FI122435B - Höyryvoimalaitos - Google Patents

Description

Höyryvoimalaitos 5 Keksinnön kohteena on höyryvoimalaitos.

Hakemuksessa on esitetty vesihöyryvoimala, joka soveltuu sähköenergian kehittämiseen myös varsin pienimuotoisesti esim. biomassasta. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi vcsihöyryvoimalan turbogeneraattorin rakennetta ja toimintaa on 10 muutettu tavanomaisesta höyryvoimalaitoksesta, kuten seuraavassa tarkemmin esitetään.

Jotta voimalan hyötysuhde saataisiin hyväksi pienestä (esim. 1000 kW) tehosta huolimatta, tulee sen höyryturbiinin ja siihen liittyvän sähkögeneraattorin rootto-15 rin pyöriä nopeasti, esim. yli 12 000 rpm. Keksinnön mukaisessa voimalassa generaattori ja syöttöpumppu on kytketty suoraan tähän turbiiniin, ja generaattori on sähköisesti kytketty verkkoon kaksisuuntaisella taajuusmuuttajalla niin, että sen pyörimisnopeus voi vaihdella kulloisenkin optimipyörimisnopeuden mukaan. Joustavan säätötapansa vuoksi laitos kykenee toimimaan tehoalueella 40...100 % 20 hyvällä hyötysuhteella.

Turbogeneraattorin akseli on laakeroitu vesilaakereilla; siten laitoksesta jää pois i- myös voiteluöljyjärjestelmä, mikä kustannussäästöjen ohella lisää laitoksen ympä- cu ristöystävällisyyttä.

5 25

CO

o Se tosiasia, että turbogeneraattorin kaikki pääosat, turbiini, generaattori ja syöttö- £ pumppu ovat samalla akselilla pystysuuntaisesti, joka on voideltu vesilaakereilla, g ja myös generaattori on tehty vesihöyryä kestäväksi, mahdollistaa turbogeneraat- to . .

g torin tekemisen hermeettiseksi eli täysin tiiviiksi ulospäin. Turbiinin runkoraken- o o 30 ne on tuettu akseliltaan pystysuuntaiseen putkeen ja asetettu sen päädyn sisälle.

Putki toimii siten perustana, tukirunkona ja sisäpinnaltaan koneistettuna vastaosa- 2 na turbiinin runkorakenteelle ja edelleen lauhteen poisvientiputkena. Putkeen on siten helposti muodostettavissa liitännät höyryn sisääntulolle ja väliottohöyry-/ lauhdepoistoille.

5 Hermeettinen turbogeneraattori on suljettu kokonaisuus niin, että höyryvuotoja ei käytännössä esiinny. Siten laitos, päinvastoin kuin normaali höyryvoimalaitos, ei tarvitse ulkoapäin johdetun veden syöttövesiyksikköä. Myös lauhduttimen tyh-jiöpumppu on normaaliin verrattuna hyvin pieni; sen tehtävänä on eliminoida vain mahdollinen laippatiivisteiden kautta tapahtunut ilmavuoto. - Näin saavutetaan 10 merkittävä parannus ja kustannussäästö tavanomaiseen höyryvoimalaitosrakentee-seen verrattuna, mikä perinteinen rakenne ilmenee mm. Tekniikan käsikirjasta.

Tässä keksinnössä kuvattua turbogeneraattorirakennetta jossain määrin muistuttavaa rakennetta on esitetty käytettäväksi orgaanisen kiertoaineen Rankine-15 prosessiin (ORC) perustuvissa pienvoimaloissa, joiden toiminta orgaanisen kiertoaineen vesihöyrystä suuresti poikkeavien ominaisuuksien vuoksi on kuitenkin olennaisesti erilainen. Kyseisen ORC-tekniikan taso ilmenee esim. julkaisuista J. Larjola: Energian muunnin. Suomalainen patentti No 66234, 10.09.1984 ja J.P. van Buijtenen. J. Larjola, T. Turunen-Saaresti. J. Honkatukia. H. Esa. J. Backman. 20 A. Reunanen: Design and validation of a new high expansion ratio radial turbine for ORC application. 5th European conference on Turbomachinery, Proceedings, pp. 1091-1104, Praha. March 17-22. 2003.

cm Vesihöyryllä operoitaessa turbiinista pitää tehdä monivaiheinen ja yleensä myös Y 25 osasyöstöinen vesihöyryn orgaaniseen höyryyn verrattuna suuren omisental- co o piamuutoksen ja pienen tilavuusvirran vuoksi. Erityinen haasteellisuus kohdistuu £ kuitenkin generaattoriin, sillä vesihöyry ei ole eriste siinä mielessä kuin orgaani- ίο nen höyry.

to

LO

to o o

CM

3

Turbogeneraattorin hermeettisen rakenteen vuoksi kuuma vesihöyryvirta kulkee sähkökoneen läpi ilmavälissä ja toimii sähkökoneen jäähdytysaineena. Vesihöyry sähkökoneen sisällä asettaa tiukat vaatimukset staattorikäämityksen eristykselle.

5 Staattorikäämityksen suojaamiseksi on kaksi vaihtoehtoa: Joko eristysmateriaalit ja valmistustekniikka valitaan siten, että käämitys sietää vesihöyryä tai staattori eristetään kokonaan vesihöyrystä.

Jälkimmäistä tapaa noudatettaessa voidaan menetellä seuraavasti: sähkökoneen 10 staattori suojataan esim. vinyyliesterihartsilla kyllästetystä lasikuitumateriaalista tehdyllä hoikilla.

Keksinnön kohteena olevan turbogeneraattorirakenteen eräs edullinen toteumistapa on esitetty kuvassa 1. Kuvassa esitetty impulssityyppinen turbiini-vaihtoehto ja 15 vesihöyrylle altistettu, lankakäämeillä varustettu generaattori-vaihtoehto.

Tässä esimerkissä roottorin pyörimisnopeudeksi on valittu 14 000 rpm ja tuore-höyryn tulotilaksi 60 bar ja 470 °C. Roottori on laakeroitu vesivoidelluilla kei-nusegmenttilaakereilla. Turbiini on osasyöstöinen aksiaaliturbiini. Generaattori on 20 asynkronigeneraattori. Turbiinissa on väliotto korkeampipaineiseen lauhdutti-meen, johon otetaan puolet tuorehöyryvi rrasta ennen viimeistä vaihetta.

i- Keksinnön mukaiselle vesihö yryvo imal a i to k s e 11 e on tunnusomaista se, mitä on ° esitetty patenttivaatimuksissa.

? 25

CO

o Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisissa kuvioissa esitettyihin £ keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei ole tarkoitus co kuitenkaan yksinomaan rajo ittaa.

co

LO

co o o 30 Kuva 1. Periaatekuvio keksinnön mukaisesta hermeettisestä vesihöyryvoimalai- toksesta.

4

Kuva 2 on esitetty turbiinin rakenne poikkileikkauskuvantona.

Kuviossa 3 on esitetty höyryturbiiniosuus 12, 13 osittaisleikkauskuvantona.

5

Kuviossa 4 on esitetty turbiinin rungon sovittaminen lauhdeputkeen.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen sähköä tuottavan pienvoimalaitoksen 100 eräs edullinen toteutusmuoto. Keksinnön mukainen höyryvoimalaitos 100 10 sähkön tuottamiseksi käsittää kattilan K, johon tuodaan polttoainetta ja joka polttoaine poltetaan kattilassa K ja se lämmittää kattilan K sisällä viedyssä yhteessä aio olevan veden höyrystäen sen, jolloin höyrystetty vesi tulistetaan tulistimessa 11. Tulistettu höyry johdetaan yhdettä ai pitkin kaksiportaiselle höyryturbiinille, jolloin höyryturbiini 12, 13 käsittää korkeapaineturbiinin 12 ja sen jälkeen mata-15 lapaineturbiinin 13 ja niiden välissä yhteen/yhteet tai virtaustiet a2, jolloin höyry johdetaan ensin korkeapaineturbiinille 12 ja edelleen siltä matalapaineturbiinille 13. Matalapaineturbiinilta 13 on poistoyhde a3 edelleen alhaisemman lämpötilan omaavalle höyrylle, jolloin yhteestä a3 on haarapisteen Dj kautta yhde a4 sähkö-generaattorille 15. Sähkögeneraattori 15 käsittää staattorin 15a ja akselilla 16 ole-20 van keskeisen pyöritetyn roottorin 15b.

Staattorin 15a ja roottorin 15b väliseen tilaan U tulevan höyryn lämpötila on al-haisempi kuin tuorehöyryn lämpötila. Jäähdytyshöyry staattorin 15a ja roottorin cm 15b jäähdyttämiseksi johdetaan tilaan U yhdettä a4 pitkin ja kyseisestä välitilasta ° 25 U edelleen poistoyhdettä a5 pitkin haarapisteeseen D2 ja liittymään yhteeseen a3.

CO

o Yhde a3 johdetaan edelleen lauhduttimelle 18 ja lauhduttimelta 18 on yhde a6 g edelleen haarapisteeseen D3. Esisyöttöpumppu 20 pumppaa lauhteen yhdettä a6 g pitkin haarapisteeseen D3, josta se johdetaan yhdettä ag pitkin edelleen akselilla 16

CD

g olevalle pääsyöttöpumpulle 17, joka kuljettaa veden edelleen yhteeseen aio ja o o 30 edelleen kattilalle K ja edelleen kiertoon. Kaksiportaisen höyryturbiinin 12, 13 korkeapaineturbiinista 12 on yhde a7 lauhduttimelle 19, josta johtaa yhde a§ edel- 5 leen haarapisteeseen D4 yhteessä a9. Yhde a8 käsittää esisyöttöpumpun 21 lauh-duttimelta 19 johdetun veden johtamiseksi haarapisteestä D4 yhteeseen a9. Haara-pisteestä D3 olevan yhteen an kautta ja pumpun 22 avulla johdetaan edelleen vettä vesivoidellun akselilla 16 olevan yläpuolisen laakerin 14b voiteluaineeksi ja yh-5 dettä aJ2 pitkin alapuolisen vesivoidellun laakerin 14a voiteluaineeksi. Järjestelmä on täysin suljettuja hermeettinen. Näin ollen esimerkiksi höyryvuotoja ei tapahdu ulospäin eikä ilmavuotoja sisäänpäin. Höyryturbiini-/sähkögeneraattori- runkorakenne 11 sijaitsee akseliltaan 16 pystysuuntaisesti ja sähkögeneraattorin 15 pyörivä roottori 15b sekä itse höyryturbiinin 12, 13 korkeapaineturbiini 12 ja 10 matalapaineturbiini 13 sijaitsevat samalla akselilla 16 pyörien sen mukana. Vastaavasti samalla akselilla 16 sijaitsee pääsyöttöpumppu 17, jonka avulla johdetaan lauhduttimilta johdettu vesi edelleen kiertoon yhteeseen aio ja kattilalle K ja edelleen yhdettä ai pitkin edelleen tulistimeen 11 ja takaisin höyryturbiinille 12, 13.

15 Keksinnön mukaisesti on rakenne sovitettu siten lauhdeputken 23 varaan, että metallinen lauhdeputki 23 toimii turbogeneraattorin 100 runkorakenteen 11 ja vaipparakenteen 24 tukirunkona, johon höyryturbiini-/sähkögeneraattori- /pumppuyhdistelmä 12, 13, 15, 17 asetetaan, jolloin lauhdeputki 23 käsittää liitän-tänysän 23 a, johon liitetään kattilalta K tulevan tulistetun höyryn ensimmäinen 20 höyrysyöttö.

Keksinnön mukaisesti kierrätetään höyryturbiinin 12, 13 jälkeen vettä edelleen T- voiteluaineeksi vesivoitelulaakereille 14a, 14b, jotka laakerit tukevat pyöritettyä 00 akselia 16. Käyttämällä vesivoideltuja laakereita 14a, 14b on järjestelmä tiivis Ύ 25 myös laakerien kohdalta ulospäin. Tavanomaisissa laakeriratkaisuissa on ilmayh-

CO

o teys ulospäin, jolloin vuodot järjestelmään olisivat todennäköisiä. Keksinnön mu- £ kaisessa rakenteessa ilmayhteyttä laakerien 14a, 14b kauttakaan ei ole.

CD

CD

cd g Keksinnön mukaisessa pienvoimalaitosrakenteessa; höyryvoimalaitoksessa 100 o o 30 teho on esimerkiksi 1000 kW:n luokkaa kierrätetään matalapaineturbiinilta 13 johdettua alempiasteista höyryä edelleen jäähdytysväliaineeksi sähkögeneraattoril- 6 le 15, edullisesti pyöritetyn roottorin 15b ja staattorin 15a väliseen tilaan U. Näin ollen keksinnössä on oivallettu käyttää höyryväliainetta edelleen myös jäähdytys-väliaineena korkeapainehöyryturbiinin yläpuolella sijaitsevalle sähkögeneraatto-rille sen staattori-roottoriyhdistelmälle. Rakenteessa ylimmäisenä sijaitsee pump-5 pu 17, joka on pääsyöttöpumppu ja joka on akselin 16 pyörittämä ja jonka avulla pumpataan lauhduttimilta 18, 19 johdettua vettä edelleen kattilalle K ja edelleen suljettuun veden- ja höyrynkiertojärjestelmään. Keksinnön mukaisesti sijaitsee laakeri 14b pumpun 17 ja roottorin 15b välissä ja vastaavasti laakeri 14a sijaitsee matalapaineturbiinin 13 alapuolella. Pumppu 17 sijaitsee laakerin 14b yläpuolella 10 ja ylimmäisenä rakenteessa. Kuvioon 1 on piirretty akseli Xi, joka on myös geometrinen pyöritysakseli roottorille 15b ja rakenteen pystyakseli. Maanvetovoima-kentän suuntaa on merkitty gi :llä ja nuolella. Maanvetovoimakentän gi suunta on akselin 16 geometrisen pyöritysakselin Xi suunta.

15 Kuviossa 2 on esitetty poikkileikkauskuvantona hermeettinen höyryturbiini-sähkögeneraattori-laitteisto. Laitteisto muodostuu yläpuolisesta vaipasta 24 ja sen sisäpuolisesta höyryturbiinista 12, 13, joka on sovitettu akselille 16 pyörimään sen mukana ja jolle akselille 16 on sovitettu myös sähkögeneraattorin 15 roottori 15b. Sähkögeneraattorin 15 staattori 15a ympäröi roottoria 15b ja on kiinteässä ase-20 massa vaipan 24 sisällä. Suoritusmuodossa staattori 15a käsittää käämityksen ja roottori 15b on rautasydän. Käämitysvaihtoehtoja voi tietysti keksinnön puitteissa olla erilaisia. Staattoria 15a ja roottoria 15b jäähdytetään jäähdytyshöyryllä. Jotain prosessissa 100 olevaa höyryä johdetaan jäähdytyshöyryksi sähkögeneraattorille cu 15. Vaippaan 24 johdetaan jäähdytysvesi liitännän ti kautta ja jäähdytysvesi joh- Y 25 detaan ulos vaipasta 24 toiselta kohtaa vaippaa liitännän t2 kautta. Näin jäähdytys-

CO

o vesi kiertää vaippaa 24 ja jäähdyttää sähkögeneraattoria 15 ja sen käämityksiä, g Kuviossa esitetysti tuodaan jäähdytyshöyry sisään liitännän t3 kautta ja jäähdytyskö höyry johdetaan pyörivän roottorin ja kiinteässä asemassa olevan staattorin välistä

CD

en U ja edelleen poisto liitännän t4 kautta ulos.

o o 30 cu 7

Akselilla 16 sijaitsee edelleen höyryturbiini 12, 13, joka on kaksivaiheinen käsittäen korkeapainehöyryturbiiniosion 12 ja sen alapuolella matalapainehöyryturbii-nin 13. Tuore höyry johdetaan liitännän 23a kautta korkeapaineiselle höyryturbiinille 12 liitännän 23a muodostuessa putkeen 23 liittyvästä laipasta ja liitän-5 tänysästä eli liitännästä, jonka sisään tuorehöyryn sisäänsyöttösuutin 25 on asennettu liitäntälaipan 26 avulla.

Keksinnön mukaisesti runko 11 lepää alapuolisen putken 23 varassa, jonka sisäpuolelle höyryturbiini 12, 13 ja akseli 16 ja siihen liittyvät rakenteet sähkö-10 generaattoreineen 15 on liitetty. Mainittu putki 23 toimii tukena koko rakenteelle, erityisesti turbiinin rungolle ja koko rakenteen pyörintä- ja keskeisakseli Xi on myös putken 23 keskeisakseli. Oheisessa kuviossa 2 on maan vetovoimakentän suuntaa merkitty nuolella gi. Putki 23 toimii siten lauhteen poistojohtoputkena ja lauhduttimen 18 sekä lauhdepumpun 20 kautta johdetaan edelleen vesi pyörintä-15 akselin 16 yläosassa sijaitsevalle päänsyöttöpumpulle 17 tuloputken a<g ja liitäntä-putken J kautta keskeisesti. Edelleen akselin 16 pyörityksellä johdetaan pumpun 17 pumppaamana vesi takaisin yhteen aio kautta kattilalle K ja edelleen kiertoon yhteeseen ai. Höyryturbiinin 13 väliottohöyryjen ulostuloliitäntöjä on merkitty Niillä ja väliottohöyry johdetaan ulos rakenteesta edelleen korkeapainelauhdutti-20 melle 17. Syöttövesi kattilalle K johdetaan sellaiselta pumpulta 17, jota generaattori 15 akselinsa 16 kautta pyörittää ja johon pumpulle 17 sisääntulo on keskeisesti pyöritysakselin Xi suuntaisen putken tai putkiliitännän kautta lauhdelinjasta a<g.

cm Höyryturbiinin väliottohöyryulostulo liittyy edellä selostetusti sähkögeneraattorin i

Tj- 25 jäähdytykseen niin, että yksi ulostuloista, edullisesti tulohöyryyn nähden alempi-

CO

o lämpötilainen ulostulo a3, jossa höyryn lämpötila on esimerkiksi 70 °C. Jäähdytet- g tävän kohteen eli staattorikäämityksen ja roottorin lämpötila on luonnollisesti tätä g korkeampi, jotta lämmönsiirtoa voi tapahtua. Ulostulosta a3 höyry on johdettu

CD

g vaipan 24 jäähdytyshöyrysisääntuloon t3, jolloin jäähdytyshöyry johdetaan pyöri en o 30 mättömän staattorin 15a ja pyöritetyn keskeisen roottorin 15b väliseen tilaan U.

Sanottua höyrykiertoa pitää yllä akselille 16 asennettuja sen pyörittämä puhallin- 8 siivistö 30. Ratkaisussa tulee generaattorin 15 käämityksien olla hyvin eristettyjä. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on koko vaipparakenne sekä siihen liittyvä putki ja järjestelyyn liittyvät höyry-/nestekierrot ulospäin suljettuja. Järjestelmä on siten hermeettinen eli esimerkiksi ilmavuotoja järjestelmästä ulospäin/sisäänpäin 5 ei esiinny.

Keksinnön mukaisessa järjestelmässä on akseli 16 laakeroitu vesivoidelluilla laakereilla 14a ja 14b, joihin vesi on johdettu järjestelmän lauhdepuolelta. Laakerit ovat rakenteiltaan hermeettisiä eli minkäänlaisia vuotoja niiden kautta ulospäin 10 j ärj estelmästä / j ärjestelmään sisäänpäin ei esiinny.

Järjestelmä on lisäksi helppo rakentaa, koska tuorehöyry höyryturbiinin korkea-painepuolelle 12 on johdettu laippaliitoksen kautta, jo lioin höyrysuutin 25 käsittää laipan 26, on liitetty putkeen 23 sen liitäntänysään 23a liittyvään laippaan 27. 15 Näin järjestely on helposti koottavissa ja siten konstruktioltaan edullinen ja laippaliitoksen 27/26 tiivistepinnat ovat huomattavasti alhaisemmassa lämpötilassa kuin tuorehöyry, millä järjestelyllä ehkäistään laippavuoto. Koko tuorehöyrylinja voidaan nyt tehdä hitsattuna rakenteena. Tuorehöyryn lämpötila on tässä tapauksessa 470 °C, on se ensimmäisten staattorisuuttimien jälkeen vain n. 300 °C. Nyt 20 keksinnössä esitetyllä ratkaisulla tuorehöyryn putken liitoslaippa altistuu vain tällä 300 °C höyrylle, mille on saatavissa hermeettisiä laippatiivisteitä, ja myös lämpö-liike saadaan pidettyä pienenä. Edelleen esitetyllä asennusratkaisulla koko kuu-i- maa 470 °C höyryä kuljettava putki voidaan tehdä yhtenäisenä hitsattuna raken- cm teenä. Vastaavasti väliottohöyryulostuloliitännät Ni on ollut helppo järjestää lii- i Y 25 täntänysinä putkeen 23, jonka putken 23 varassa runko 11 vaippoineen 24 paino Ιο taan lepää.

x cc

CL

o Kuviossa 3 on esitetty erään konstruktiovaihtoehdon mukaisen turbiinin pääosat.

g Selitykset kuva numerointiin: 1 o-rengastiiviste (useita), 2 neljännen vaiheen o o 30 staattorisiivet (reaktiovaihe), 3 neljännen vaiheen staattorisiivet, 4 väliottohöyryn kulkusolat, 5 kolmannen vaiheen roottorisiivet, 6 kolmannen vaiheen staattorisii- 9 vet, 7 paineentasausporaukset, 8 ensimmäisen osasyöstöisen vaiheen staattorisuut-timet (kiinteä osa höyrysuutinta 25), 9 labyrinttitiiviste (useita), 10a ensimmäisen vaiheen roottorisiivet, 10b toinen vaihe (impulssivaihe). Turbiinikappaleet ovat pääosin pyörähdyssymmetrisiä.

5

Kuviossa 4 on esitetty havainnollisesti laitteiston kokoonpanovaihe, jossa laitteiston rungon 11 vaippa 23 siihen liittyvine akseleineen 16, sähkögeneraattoreineen 15, höyryturbiineineen 12, 13, asetetaan nuolella Li esitetysti jalustana toimivan putken 23 sisälle. Putki 23 toimii siten tukea antavana rakenteena rungolle 11 ja 10 ohjausosana höyrylle sekä lauhduttimeen menevän höyryn poisvievänä rakenteena. Putken 23 sisäpinnat on koneistettu vastepintojen muodostamiseksi höyryturbiinille 12, 13 ja höyry-lauhdeväylille.

Keksinnön mukaisesti on tuotava tulistettu tuorehöyry eristetty muista rakenteista 15 välilaipan 28 avulla. Rakenne käsittää myös ns. mäntäosan 29 eli kompensointi-männän, johon johdetaan höyrynpaine, joka keventää rakennetta ja pienentää siten laakerivoimia.

Höyryturbiinin 12 ensimmäinen vaihe on edullisesti osasyöstöinen impulssiturbii-20 ni. Ensimmäinen vaihe voi olla myös osasyöstöinen Curtis-pyörä.

Sähkögeneraattorin 15 ja höyryturbiinin 12, 13 välillä on siten laipoitus 28, jonka T—— avulla pidetään sähkögeneraattori 15 erillään kuuman tuorehöyryn tulotilasta Eija ° että rakenteessa sähkögeneraattori 15 sijaitsee höyryturbiinin 12, 13 yläpuolella ja i

Tj- 25 pumppu 17 sähkögeneraattorin 15 yläpuolella ja että akseli 16 on maan vetovoi- 0 makentän gi suuntainen ja että höyryturbiinin sähkögeneraattorin 15 roottorin 15b g pyörintänopeus on ainakin 10000 rpm ja tuotettu sähköteho pienvoimalitoksessa g 1000 kW:n luokkaa. Tuorehöyry tuodaan esimerkiksi 60 barissa ja 470 °C lämpö- lo tilassa.

CD

1 30 10

Curtis-pyörä tarkoittaa ratkaisua, missä höyrylle annetaan ensimmäisessä staatto-risuuttimessa hyvin suuri nopeus, jolloin vastaavasti höyryn paine laskee voimakkaasti ja sen ominaistilavuus kasvaa merkittävästi. Tämän staattorisuuttimen jälkeen seuraa kaksi impulssi-tyyppistä roottorisiivistöä, joiden välissä on staattori-5 siivistö. Näissä paine ei enää juurikaan laske, minkä vuoksi Curtis-pyörää voidaan käyttää osasyöstöisenä, ja ominaisentalpiapudotus siinä on suuri. Suuren ominai-sentalpiapudotuksen ansiosta Curtis-pyörän halkaisijasta tulee verraten pieni, mikä on etu.

10 Kuten edellä oli puhetta, generaattorin toteuttamisessa tässä hermeettisessä vesi-höyryproscssissa on kaksi vaihtoehtoa: Joko eristysmateriaalit ja valmistustekniikka valitaan siten, että käämitys sietää vesihöyryä tai staattori eristetään kokonaan vesihöyrystä. Kuvion 1 ja 2 ratkaisussa noudatetaan ensimmäistä tapaa; ts. staattorikäämit on suoraan altistettu vesihöyrylle.

15

Turbiinin kokoonpano ja asennus on pyritty keksinnön mukaisessa rakenteessa tekemään mahdollisimman helpoksi huolellisesti suunnitellulla rakenteella, jossa on kiinnitetty erityistä huomiota hermeettisyyteen: laippojen lukumäärä on pyritty minimoimaan ja tuorehöyry tuodaan höyryturbiiniin kylmemmän höyryn sisällä.

20 Tällä tavalla saadaan laippatiivisteistä hermeettisiä: jos laippa olisi suoraan altistettu kuumalle, käännössä esim. 470 °C tuorehöyrylle, se alkaisi helposti vuotaa lämpöliikkeen seurauksena. Sähkögeneraattorin 15 roottorin 15b pyörimisnopeus i- on edullisesti yli 10000 rpm, edullisesti yli 12000 rpm.

δ

CM

Y 25 Turbiini muodostuu, kun itse turbogeneraattori lasketaan lauhduttimiin yhdistet-

CO

o tyyn putkeen. Ko. putki 23 sisältää joukon koneistettuja tiivistepintoja, jotka mah- g dollistavat mm. laakeriveden syötön ja kahden eripaineisen höyryn poiston lauh- cd duttimiin.

CD

CD

tn

CD

o o 30 Ensimmäiset staattorisuuttimet sisältävä kotelo (syöstöaste esim. 0,2) on suoraan hitsattu tuorehöyryputkeen, jota ympäröi 1-vaiheen jälkeinen, huomattavasti kyl- 11 mempi höyry. Tällä tavalla estetään laippaliitoksen 26 altistuminen kuumalle tuo-rehöyrylle, ja koko tuorchöyrylinja on hitsattua rakennetta.

Tuorehöyryputken ai päässä 26 on valmiina ensimmäiset staattorisuuttimet 8. 5 Turbogeneraattorin vesivoidellut laakerit 14a, 14b voivat olla rakenteeltaan esim. keinusegmenttilaakereita. Voideltuaan laakerit vesi valuu turbogeneraattorin ka-navistoa ja putkea 23 pitkin takaisin lauhduttimeen.

Radiaalisuunnassa turbogeneraattorin akseli on laakeroitu kahdella radiaalilaake-10 rilla. Turbogeneraattorin akseli on tässä esimerkkikonstruktiossa pystysuorassa asennossa ja laakerien yhteydessä on myös kaksisuuntainen aksiaalilaakeri. Turbogeneraattorin roottorin paino on kompensoitu erilaista labyrinttitiivisteillä ja voiteluveden syöttöpaineesta syntyvällä mäntävoimalla.

15 Turbiinin pyöriessä syntyy sen siivistöihin vaikuttavista paineista aksiaalinen pai-nevoima, joka voidaan osittain kompensoida johtamalla lauhdutinpaine erityiseen kompensointimäntään. - Tämä kompensointi saadaan tarkaksi, ja siten aksiaalilaa-kerit pieniksi, jos kompensointimäntään johdettavan höyryn painetta säädetään aksiaalilaakerista saatavalla, siihen kohdistuvaan voimaan verrannollisella mit-20 tasignaalilla.

Keksinnön mukaisen höyryvoimalan pääsyöttöpumppu 17 on samalla akselilla 16 i- kuin turbiini ja generaattori. Suuren pyörimisnopeuden vuoksi se voidaan toteut- cm taa yksivaiheisena ja silti pienikokoisena. Hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi Y 25 pumppu on edullista toteuttaa os i tta i se m i ss io tyyppisenä ns. Barske-pumppuna.

CO

o Tällainen pumppu on myös epäherkkä kavitoinnille, niin että sille riittää varsin £ pieni esisyöttöpaine. Esisyöttöpaine kehitetään hermeettisellä, esim. magneettiko kytkimellä varustetulla pumpulla, jota painetta voidaan käyttää myös em. vesilaa-

CD

g kereiden syöttämiseen, o o 30

CM

Claims (10)

1. Sähköä tuottava höyryvoimalaitos (100), joka höyryvoimalaitos (100) on ulospäin suljettu hermeettinen rakenne, joka on tuettu putken (23) varaan ja käsittää 5 sähkögeneraattorin (15) vaipan (23) sisällä sähkögeneraattorin staattorin (15a) ja akselilla (16) olevan pyöritetyn roottorin (15b) ja jossa rakenteessa on samalla akselilla (16) pyöritetty höyryturbiini (12, 13), että höyryvoimalaitoksessa (100) tulistettu höyry johdetaan höyryturbiinille (12, 13), tunnettu siitä, että prosessissa (100) olevaa höyryä johdetaan jäähdytyshöyryksi sähkögeneraattorille (15) ja vir-10 tautetaan staattorin (15a) ja pyöritetyn roottorin (15b) väliseen tilaan (U) ja takaisin kiertoon ja että on putki (23), joka käsittää liitännän (23a), johon tuorehöyryn putki (ai) on liitetty ja jonka liitännän kautta johdetaan höyrysuutinputki (25) korkeapaineisen höyryturbiinin (12) yhteyteen tilaan (Ei), että putki (23) käsittää ulostulo liitännän (Ni, N2...), ja että on yhde (an, ai 2) jäähdytysveden johtamiseksi 15 vesivoitelulaakereille (14a, 14b), jotka laakerit tukevat pyöritettyä akselia (16) ja että putki (23) toimii myös lauhteen poisjohtoputkena, jolloin on yhde (ai), joka liittyy lauhduttimeen (18), josta lauhduttimesta (18) on yhde (a^ veden johtamiseksi yhteeseen (ay) ja edelleen akselilla (16) keskeisesti sijaitsevalle pumpulle (17), joka pumppaa veden edelleen takaisin kattilalle (K) ja edelleen kiertoon yh-20 teeseen (ai).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen höyryvoimalaitos (100), tunnettu siitä, että 1- laitteisto käsittää akselin (16) pyörittämät puhallinsiivet (30) jäähdytyshöyryvirta- cm uksen aikaansaamiseksi staattorin (15a) ja roottorin (15b) välisessä ilmavälissä V 25 (U). co o

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sähköä tuottava höyryvoimalaitos (100), cd tunnettu siitä, että akseli (16) on pystysuuntainen maan vetovoimakentän (gi) CD g suuntainen ja että höyryvoimalaitos (100) käsittää kattilan (K) veden kierrätyk- o o 30 seen yhteen (ai), joka johtaa tulistimelle (11) ja edelleen tulistuneita höyrytur biinille (12, 13) sen korkeampipaineiseen höyryturbiiniosaan (12) ja siitä mata- lampipaineiseen höyryturbiiniosaan (13) ja että vaippa (23), jonka sisällä höyry-turbiinit (12, 13) ja sähkögeneraattori (15) ja pumppu (17) on asetettu rakennetta tukevan putken (23) päätyyn ja putken sisälle, jolloin putki (23) toimii rakennetta tukevana rakenneosana niin myös lauhteen poisvientiputkena ja jäähdytyshöyry 5 sähkögeneraattorille (15) on edullisesti alempiasteista lämpötilaltaan kuin tulo-höyry höyryturbiinille (12, 13).

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä tuottava höyryvoimalaitos (100), tunnettu siitä, että höyry johdetaan akseliin (16) liittyvään mäntä- 10 osaan (29), jolloin höyrynpaineen avulla kevennetään akselilla (16) olevien pyöritettyjen rakenteiden painoa.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä tuottava höyryvoimalaitos (100), tunnettu siitä, että sähkögeneraattorin (15) ja höyryturbiinin (12, 15 13) välillä on laipoitus (28), jonka avulla pidetään sähkögeneraattori (15) erillään kuuman tuorehöyryn tulotilasta (Ei) ja että rakenteessa sähkögeneraattori (15) sijaitsee höyryturbiinin (12, 13) yläpuolella ja pumppu (17) sähkögeneraattorin (15) yläpuolella ja että akseli (16) on maan vetovoimakentän (gi) suuntainen ja että höyryturbiinin sähkögeneraattorin (15) roottorin (15b) pyörintänopeus on 20 ainakin 10000 rpm.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä tuottava höyryvoi- i- malaitos (100), tunnettu siitä, että tuorehöyrylinja (25) on ympäröity kylmennet mällä höyryllä ja laippaliitoksen (26/27) tiivistepinnat ovat huomattavasti alhai- ? 25 semmassa lämpötilassa kuin tuotu tuorehöyry, millä järjestelyllä ehkäistään höy- CO 0 ryn vuoto laipan kautta ulos. cc CL

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä tuottava höyryvoi- lo malaitos (100), tunnettu siitä, että turbogeneraattori käsittää kompensointimän- o . . o 30 nän (29), jolla voidaan kompensoida siivistöä vaikuttavista paineista syntyvä aksi aalinen voima johtamalla siihen sopivan paineista höyryä niin, että kompensointi on saatu tarkaksi säätämällä kompensointimäntätilaan johtavan höyryn painetta akselilaakerista saatavalla siihen kohdistuvaan voimaan verrannollisella mittasig-naalilla.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä tuottava höyryvoi malaitos (100), tunnettu siitä, että sähkögeneraattorin (15) staattorin (15a) käämitys on tehty höyryä sietäväksi tai on eristetty kokonaan vesihöyrystä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen höyryvoimalaitos, tunnettu siitä, että staattori 10 on (15a) kiinteässä asemassa ja käsittää käämityksen ja että pyöritetty roottori (15b) on rautasydän. o (M ö co o X cc CL CO CO CO LO CO o o CM