NO316981B1 - Kjolesystem for en generator anordnet i en beholder med strommende vann - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et kjølesystem for en generator som er plassert i en beholder omgitt av rennende vann, især en rørturbingenerator eller turbogenerator med en luft/væske varmeveksler inne i beholderen som på væskesiden er forbundet med ledninger.

Generatoren blir her drevet av en turbin.

Teknikkens stand kjenner to hovedgrupper av kjølesystemer for slike generatorer, 1 luftkjølesystemer, 2 væskekjølesystemer.

Luftkjølesystemer er kjent i to varianter:

- a) Friskluftsystemer, hvor generatoren som skal kjøles er plassert under en relativ stor sjakt, slik at avgitt varme kan unnvike oppover gjennom sjakten, hvor kjølig friskluft likeledes gjennom sjakten kan føres til generatoren. Slike systemer har den ulempen at de ikke er særlig effektive og er sterkt avhengig av betingelsene i omgivelsene, som lufttemperatur. Dessuten trenger de et relativ stort byggevolum i området ved sjakten, noe som reduserer det tverrsnittet man råder over for vanngjennomgangen til turbinen. - b) Kjølesystemer med omluft (ribbekjøling eller Fin-cooling), hvor generatorhuset hhv beholderen hvor generatoren befinner seg under vann, er utformet med dobbelt skall, for å blåse avluften fra generatoren mellom skallene, slik at denne avkjøles på ytterskallet til beholderen som blir avkjølt av det rennende vannet. Dette systemet unngår riktignok ulempene ifølge a), men det krever allikevel noe mekanisk innsats ved fremstillingen av dobbeltskallet, da dette må fremstilles ved hjelp av sveiset støtteblikk. Dobbeltskallet må jo ved siden av kjølefunksjonen også overta den mekaniske bærefunksjonen til beholderen. Fremfor alt i det fremste området opptrer som regel store mekaniske belastninger, slik at det ytterste skallet som vender mot det rennende vannet i tillegg må fremstilles av relativt massivt stålblikk, som igjen trekker med seg en ugunstig varmeovergangsverdi fra den oppvarmede avluften til rennende vann.

Av væskekjølesystemer finnes det likeledes to vesentlig forskjellige typer,

- a) friskvannskjøling, hvor lednings- eller kildevann blir pumpet gjennom rør i beholderen til en luft/vannkjøler, for der å ta opp avgitt varme fra generaturluften. Det slik oppvarmede friske vannet blir ledet ut i turbinavløpsvannet. - b) overflatekjøling, hvor det i et lukket kretsløp gjennom et dobbeltskallet generatorhus, som samtidig tilsvarer beholderen som er plassert under vann for å romme rørturbingeneratoren og blir pumpet gjennom en luft/vannkjøler. Generatoravluften blir her avkjølt over luft/vannkjøleren og benyttes til kjøling av generatoren, mens det oppvarmede vannet i kjøleren skal avgis over det ytre skallet til huset hhv beholderen til det rennende vannet. En slik konstruksjon er beskrevet i EP 0 444 039. Selv om en slik oppbygning er meget virkningsfull, så skjuler den allikevel de ulempene som allerede er anført 1 b. I tillegg er kapasiteten til et slikt kjølesystem begrenset av den indre overflaten til generatorbeholderen som står til rådighet og kan benyttes. Utformingen av dobbeltskallet øker på den andre siden det virksomme tverrsnittet til beholderen i det rennende vannet, hvorved den nyttige strømningstverrsnittet ved angitt rørdiameter er redusert.

Til grunn for oppfinnelsen ligger dermed idet man går ut fra den nevnte teknikkens stand, å løse de nevnte tekniske problemene og lage en passende ny kjøling og spesielt en ny avkjølt rørturbingenerator. Den nye kjølingen skal være enkel og helst ikke svekke den mekaniske bærekonstruksjonen til beholderen. Den skal helst komme ut uten stor utstyrsinnsats og fremfor alt også kunne brukes (universelt) til turbiner med de forskjelligste diametere. Den skal videre kunne fremstilles rimelig.

Denne oppgaven blir løst eksemplarisk for det første med et kjølesystem for en rørturbingenerator med en luft/væske varmeveksler inne i beholderen hhv inne i generatorhuset, som på væskesiden er forbundet med ledninger, hvor ledningene i et lukket kretsløp fører til minst en væske/væske varmeveksler som står i varmeledende forbindelse med det rennende vannet utenfor. Dette oppnås med kjølesystemet ifølge oppfinnelsen slik det er definert med de i kravene angitte trekk.

Den nye kjølingen forbinder på en overraskende enkel måte fordelene til den kombinerte væske/luft kjølingen med den sikre transporten av avgitt varme og de små dimensjonene til kjølevæskeledningene sammenlignet med vanlige kjøleluftledninger, med de fordelene en enkelt væske/væske varmeveksler, slik den alene er vanlig på andre anvendelsesområder. Hva oppfinnelsen angår er denne varmeveksleren nå ikke lenger bestanddel av beholderen, slik at begge kan planlegges optimalt til de funksjonelle fordringene. Beholderen kan uten hensyn til varmeledningsproblemene planlegges innen sine vegger og væske/væske varmeveksleren kan planlegges med henblikk på en optimal varmeutveksling, uten å måtte vise den mekaniske stabiliteten til generatorhuset hhv undervannsbeholderen for generatoren (hydrauliske, mekaniske og vibrasjonsbelastninger). Konstruktøren har innen rammen av oppfinnelsen noe frihet til å velge et optimalt sted for bortledningen av den avgitte varmen til det rennende vannet. Han vil gjennomføre dette ifølge de byggemessige og stedlige synspunktene til enhver tid. Av valget for plas-seringsstedet av væske/væske varmeveksleren fremgår det hver gang spesifikke fordeler.

Er denne væske/væske varmeveksleren plassert i veggene til generatorinnstigningssjakten, så er veiene for kjølevæskeledningene korte.

Er den plassert mellom generatorinnstigningssjakten og turbininnstigningssjakten, hhv danner den i det minste en del av en forbindelsesvegg mellom de to sjaktene så blir et hittil ledig rom som av strømningstekniske grunner også hittil var kledd trykkløst forsynt med en slags bekledning, som tilleggseffekt bringer med seg borttransport av avgitt varme. Ifølge trykklikevekten i dette området (Det rennende vannet står i direkte kontakt med rommet mellom de to sjaktene.) er de mekaniske belastningene der relativt små. Det frie tverrsnittet for det rennende vannet blir dessuten heller ikke innsnevret.

Er derimot væske/væske varmeveksleren til generatoren festet på siden av fundamentet til beholderen, hvor ledningene fortrinnsvis er ført gjennom fundamentveggen, så finnes det også der korte ledningstilkoblingsveier og en stabil monteringsmulighet. Dessuten er det sikret at selv ved lave vannstander, når vannføringskanalen muligens ikke er helt fylt, så blir generatoren avkjølt av det rennende vannet.

Er den derimot montert på veggene til vannføringskanalen så resulterer dette riktignok i lengre ledningsveier, men kan til forskjell fra feste på generatorbeholderen anføre fordelen av mindre vibrasjoner. Dessuten er all slags innflytelse fra varmeavgivelse fra varmeveksleren ved avledning av varme, som gjennom beholderen blir avgitt direkte til omgivelsene, unngått.

Men innen oppfinnelsens rammer ligger også andre løsninger, hvor det f.eks. i vannføringskanalen - eksempelvis i sugerøret - er plassert støtter som holder væske/væske varmeveksleren på et sted med høy strømningshastighet for det rennende vannet.

Ved en montering av væske/væske varmeveksleren i området til ledeverket til turbinene med høy strømningshastighet for det rennende vannet gjør den høye strømningshastigheten for det rennende vannet seg bemerket som en fordel som fører til en forbedret varmebortledning.

Gunstig er et kjølesystem hvor væske/væske varmeveksleren er bygget av et metall med stor varmeledningsevne f.eks. aluminium eller en aluminiumslegering - spesielt en korrosjonsfast aluminiumslegering med kobber og/eller nikkel. Visse aggressive væsker i det rennende vannet kan da ikke skade væske/væske varmeveksleren. Overflatebehandling, som f.eks. "Eloxal" ligger innen mulighetenes grenser. Varmevekslere laget fullstendig av "Nirosta" er tenkelig, da hva oppfinnelsen angår varmeovergangsmotstanden hos disse, som følge av de tynne veggene som nå bare må tåle små mekaniske (hydrauliske) krefter, kan. holdes liten.

Det er en fordel om det for å akselerere transporten av kjølevæske mellom luft/vann kjøleren og væske/væske varmeveksleren er forutsatt pumper som fortrinnsvis er plassert utenfor beholderen. En plassering inne i beholderen er ikke å foretrekke når det inne i beholderen må regnes med vibrasjoner som ved alle slags pumpedriwerk kunne fremkalle lagerskader.

En rørturbingenerator med et kjølesystem som angår oppfinnelsen utmerker seg ved å være kompakt innenfor generatorbeholderveggene.

Selvfølgelig omfatter oppfinnelsen og driftsgeneratorer eller sjaktgeneratorer i en beholder med kjølesystem som angår oppfinnelsen. For slike generatorer er også tenkelig å todele kjølingen, for å ta hensyn til all slags forskjellige kjølebehov for generatoren og drivverket.

Oppfinnelsen dekker også kjølekombinasjoner, f.eks. med olje/væskekjølere, som i tillegg til væske/luftkjølerne kan ha et eget kjølekretsløp, f.eks. for smøremidler og som likeledes fører den avgitte varmen til varmeveksleren som ligger utenfor.

Anvendelsen av væske til væske varmevekslere er per se riktignok kjent fra de forskjelligste andre fagområder, men fagmannen innen rørturbinkonstruksjon lot seg åpenbart lede av andre overveielser som snarere avholdt ham fra anvendelsen av slike varmevekslere i rennende vann. Tydelig blir dette ved studiet av utviklingen av kjølerkonstruksjon ved hjelp av følgende dokumenter: FR 1 022 783, FR 1 267 170, anmelderens prosjekt "Bulb Type Generators" fra 1981 og EP 0 444 059. Disse publikasjoner viser at man hele tiden strevet med å integrere varmevekslerne og dermed pådro seg betydelige vanskeligheter.

Ved hjelp av en eksemplarisk utformingseksempel vist ved hjelp av skisser blir oppfinnelsen nærmere forklart. Den viser, figur 1 et symbolsk delsnitt gjennom en kjøleanordning som angår oppfinnelsen ved en rørturbingenerator.

Innenfor en kanalføring, hvor bare en vegg 11 er vist, strømmer rennende vann 12 rundt en beholder 1 til en rørturbin hhv en rørturbingenerator hvor en stator er antydet. En kuppel 4 for beholderen, som er vendt mot strømretningen til det rennende vannet, må tåle noe av mekanisk belastning gjennom det hydrauliske trykket og strømningsegenskapene til vannet. De dynamiske og statiske kreftene som opptrer der blir fordelt på beholderen 1 og derfra ledet inn i et fundament. To innstigningssjakter 5 og 14 muliggjør tilgangen til generatoren 2 hhv til turbiner eller til drivverk som ikke er vist.

Rotoren til generatoren 2 holdes på en aksel 10 som forbinder den med turbinen, denne støttet i et lager 9 rett overfor et fundament som ikke er vist. Generatorstatoren 8 befinner seg på innerveggen til beholderen 1 som er planlagt optimalt for de trykkforholdene og belastningene som hersker i kanalen.

En væske/luft kjøler 3 med vifte 7 blir gjennom ledninger 6 forsynt med avkjølt kjølevæske som blir pumpet gjennom en væske/væske kjøler 13. Det er vist to varianter av varmevekslerplasseringen, på veggen 11 eller mellom sjaktene 5 og 14. De øvrige plasseringsvariantene som er beskrevet er for fagmannen så forståelige at ytterligere billedlig fremstilling ble utelatt.

Claims (10)

1. Kjølesystem for en generator (2) som er plassert i en beholder (1) omgitt av rennende vann (12), især en rørturbingenerator eller turbogenerator med en luft/væske varmeveksler (3) i beholderens (1) indre, som på væskesiden er forbundet med ledninger (6), karakterisert ved at ledningene (6) i et lukket kretsløp fører til i minst en væske/væske varmeveksler (13) utenfor, men nær beholderen (1), dvs ved siden av, over eller under generatoren (2) og som står i varmeledende forbindelse med det rennende vannet (12).

2. Kjølesystem ifølge krav 1, karakterisert ved at væske til væske varmeveksleren (13) er plassert i en generatorinnstigningssjakts (5) kledningsområde.

3. Kjølesystem ifølge krav 1 for rørturbingeneratorer med en innstigningssjakt (5) for generatoren og en innstignings-sjakt (14) for turbinen, karakterisert ved at væske/væske varmeveksleren (13b) er plassert mellom generatorens innstigningssjakt (5) og turbinens innstigningssjakt (14) hhv i det minste danner en del av forbindelsesveggen mellom de to sjaktene (5,14).

4. Kjølesystem ifølge krav 1 for en rørturbingenerator (2) i en beholder (1), som er understøttet på et fundament, karakterisert ved at væske/væske varmeveksleren er festet på siden av fundamentet til generatoren (2), hvor ledningene (6) fortrinnsvis er ført gjennom fundamentveggen.

5. Kjølesystem ifølge krav 1 for en rørturbin hhv for en rørturbingenerator (2) i en vannledningskanal, karakterisert ved at væske/væske varmeveksleren (13a) er plassert på en vegg (11) i vannledningskanalen.

6. Kjølesystem ifølge krav 1 for en rørturbin hhv en rørturbingenerator (2) i en vannledningskanal med et sugerør, karakterisert ved at støtter som holder væske/væske varmeveksleren på et sted med høy strømningshastighet i det rennende vannet er plassert i vannledningskanalens frie tverrsnitt, eksempelvis i sugerøret.

7. kjølesystem ifølge krav 1 for en rørturbingenerator med en turbin og et turbinledeverk, karakterisert ved at væskevarmeveksleren er plassert i et område av rurbinledeverket med høy strømningshastighet for det rennende vannet.

8. Kjølesystem ifølge foregående krav, karakterisert ved at væske/væske varmeveksleren (13) er bygget opp av et metall med høy varmeledningsevne f.eks. aluminium eller en aluminiumslegering, især en korrosjonsfast aluminiumslegering med kobber og/eller nikkel.

9. Kjølesystem ifølge foregående krav, karakterisert ved at pumper er anordnet, fortrinnsvis utenfor beholderen (1) for å akselerere kjølevæskens transport i kretsløpet mellom luft/vannkjøleren (7) og væske/væske kjøleren (13).

10. Rørturbingenerator hhv turbogenerator med et kjølesystem ifølge foregående krav.