilmajäähdytysjärjestelmät ja 2) nestejäähdytysjärjestelmät.

Ilmajäähdytysjärjestelmiä tunnetaan kahdenlaisia: 15 a) raitisilmajäähdytysjärjestelmät, joissa jäähdytettävä generaattori on sijoitettu suhteellisen suuren kuilun alapuolelle, niin että poistoilma pääsee poistumaan kuilun kautta ylöspäin, jolloin viileä raitis ilmakin voidaan ohjata generaattoriin kuilun kautta. Tällaisten järjestel-20 mien haittana on se, etteivät ne ole erityisen tehokkaita ja että ne ovat voimakkaasti riippuvaisia ympäristöolosuhteista, kuten ilman lämpötilasta. Lisäksi ne vaativat suhteellisen suuren rakennustilavuuden kuilun kohdalla, mikä pienentää turbiiniin tulevan veden virtaukseen käytettä-25 vissä olevaa poikkipintaa; b) kiertoilmajäähdytysjärjestelmät (ripajäähdytys), joissa generaattorin runko tai säiliö, jossa generaattori vedessä on, on toteutettu kaksinkertaisena generaattorin poistoilman puhaltamiseksi kuorten välistä, jotta se jääh-30 tyisi juoksevan veden jäähdyttämällä säiliön ulkokuorella.

*· Tämä järjestelmä välttää tosin a) :n haitat, mutta vaatii jonkinlaisia mekaanisia ponnistuksia kaksoiskuorta valmistettaessa, koska se pitää valmistaa hitsattujen tukilevy-jen avulla. Kaksoiskuorenhan pitää jäähdytystehtävänsä 35 ohella ottaa hoidettavakseen myös säiliön mekaaninen tuen- 2 - ! 1073'·7 ta. Ennen kaikkea etuosassa esiintyy yleensä suuria meksjc -nisiä kuormituksia, niin että ulompi, juoksevan veden pi|c -leinen kuori pitää lisäksi valmistaa suhteellisen paksulta teräslevystä, mikä puolestaan aiheuttaa epäsuotuisan llin-5 mönsiirtymisarvon kuumentuneesta poistoilmasta juoksevsj.cn veteen.

Nestejäähdytysjärjestelmiäkin on kahta oleellista tyyppiä: a) raikasvesijäähdytys, jossa vesijohto- tai kaivovettä 10 pumpataan säiliön putkien kautta ilma-vesijäähdyttimsjen poistolämmön ottamiseksi generaattorin poistoilmasta. NJjin lämmitetty raikas vesi ohjataan turbiinin poistoveteen;; b) pintajäähdytys, jossa jäähdytysnestettä pumpataan suljetussa jäähdytysjärjestelmässä kaksikuorisen generaattäc - 15 rin rungon, joka vastaa samanaikaisesti veden alle sijoitettua suoravirtaturbiinigeneraattorin vastaanottavaa säji -liötä, ja ilma-vesijäähdyttimen läpi. Generaattorin pois -toilma jäähdytetään tällöin ilma-vesijäähdyttimellä, ja sitä käytetään generaattorin jäähdytykseen, kun taas jääjfc-2 0 dyttimessä lämmitetty vesi luovuttaa lämpönsä rungon tai säiliön ulkokuoren kautta juoksevaan veteen. Tällairjen rakenne on kuvattu hakijan EP-hakemusjulkaisusjsa i [ 1 444 039. Vaikka tällainen rakenne on erittäin tehokajs, sillä on kuitenkin 1 b):ssä esitetyt haitat. Tällaisien 25 jäähdytysjärjestelmän kapasiteetti rajoittuu lisäksi generaattorin säiliön käytettävissä olevaan ja käyttökelpoiseen sisäpintaan. Kaksoiskuori lisää toisaalta viejiä säiliön vaikuttavaa poikkipintaa juoksevassa vedessä, mitkä johdosta käyttökelpoinen virtauspoikkipinta annetulla 30 putken halkaisijalla pienenee.

Keksinnön tehtävänä on siis mainitusta tekniikan tasosta lähtien poistaa mainitut ongelmat ja luoda vastaava uusi jäähdytys ja erityisesti uusi jäähdytetty stc-ravirtaturbiinigeneraattori. Uuden jäähdytyksen tulee olla 35 yksinkertainen eikä sen tule, sikäli kuin mahdollistä, i 107347 3 vaikuttaa säiliön mekaaniseen kantorakenteeseen. Sen tulee, sikäli kuin mahdollista, tulla toimeen vähillä laitteilla ja olla käytettävissä halkaisijaltaan mitä erilaisimmissa turbiineissa (yleisesti) . Lisäksi niiden tulee 5 olla edullisesti valmistettavissa.

Tehtävät ratkaistaan esimerkiksi ensinnäkin suora-virtaturbiinigeneraattorin jäähdytysjärjestelmällä, jossa säiliön tai generaattorin rungon sisällä on ilma/nesteläm-mönvaihdin, jonka nestepuoli liittyy johtoihin, jolloin 10 johdot johtavat suljetussa järjestelmässä ainakin yhteen neste/nestelämmönvaihtimeen, joka on säiliön ulkopuolella lämpöä johtavassa yhteydessä juoksevaan veteen.

Uudenlainen jäähdytys yhdistää yllättävän yksinkertaisella tavalla yhdistetyn neste/ilmajäähdytyksen varman 15 poistolämmön kuljetuksen ja jäähdytysnestejohtojen mahdol lisiin jäähdytysilmajohtoihin verrattuna pienen koon suhteen tarjoamat edut ja yksinkertaisesti valmistettavissa olevan neste/nestelämmönvaihtimen edut, jollainen voi sinänsä olla tavallinen muilla käyttöalueilla. Keksinnön 20 mukaan tämä lämmönvaihdin ei ole enää säiliön osa, niin että molemmat voidaan parhaalla mahdollisella tavalla suunnitella toimintavaatimusten mukaisiksi. Säiliön seinämät voidaan suunnitella ottamatta huomioon lämmönjohto-ongelmia ja neste/nestelämmönvaihdin voidaan suunnitella 25 parhaaksi mahdolliseksi lämmönvaihtimeksi sen tarvitsemat ta osoittaa generaattorin rungon tai generaattorin veden alla olevan säiliön mekaanista lujuutta (hydrauliset, mekaaniset ja tärinäkuormitukset). Suunnittelijalla on keksinnön puitteissa jonkinlainen vapaus valita paras mahdol-30 linen paikka lämmön johtamiseksi juoksevaan veteen. Hän tekee sen kulloistenkin rakenteellisten ja paikallisten näkökohtien mukaisesti. Neste/nestelämmönvaihtimen sijoituspaikan valinnasta seuraa kulloinkin erityisiä etuja.

4 10734:’

Jos neste/nestelämmönvaihdin on sijoitettu generaattorin verhoukseen tulokuilun kohdalle, jäähdytysneje-tejohtojen reitit ovat lyhyet.

Jos se on sijoitettu generaattorin tulokuilun ja 5 turbiinin tulokuilun väliin tai se muodostaa ainakin osjan kuilujen välisestä yhdysseinästä, tähän asti olemassa ollut tila, joka virtausteknisistä syistä tähänkin asti en ollut verhottu paineettomasti, varustetaan eräänlaisella verhouksella, jonka lisävaikutuksena on lämmön johtaminen. 10 Tämän alueen paineettomuuden ansiosta (juokseva vesi en suorassa yhteydessä kuilujen väliseen tilaan) mekaaniset kuormitukset ovat siellä suhteellisen vähäisiä. Juokseman veden vapaa poikkipinta ei lisäksi pienene.

Jos generaattorin neste/nestelämmönvaihdin on sen 15 sijaan kiinnitetty säiliön sivulle sen jalustaan, jolloin johdot on viety ensi sijassa jalustan seinän läpi, sinnekin syntyy lyhyet johtojen liitosreitit ja vakaa asennusmahdollisuus . Lisäksi on varmaa, että juokseva veisi jäähdyttää generaattoria veden ollessa matalallakin, jdl-20 loin vesijohtokanava ei mahdollisesti ole aivan täynnä.

Jos se on sen sijaan asennettu vesijohtokanavan seiniin, syntyy tosin pitempiä johtoreittejä, mutta generaattorin säiliöön kiinnityksestä poiketen voidaan laskea eduksi vähäisempi tärinä. Lisäksi vältetään säiliöstä suo-25 raan ulos luovutettavan lämmön mahdollinen vaikuttaminjen lämmönvaihtimen lämmön johtamiskäyttäytymiseen.

Keksinnön puitteissa pysyvät kuitenkin myös mielivaltaiset ratkaisut, joissa esimerkiksi imuputken käsittävään vesijohtokanavaan on sijoitettu vapaaseen poikki-30 pintaan - esimerkiksi imuputkeen - tuet, jotka pitäiät neste-nestelämmönvaihtimen kohdassa, jossa juoksevan veden virtausnopeus on suuri.

Jos neste/nestelämmönvaihdin on asennettu turbiinin ohjausrakenteen kohdalle, jossa juoksevan veden v:ir- 107347 5 tausnopeus on suuri, etuna on juoksevan veden suuri virtausnopeus, joka johtaa parempaan lämmön johtumiseen.

A

Edullinen on jäähdytysjärjestelmä, jossa neste/nes-telämmönvaihdin on lämmönjohtokyvyltään hyvää metallia, 5 esimerkiksi alumiinia tai alumiiniseosta - erityisesti alumiinin ja kuparin ja/tai nikkelin korrodoitumatonta seosta. Juoksevan veden tietyt syövyttävät nesteet eivät näin ollen voi vahingoittaa neste/nestelämmönvaihdinta. Päällysteet, kuten eloksaali ovat myös mahdollisia. Läm-10 mönvaihtimet voivat olla täysin ruostumatonta terästä, koska lämmönsiirtymisvastus voidaan tällöin keksinnön mukaan pitää pienen seinämän paksuuden johdosta pienenä, seinämänhän pitää ottaa vastaan vain vähäisiä mekaanisia (hydraulisia) voimia.

15 Edullista on, jos jäähdytysnesteen nopeamman ilma- vesi jäähdytt imen ja neste/nestejäähdyttimen välisessä kierrossa kuljetuksen aikaansaamiseksi käytetään pumppuja, jotka on sijoitettu ensi sijassa säiliön ulkopuolelle. Sijoitusta säiliön sisäpuolelle ei pidetä edullisena, 20 jos säiliön sisällä voi esiintyä tärinöitä, jotka voivat aiheuttaa laakerivaurioita pumppujen mahdollisissa käyttölaitteissa.

Keksinnön mukaisen jäähdytysjärjestelmän käsittävälle suoravirtaturbiinigeneraattorille on tunnusomaista 25 kompaktius generaattorin säiliön seinämien sisäpuolella.

Keksintö käsittää luonnollisesti myös keksinnön mukaisen jäähdytysjärjestelmän käsittävät, säiliössä olevat generaattorien ja hammasvaihteistojen yhteet tai kui-lugeneraattorit. Tällaisilla generaattoreilla on myös aja-30 teltavissa, että jäähdytys jaetaan kahtia generaattorin ja » hammas vaihteiston mahdollisten erilaisten j äähdytys tarpeiden huomioimiseksi.

Keksintö kattaa myös jäähdytysyhdistelmät, joissa on esimerkiksi öljy/nestejäähdyttimiä, joissa voi olla 35 neste/ilmajäähdytinten lisäksi oma jäähdytysjärjestelmä 6 107ίΐ7 esimerkiksi voiteluaineelle ja jotka johtavat poistolijuu-mön samoin ulkopuolisiin lämmönvaihtimiin.

Neste/nestelämmönvaihdinten käyttö sinänsä on tunnettua mitä erilaisimmilla muilla aloilla, mutta suori -5 virtaturbiinirakennuksen ammattimiestä ovat ilmeisesit i johdattaneet muut ajatuskulut, jotka ovat estäneet häntä ! käyttämästä tällaisia lämmönvaihtimia juoksevassa vedes- i sä. Tämä käy selväksi jäähdytinrakennuksen kehitystä sei-raavista asiakirjoista tutkittaessa: julkaisu FE-B

10 1 022 783 vuodelta 1950, julkaisu FR-B-1 267 170 vuodelta 1960, hakijan vuonna 1981 ilmestynyt esite "Bulb Tyje Generators" ja julkaisu EP-B 1 444 059 vuodelta 1989, jotka osoittavat, että jatkuvasti on pyritty yhdistämään Iän-mönvaihtimet ja on jouduttu kohtaamaan huomattavia vsi-15 keuksia.

Keksintöä valaistaan lähemmin luonnospiirrosten avulla esitetyn suoritusesimerkin avulla, jolloin kuvio 1 esittää symbolisen osaleikkauksen suota-virtaturbiinigeneraattorin keksinnön mukaisesta jäähcly-20 tysjärjestelmästä.

Vesijohtokanavassa, josta on esitetty ainoastajan seinä 11, virtaava juokseva vesi ympäröi suoravirtatujr-biinin tai suoravirtaturbiinigeneraattorin, josta on esii-tetty staattori 8, säiliötä 1. Säiliön juoksevan veqen 25 virtaussuuntaan päin olevan kuvun 4 pitää kestää hydrau lisen paineen ja veden virtausominaisuuksien aiheuttatrjaa mekaanista kuormitusta. Sillä esiintyvät dynaamiset ja staattiset voimat jakautuvat säiliöön 1 ja johdetaan silitä jalustaan. Kaksi tulokuilua 5 ja 14 mahdollistavat päjä-30 syn generaattoriin 2 tai turbiiniin tai hammasvaihteis- :. toon, joita ei ole esitetty.

Generaattorin 2 roottori on kiinnitetty akseliin 10, joka liittää sen turbiiniin ja on esittämättä jätetyn, jalustan suhteen tuettu laakeriin 9. Generaattorin staat-35 tori 8 sijaitsee säiliön 1 sisäseinällä, ja säiliö on Λ 107347 7 suunniteltu parhaaksi mahdolliseksi kanavassa vallitsevien paineolosuhteiden ja kuormitusten kannalta.

Puhaltimen 7 käsittävään neste-ilmajäähdyttimeen 3 tulee johdoista 6 jäähdytettyä jäähdytysnestettä, joka 5 pumpataan neste/nestejäähdyttimen 13 kautta. Esitettynä on kaksi lämmönvaihdinten sijoitusvaihtoehtoa: seinään 11 tai kuilujen 5 ja 14 väliin. Muut kuvatut sijoitusvaihtoehdot ovat ammattimiehelle niin selviä, että niitä ei ole esitetty kuviossa.

10 Keksintö ei rajoitu kuvioiden esittämään esimerk kiin. Sen puitteissa pysyvät päinvastoin erilaiset vaihtoehdot ja muodot, myös sellaiset, joissa on rakenneosia, joita ei tällä hetkellä vielä ole saatavilla - kuten esimerkiksi erilaiset materiaalit, joilla on samat ominai-15 suudet kuin yllä kuvatuilla.

« < · ·

Claims (10)

1. Jäähdytysjärjestelmä juoksevan veden (12) ymps -röimään säiliöön (1) sijoitettuun generaattoriin (2), ejtd - 5 tyisesti suoravirtaturbiinigeneraattoriin tai turbogene- raattoriin, jonka säiliön (1) sisällä on ilma-nestelämmör-vaihdin (3) ja jonka nestepuoli liittyy johtoihin (6) , tunnettu siitä, että johdot (6) johtavat suljetussa järjestelmässä ainakin yhteen neste/nestelämmönvaihti- 10 meen (13), joka on säiliön (1) ulkopuolella lämpöä johtavassa yhteydessä juoksevaan veteen (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärjsjs -telmä, tunnettu siitä, että neste/nestelämmijr -vaihdin (13) on sijoitettu verhoukseen generaattorin ta - 15 lokuilun (5) kohdalle.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jäähdytysjärjestelmä suoravirtaturbiinigeneraattoreihin, joissa on gerie-raattorin tulokuilu (5) ja turbiinin tulokuilu (li), tunnettu siitä, että neste/nestelämmönvaihcidn 2 0 (13b) on sijoitettu generaattorin tulokuilun (5) ja tui - biinin tulokuilun (14) väliin tai se muodostaa ainakin osan kuilujen (5, 14) välisestä yhdysseinästä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärjestelmä säiliössä (1) olevaan suoravirtaturbiinigeneraattc- * 25 riin (2), joka on tuettu alaspäin jalustaan, t u n n e it - t u siitä, että neste/nestelämmönvaihdin on kiinnitetäy generaattorin (2) jalustaan sivulle, jolloin johdot (6) en viety ensi sijassa jalustan seinän läpi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärj eS - 3. telmä vesijohtokanavassa olevaan suoravirtaturbiiniin tie i • suoravirtaturbiinigeneraattoriin (2), tunnettu siitä, että neste/nestelämmönvaihdin (13a) on sijoitettu vesijohtokanavan ainakin yhteen seinään (11).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärj «S - 35 telmä imuputken käsittävässä vesijohtokanavassa oleveie n 107347 9 suoravirtaturbiiniin tai suoravirtaturbiinigeneraattoriin (2) , tunnettu siitä, että vesijohtokanavaan on sijoitettu vapaaseen poikkipintaan - esimerkiksi imuput-keen - tuet, jotka pitävät neste/nestelämmönvaihtimen koh-5 dassa, jossa juoksevan veden virtausnopeus on suuri.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärjestelmä turbiinin ja sen ohjausrakenteen käsittävään suo-ravirtaturbiinigeneraattoriin, tunnettu siitä, että nestelämmönvaihdin on asennettu turbiinin ohjausra- 10 kenteen kohdalle, jossa juoksevan veden virtausnopeus on suuri.

8. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen jäähdytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että neste/nestelämmönvaihdin (13) on lämmönjohtokyvyltään hy- 15 vää metallia, esimerkiksi alumiinia tai alumiiniseosta -erityisesti alumiinin ja kuparin ja/tai nikkelin korrodoi-tumatonta seosta.

8 107317

9. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen jäähdytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että 20 jäähdytysnesteen nopeamman ilma/vesijäähdyttimen (7) ja neste/nestejäähdyttimen (13) välisessä kierrossa kuljetuksen aikaansaamiseksi käytetään pumppuja, jotka on sijoitettu ensi sijassa säiliön (1) ulkopuolelle.

10. Suoravirtaturbiinigeneraattori tai turbogene- ·' 25 raattori, jossa on jonkin edeltävistä patenttivaatimuk sista mukainen jäähdytysjärjestelmä. 1 · -....... ..........—~ -----------“ :......" 1073147

10 I