PL184525B1 - Układ chłodzący generatora umieszczonego w obudowie otoczonego przepływającą wodą - Google Patents

Abstract

1. Uklad chlodzacy generatora umiesz- czonego w obudowie, otoczonego przeplywajaca woda, zwlaszcza generatora z turbina rurowa lub turbogeneratora wraz z wymiennikiem ciepla po- wietrze-ciecz znajdujacym sie we wnetrzu obu- dowy, który od strony cieczy polaczony jest z prze- wodami, znam ienny tym, ze przewody (6) pro- wadzone sa w zamknietym obiegu do przynaj- mniej jednego cieczowego wymiennika ciepla (13), usytuowanego na zewnatrz obudowy (1), w stru- mieniach (12) przeplywajacej wody, i który to wymiennik ciepla usytuowany jest przy genera- torze (2). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzący generatora umieszczonego w obudowie, otoczonego przepływającą wodą, przy czym generator napędzany jest za pomocą turbiny.

Ze stanu techniki znane są dwie główne grupy układów chłodzących do tego typu generatorów, to znaczy układy chłodzenia powietrzem i układy chłodzenia cieczą.

Znane układy chłodzenia powietrzem stosowane są w dwóch wariantach. Jeden z nich obejmuje układy chłodzenia świeżym powietrzem, w przypadku których generator, który ma być chłodzony, umieszczony jest poniżej stosunkowo dużego szybu, dzięki czemu ciepło odlotowe może zostać odprowadzone w górę tego szybu, zaś w dół tego szybu do generatora doprowadzane być może chłodne świeże powietrze. Układy tego rodzaju mają tę słabą stronę, że nie są one szczególnie efektywne, a ponadto są w dużym stopniu uzależnione od warunków otoczenia, takich jak temperatura powietrza. Ponadto wymagająone stosunkowo dużej objętości w obrębie szybu, co pociąga za sobą zmniejszenie dostępnego przekroju poprzecznego dla przejścia wody doprowadzanej do turbiny.

Znane są również układy chłodzenia powietrzem obiegowym (chłodzenie żeberkowe lub fin-cooling), w przypadku których obudowa generatora, względnie obudowa, w której umieszczony jest pod wodą generator, wyposażonajest w dwie powłoki, co umożliwia przepływ zużytego przez generator powietrza między nimi. Ochładzane jest ono od strony zewnętrznej powłoki obudowy, chłodzonej przez przepływającą wodę. Układ ten unika wprawdzie złych stron przedsta184 525 wionych powyżej, wymaga onjednak dużych nakładów energii w procesie wytwarzania podwój nej powłoki, jako że musi być ona produkowana przy wykorzystaniu spawanych blach nośnych. Ta podwójna powłoka obok funkcji chłodzenia, musi również pełnić rolę nośną dla obudowy. Z reguły przede wszystkim, w przedniej części obudowy występująduże mechaniczne obciążenia, w wyniku czego zewnętrzna powłoka, zwrócona pod prąd przepływającej wody, musi być przy tym wykonana ze stosunkowo masywnej blachy stalowej. Prowadzi to z kolei do występowania niekorzystnych warunków wnikania ciepła z podgrzanego zużytego powietrza do przepływającej wody.

W przypadku układów chłodzenia cieczą znane są również dwa podstawowe ich typy. W jednym z nich stosuje się chłodzenie świeżą wodą, a więc woda wodociągowa lub studzienna pompowanajest rurami wewnątrz obudowy do chłodnicy powietrzno-wodnej, skąd odbiera ona ciepło odlotowe ze zużytego przez generator powietrza. Ogrzana w ten sposób świeża woda odprowadzana jest do wody odpływającej z turbiny.

W drugim przypadku wykorzystuje się chłodzenie powierzchniowe, w którym ciecz schłodzona w obiegu zamkniętym, pompowanajest przez obudowę generatora o dwóch powłokach, która to obudowa odpowiada umieszczonej pod wodą obudowie generatora z turbiną rurową, a następnie przez chłodnicę powietrzno-wodną. Zużyte przez generator powietrze chłodzone jest przy tym przez tę chłodnicę, po czym wykorzystywanejest do chłodzenia generatora. W tym czasie ogrzana w chłodnicy woda powinna oddać swoje ciepło poprzez zewnętrzną powłokę obudowy, przepływającej wodzie. Taka konstrukcja opisana została w europejskim zgłoszeniu patentowym EP-A1 444039. Chociaż jest ona niezwykle efektywna, kryje ona jednak przytoczone już powyżej wady. Ponadto zdolność wytwórcza takiego układu chłodzącego, ograniczona jest do wewnętrznej powierzchni obudowy generatora. Zastosowanie podwójnej warstwy pociąga za sobą z drugiej strony powiększenie przekroju poprzecznego obudowy chłodzonego przepływającą wodą, w wyniku czego zmniejszeniu ulega użyteczny przekrój poprzeczny dla strumienia przy danej średnicy rury.

Zastosowanie cieczowych wymienników ciepła znane było wprawdzie w ramach innych dziedzin, jednakże fachowiec z dziedziny budowy turbin rurowych skłonny był raczej zrezygnować z zastosowania tego rodzaju wymienników ciepła w przepływającej wodzie. Widać to, gdy przestudiuje się rozwój budowy chłodnicy na podstawie następujących dokumentów: FR-1022783-B z 1950 roku, FR-B-1267170 z 1960 roku, prospektu zgłaszającej „Bulb Type Generators”z 1981 roku oraz EP-B1-444059 z 1989 roku, które pokazują, że ciągle starano się zintegrować wymienniki ciepła, godząc się przy tym na znaczące utrudnienia.

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzący generatora umieszczonego w obudowie, otoczonego przepływającą wodą, zwłaszcza generatora z turbiną rurową i turbogeneratora wraz z wymiennikiem ciepła powietrze-ciecz znajdującym się we wnętrzu obudowy, który od strony cieczy połączony jest z przewodami.

Istota wynalazku polega na tym, że przewody prowadzone są w zamkniętym obiegu do przynajmniej jednego cieczowego wymiennika ciepła, usytuowanego na zewnątrz obudowy generatora, w strumieniach przepływającej wody i który to wymiennik ciepła usytuowany jest przy generatorze.

Korzystnie, cieczowy wymiennik ciepła usytuowany jest obok, ponad lub pod generatorem.

W układzie według wynalazku, cieczowy wymiennik ciepła usytuowany jest między szybami włazowymi generatora i turbiny, a korzystnie stanowi przynajmniej część ścianki łączącej, położonej między obydwoma szybami.

Według korzystnego rozwiązania, cieczowy wymiennik ciepła umieszczony jest przynajmniej na jednej ściance kanału.

Układ według wynalazku zawiera cieczowy wymiennik ciepła wykonany z metalu o wysokiej przewodności cieplnej, korzystnie z aluminium, stopu aluminiowego, zwłaszcza z odpornego na korozję stopu aluminium z miedzią i niklem.

184 525

Wewnątrz obiegu, między chłodnicą powietrzno-wodną a cieczowym wymiennikiem ciepła usytuowane są pompy, które korzystnie znajdują się poza obudową generatora.

Ten nowy układ chłodzenia łączy w sobie w zaskakuj ąco prosty sposób zalety połączonego układu chłodzenia powietrzem i cieczą, ze względu na niezawodne odprowadzanie ciepła odlotowego, oraz niewielkie wymiary przewodów dla schłodzonej cieczy, w zestawieniu z innymi możliwymi przewodami tego rodzaju, z zaletami cieczowego wymiennika ciepła, produkowanego w nieskomplikowany sposób i stosowanego niezależnie w innych dziedzinach. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem ten wymiennik ciepła nie jest już częścią obudowy, w wyniku czego oba umieszczone być mogą w sposób optymalny wynikający z funkcjonalnych potrzeb. Obudowę umieścić można w jego własnych ściankach, nie bacząc na problemy z wymianą ciepła, zaś cieczowy wymiennik ciepła może być umieszczony w zależności od potrzeb optymalnej wymiany ciepła, i nie musi przy tym zapewniać mechanicznej trwałości umieszczonej pod wodą, obudowy generatora w przypadku wystąpienia obciążeń hydraulicznych, mechanicznych oraz wibracyjnych. Konstruktor ma przy tym w ramach niniejszego wynalazku pewną swobodę wyboru optymalnego miejsca odprowadzania ciepła do przepływającej wody. Kierować się on będzie przy tym względami związanymi z budową, jak i lokalizacją. Wybór lokalizacji cieczowego wymiennika ciepła pociąga za sobą specyficzne korzyści.

O ile wymiennik ten umieszczony zostanie w obszarze osłony szybu włazowego generatora, wówczas droga, jaką chłodzona ciecz pokonuje wewnątrz przewodów jest krótka.

Jeśli umieszczony on zostanie między szybem włazowym generatora a szybem włazowym turbiny, względnie będzie on tworzyć przynajmniej część ścianki łączącej oba szyby, wówczas przestrzeń, która już wcześniej ze względów technicznych powiązanych z przepływem, osłonięta była w sposób bezciśnieniowy, zaopatrzona by była w taką osłonę, która umożliwiałaby dodatkowo odprowadzanie ciepła odlotowego. W wyniku braku nacisku na ten obszar, gdy przepływająca woda znajduje się w bezpośrednim kontakcie z przestrzenią między oboma szybami, mechaniczne obciążenia byłyby tu stosunkowo niewielkie. Wolny przekrój poprzeczny dla przepływającej wody nie byłby przy tym zmniejszony.

Jeśli natomiast ten wymiennik ciepła generatora zamocowany jest z boku do fundamentu obudowy, przy czym korzystne jest poprowadzenie przewodów przez ściankę fundamentu, wówczas i tu istnieje krótka droga przez przewody, oraz możliwość trwałego montażu. Poza tym zapewnione jest i to, że nawet przy niskim poziomie wody, w trakcie którego kanał wodny może nie być pełny, generator chłodzony jest przepływającą wodą.

Jeśli zamontowany jest on za to na ściankach kanału wodnego, wówczas droga przez przewody jest wprawdzie dłuższa, lecz za to, inaczej niż to jest w przypadku zamocowania na obudowie generatora, pojawia się tu korzyść, polegająca na niewielkiej ilości wibracji. Poza tym unika się spotykanego kiedy indziej oddziaływania ciepła odlotowego, oddawanego przez obudowę bezpośrednio na zewnątrz, na proces oddawania ciepła przez wymiennik ciepła.

Przy wykonaniu wymiennika cieczowego z odpowiedniego materiału, pewne agresywne składniki przepływającej wody nie mogą zaszkodzić takiemu wymiennikowi ciepła. Możliwe jest też zastosowanie powłok powierzchniowych, jak na przykład aluminium eloksalowanego. Wymienniki ciepła mogą być też w całości wykonane ze stali nierdzewnej, jako że zgodnie z niniejszym wynalazkiem ich opór cieplny, a w wyniku niewielkiej grubości ścianek, które muszą być odporne na działanie jedynie niewielkich sił mechanicznych, może być nieduży.

Generator z turbimąrurowąwraz z układem chłodzącym według wynalazku charakteryzuje się zwartą formą wewnątrz ścianek obudowy generatora.

Niniejszy wynalazek obejmuje też oczywiście generatory przekładniowe lub szybowe umieszczone w obudowie wraz z odpowiednim systemem chłodzącym. W przypadku takich generatorów możliwe jest też podzielenie układów chłodzących na dwie części, uwzględniając przy tym wszelkie możliwe wymagania dotyczące chłodzenia generatora i przekładni.

Wynalazek ten obejmuje też kombinacje- chłodnicze- przykładowo z wykorzystaniem chłodnic olejowo-cieczowych, które dodatkowo obok chłodnic cieczowo-powietrznych zapewnić

184 525 mogą własny obieg chłodzący, na przykład dla środków smarowych i które również odprowadzają ciepło odlotowe do wymienników ciepła, leżących na zewnątrz.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia w symboliczny sposób częściowy przekrój przez chłodnicę umieszczoną przy generatorze z turbiną rurową..

W obrębie kanału, z którego na rysunku widać jedynie ściankę 11, strumienie 12 wody opływają obudowę 1 turbiny rurowej, względnie generatora z turbiną rurową, w przypadku którego zaznaczony został stojan 8. Zwrócona pod prąd przepływu wody, kopuła 4 obudowy wytrzymać musi mechaniczne obciążenie powstające w wyniku hydraulicznego nacisku i właściwości przepływu wody. Występujące tu dynamiczne i statyczne siły oddziaływają na obudowę 1 i przenoszone są do fundamentu. Dwa szyby włazowe 5 i 14 otwierają dostęp do generatora 2, względnie do turbiny lub przekładni, które nie zostały pokazane na rysunku.

Wirnik generatora 2 umocowany jest na wale 10, który łączy go z turbiną, która z kolei umieszczonaj est na podporze 9, opieraj ąc się o fundament, który nie został pokazany na rysunku. Stojan 8 generatora znajduje się na wewnętrznej ściance obudowy 1, która umieszczona jest w optymalny sposób ze względu na zależności ciśnieniowe i obciążenia występujące wewnątrz kanału.

Chłodnica cieczowo-powietrzna 3 wraz z dmuchawą 7 zaopatrywana jest za pośrednictwem przewodów 6 w schłodzoną ciecz, która pompowana jest przez wymiennik cieczowy 13. Na rysunku przedstawione są dwa warianty umieszczenia wymiennika ciepła: na ściance 11 lub między szybami 5 i 14. Pozostałe opisane możliwości umieszczenia wymiennika sądla fachowca na tyle zrozumiałe, by można było zrezygnować z ich przedstawiania na rysunku.

Wynalazek ten nie ogranicza się do przykładu pokazanego na rysunku. W jego ramach mieszczą się rozmaite warianty i sposoby wykonania, również przy wykorzystaniu elementów, które obecnie nie sąjeszcze dostępne na rynku, jak to jest przykładowo w przypadku rozmaitych substancji o właściwościach zgodnych z tutaj opisanymi.

184 525 >

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ chłodzący generatora umieszczonego w obudowie, otoczonego przepływającą wodą, zwłaszcza generatora z turbiną rurową lub turbogeneratora wraz z wymiennikiem ciepła powietrze-ciecz znajdującym się we wnętrzu obudowy, który od strony cieczy połączony jest z przewodami, znamienny tym, że przewody (6) prowadzone są w zamkniętym obiegu do przynajmniej jednego cieczowego wymiennika ciepła (13), usytuowanego na zewnątrz obudowy (1), w strumieniach (12) przepływającej wody, i który to wymiennik ciepła usytuowany jest przy generatorze (2).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że cieczowy wymiennik ciepła (13) usytuowany jest obok generatora (2).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że cieczowy wymiennik ciepła (13) usytuowany jest ponad generatorem (2).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że cieczowy wymiennik ciepła (13) usytuowany jest pod generatorem (2).
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że cieczowy wymiennik ciepła (13b) usytuowany jest między szybami włazowymi (5) i (14) generatora (2) i turbiny, a korzystnie stanowi przynajmniej część ścianki łączącej, położonej między obydwoma szybami (5,14).
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że cieczowy wymiennik ciepła (13a) umieszczony jest przynajmniej na jednej ściance (11) kanału.
7. 7. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że zawiera cieczowy wymiennik ciepła (13) wykonany z metalu o wysokiej przewodności cieplnej, korzystnie z aluminium, stopu aluminiowego, zwłaszcza z odpornego na korozję stopu aluminium z miedzią i niklem.
8. 8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz obiegu, między chłodnicą powietrzno-wodną (7) a wymiennikiem (13) usytuowane są pompy, które korzystnie znajdują się poza obudową (1).