RU2419739C1

RU2419739C1 - Nuclear submerged gas pumping station

Info

Publication number: RU2419739C1
Application number: RU2009135502/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-05-27
Also published as: RU2009135502A

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: at least one water-moderated nuclear reactor connected via pipeline to turbine and gas injectors with drives is installed in one of compartments. Each turbine is connected by means of shaft to electric generator which is electrically connected through commutator to drives of gas injectors and to storage batteries. Supply and discharge gas lines are introduced tightly and upward vertically inside rugged housing. Detachable connections having the possibility of being connected to supply and discharge branch pipes of gas line and made perpendicular to it are arranged on ends of gas pipelines Branch pipes are installed on both sides of bypass pipeline having two shutoff valves on its ends ^ EFFECT: higher reliability and safety of operation. ^ 8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к добыче газа и транспортировке газообразного углеводородного топлива по трубопроводам большой протяженности, проложенным по морскому дну.The invention relates to gas production and transportation of gaseous hydrocarbon fuel through long pipelines laid along the seabed.

Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2191321, которая содержит стальной герметичный корпус, разделенный прочными переборками на реакторный отсек, два жилых и аккумуляторных отсека и два концевых - турбинных отсека.Known nuclear submarine gas pumping station according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2191321, which contains a sealed steel casing, separated by solid bulkheads into the reactor compartment, two residential and battery compartments and two end - turbine compartments.

В реакторном отсеке размещен один автономный источник энергии, питающий все потребители атомной подводной газоперекачивающей станции - водо-водяной атомный реактор. Реактор соединен паропроводами с газовыми турбонагнетателями. В соседних симметрично расположенных относительно реакторного отсеках расположены жилые каюты, аккумуляторные батареи, пульты управления и все остальное общекорабельное оборудование, механизмы и устройства. В концевых герметичных отсеках размещены паротурбинные установки, которые через специальный вращающийся вал соединены с носовым концом ротора компрессора-нагнетателя, который размещен вне прочного корпуса и крепится к концевой сферической переборке. Роль дейдвудного сальника в данном случае выполняют носовое масляное уплотнение компрессора-нагнетателя и носовой его подшипник. Таким образом, весь тракт перекачиваемого атомной подводной газоперекачивающей станцией природного газа находится вне прочного легкого корпуса, причем приемные и напорные ветви газопроводов от компрессора-нагнетателя проходят по междубортному пространству.In the reactor compartment there is one autonomous source of energy that feeds all consumers of a nuclear subsea pumping station - a water-to-water nuclear reactor. The reactor is connected by steam lines to gas turbochargers. Residential cabins, storage batteries, control panels and all other general ship equipment, mechanisms and devices are located in neighboring symmetrically located relative to the reactor compartments. Steam turbine units are located in the end tight compartments, which are connected through a special rotating shaft to the nose end of the compressor-supercharger rotor, which is located outside the durable housing and is attached to the end spherical bulkhead. The role of the stern gland in this case is played by the nasal oil seal of the compressor-supercharger and its nasal bearing. Thus, the entire tract of the natural gas pumped by an atomic subsea gas pumping station is located outside a durable lightweight housing, with the receiving and pressure branches of the gas pipelines from the compressor-supercharger passing through the double-sided space.

Порядок посещения этой станции в подводном положении следующий. Открывается входной люк, через который обслуживающий персонал попадает в жилой отсек станции. Затем уже из жилого отсека производится газовый анализ воздуха в концевом отсеке и его замена в случае необходимости, открывается входной люк на переборке и обслуживающий персонал приступает к осмотру механизмов уплотнения компрессора-нагнетателя и замене расходных материалов. После окончания работ обслуживающий персонал покидает станцию до следующего посещения.The procedure for visiting this station underwater is as follows. An access hatch opens, through which service personnel enter the station's living compartment. Then, gas analysis of the air in the end compartment is already carried out from the living compartment, and if necessary, it is replaced, the access hatch opens on the bulkhead and maintenance personnel begin to inspect the compressor-supercharger sealing mechanisms and replace consumables. After completion of work, maintenance personnel leave the station before the next visit.

Недостатками этой станции являются очень низкая надежность, обусловленная наличием только одного атомного реактора, размещение компрессора-нагнетателя вне станции, что приводит к необходимости выполнения вращающегося вала в прочном корпусе и возможной его разгерметизации, а также невозможности обслуживания компрессора-нагнетателя на больших глубинах, например более 50 м.The disadvantages of this station are the very low reliability due to the presence of only one nuclear reactor, the placement of the compressor-compressor outside the station, which leads to the need for a rotating shaft in a strong housing and its possible depressurization, as well as the inability to service the compressor-compressor at great depths, for example, more 50 m

Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2154231, прототип. Эта атомная газоперекачивающая станция, содержащая легкий и прочный корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки, в среднем из которых установлен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, приводная турбина которых соединена вращающимся валом с компрессором-нагнетателем, приемные и напорные ветви газопроводов которого проходят по междубортному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов станции с магистральным газопроводом, расположенных в килевой ее части.Known nuclear subsea pumping station according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2154231, prototype. This atomic gas pumping station, containing a light and durable housing, separated by solid bulkheads into sealed compartments, on average of which a water-water atomic reactor is installed, connected by steam pipelines to gas turbochargers, a drive turbine of which is connected by a rotating shaft to a compressor-supercharger, receiving and pressure branches the gas pipelines of which pass through the inter-side space and are connected to the baffles of the docking nodes of the station with the main gas pipeline located in its keel part .

Недостатки: низкая надежность станции обусловленная рядом причин.Disadvantages: low reliability of the station due to several reasons.

1. Отсутствие дублирующих систем, в том числе второго атомного реактора.1. The lack of duplicate systems, including the second nuclear reactor.

2. Наличие одного газового нагнетателя.2. The presence of one gas supercharger.

3. Расположение газового нагнетателя вне станции.3. Location of the gas supercharger outside the station.

4. Отсутствие внешнего источника питания электроэнергией.4. The lack of an external power source for electricity.

5. Катастрофические последствия при поломке газового нагнетателя, приводящие к прекращению подачи газа в газовую магистраль.5. The catastrophic consequences of a breakdown of the gas supercharger, leading to the cessation of gas supply to the gas pipeline.

6. Наличие задвижек вне станции и отсутствие дистанционного управления ими.6. The presence of valves outside the station and the lack of remote control.

7. Отсутствие гидравлического движителя для самостоятельного перемещения станции.7. Lack of hydraulic propulsion for independent movement of the station.

Задача создания изобретения: повышение надежности работы станции. Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что атомная подводная газоперекачивающая станция, содержащая прочный корпус, разделенный переборками на герметичные отсеки, в одном из которых установлен, по меньшей мере, один водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводом с турбиной, и газовые нагнетатели с приводами, каждая турбина соединена валом с электрическим генератором, который электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями. Внутрь прочного корпуса вертикально вверх герметично введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполненные перпендикулярно к ней и подведенные к входной и выходной магистралям, имеющим запорные краны на их концах, а между запорными кранами выполнен байпасный трубопровод. Разъемные соединения выполнены быстроразъемными. Запорные краны могут быть выполнены с дистанционными приводами. Между всеми нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты. К коммутатору подсоединен силовой кабель, выведенный через герметичный разъем наружу. Атомная подводная газоперекачивающая станция может быть оборудована гребным винтом с приводом движителя. В нижней части прочного корпуса может быть выполнено, по меньшей мере, четыре кронштейна, к которым закреплены опоры для установки станции на грунт. Все опоры выполнены регулируемыми по длине.The task of creating the invention: improving the reliability of the station. The solution to this problem was achieved due to the fact that the nuclear subsea pumping station containing a sturdy housing separated by bulkheads into sealed compartments, in one of which at least one water-water atomic reactor connected by a steam line to the turbine and gas superchargers drives, each turbine is connected by a shaft with an electric generator, which is connected by electrical connections through the switch to the drives of gas superchargers and to the batteries. Inlet and outlet gas pipelines are hermetically inserted vertically upward inside the durable case, at the ends of which detachable connections are placed that can be connected to the inlet and outlet pipes of the gas main, perpendicular to it and brought to the inlet and outlet mains having shut-off valves at their ends, and a bypass pipe is made between the shutoff valves. The detachable connections are quick disconnect. Shut-off valves can be made with remote drives. Between all superchargers and their drives magnetic couplings are installed. A power cable connected to the switch is connected through an airtight connector. A nuclear subsea pumping station can be equipped with a propeller with a propulsion drive. At least four brackets can be made in the lower part of the sturdy case, to which the supports are fixed for installing the station on the ground. All supports are made adjustable in length.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1…4,The invention is illustrated in the drawings of figures 1 ... 4,

гдеWhere

на фиг.1 приведена схема атомной станции,figure 1 shows a diagram of a nuclear power plant,

на фиг.2 приведен вид сбоку,figure 2 shows a side view,

на фиг.3 приведена пневмогидравлическая и электрическая схема,figure 3 shows the pneumohydraulic and electrical circuit,

на фиг.4 приведена конструкция газового нагнетателя с магнитной муфтой.figure 4 shows the design of a gas supercharger with a magnetic coupling.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями, а изобретательский уровень - достижением нового технического результате при использовании новых технических решений.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability. The novelty is confirmed by patent research, and the inventive step is achieved by the achievement of a new technical result when using new technical solutions.

Атомная подводная газоперекачивающая станция (фиг.1…4) предназначена для повышения давления газа, подведенного по входной магистрали 1, и его передачи в выходную магистраль 2, между которыми установлен байпасный трубопровод 3 с запорными кранами 4 и 5. Входная и выходная газовые магистрали 1 и 2 установлены горизонтально на подставках 6 на морском дне. Станция содержит прочный корпус 7, разделенный переборками 8 на герметичные отсеки: двигательный отсек 9, жилой отсек 10, турбинный отсек 11, реакторный отсек 12, аккумуляторный отсек 13 и газоперекачивающий отсек 14. В реакторном отсеке 12 установлен, по меньшей мере, один водо-водяной атомный реактор 15, соединенный паропроводом 16 через нагнетатель 17, имеющий привод 18, с турбиной 19, выход из которой соединен с теплообменником 20, который установлен в турбинном отсеке 11. К теплообменнику 20 подсоединены патрубки подвода и отвода воды, соответственно 21 и 22, которые выходят через прочный корпус 7 в воду. Место выхода легко герметизировать, в отличие от вращающегося вала, например, сваркой. В турбинном отсеке 11 также установлены газовые нагнетатели 23 (не менее двух) с приводами 24, к которым они присоединены при помощи валов 25 через магнитные муфты 26. Каждая турбина 19 соединена валом 27 через магнитную муфту 28 с электрическим генератором 29. Электрический генератор 29 электрическими связями 30 через коммутатор 31 соединен с приводами нагнетателей 24, приводами 18 и с аккумуляторными батареями 32. К коммутатору 30 подсоединен блок управления 33. Внутрь прочного корпуса 7 герметично введены подводящий и отводящий газопроводы 34 и 35, на концах которых размещены разъемные соединения 36, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками 37 и 38, выполненными строго перпендикулярно к байпасному трубопроводу 3 в одной плоскости и отстоящими друг от друга на строго регламентированном расстоянии «А», и имеющих два запорных крана 39 и 40. Разъемные соединения 35 выполнены быстроразъемными. Запорные краны 4, 5, 39 и 40 выполнены с дистанционными приводами 41. Дистанционный привод 41 может быть выполнен либо при помощи подстыкованных к ним кабелей или при помощи радиоканала. Несмотря на то, что радиоволны плохо распространяются в воде, радиоуправление на небольшом расстоянии в несколько метров вполне реально. Возможно также акустическое управление запорными кранами.Nuclear subsea gas pumping station (Fig. 1 ... 4) is designed to increase the pressure of the gas supplied through the inlet pipe 1 and transfer it to the outlet pipe 2, between which a bypass pipe 3 with shut-off valves 4 and 5 is installed. Inlet and outlet gas pipes 1 and 2 are mounted horizontally on pedestals 6 on the seabed. The station contains a sturdy case 7, divided by bulkheads 8 into sealed compartments: engine compartment 9, living compartment 10, turbine compartment 11, reactor compartment 12, battery compartment 13 and gas pumping compartment 14. At least one water supply is installed in the reactor compartment 12 a water atomic reactor 15 connected by a steam line 16 through a supercharger 17 having a drive 18 with a turbine 19, the outlet of which is connected to a heat exchanger 20, which is installed in the turbine compartment 11. Water inlet and outlet pipes 21, respectively, are connected to the heat exchanger 20 and 22, which exit through the robust housing 7 into the water. The exit point is easy to seal, unlike a rotating shaft, for example, by welding. Gas turbines 23 (at least two) with actuators 24 are also installed in the turbine compartment 11, to which they are connected via shafts 25 via magnetic couplings 26. Each turbine 19 is connected by a shaft 27 through a magnetic clutch 28 to an electric generator 29. An electric generator 29 is electric the connections 30 through the switch 31 are connected to the drives of the superchargers 24, the drives 18 and to the batteries 32. A control unit 33 is connected to the switch 30. Inside the durable housing 7, the supply and exhaust gas lines 34 and 35 are hermetically inserted at the end which have detachable connections 36, which are able to connect with the inlet and outlet pipes 37 and 38, made strictly perpendicular to the bypass pipe 3 in the same plane and spaced apart at a strictly regulated distance “A”, and having two shut-off valves 39 and 40 The detachable connections 35 are quick disconnect. Shut-off valves 4, 5, 39 and 40 are made with remote actuators 41. The remote actuator 41 can be performed either by connecting cables to them or by means of a radio channel. Despite the fact that radio waves propagate poorly in water, radio control at a short distance of several meters is quite realistic. Acoustic control of stopcocks is also possible.

На подводящем и отводящем трубопроводах 34 и 35 внутри прочного корпуса установлены запорные клапаны 42 и 43, соединенные электрическими каналами связи с блоком управления 33. Управление этими клапанами затруднений не вызываетOn the inlet and outlet pipes 34 and 35, shutoff valves 42 and 43 are installed inside the sturdy casing, which are connected by electrical communication channels to the control unit 33. These valves are not difficult to control.

Атомная подводная газоперекачивающая станция может быть оборудована гидравлическим движителем 44 с приводом движителя 45. К коммутатору 31 подсоединен силовой кабель 46, выведенный через герметичный разъем 47 наружу. В верхней части прочного корпуса 7 выполнены шлюзы 48. В нижней части прочного корпуса выполнено, по меньшей мере, четыре кронштейна 49, к которым прикреплены опоры 50 для установки станции на грунт 51. Все опоры 50 выполнены регулируемыми по длине за счет устройства регулировки 52. На переборках 8 выполнены люки 53.The nuclear subsea pumping station can be equipped with a hydraulic propulsion unit 44 with a propulsion unit 45 drive. A power cable 46 connected through the airtight connector 47 is connected to the switch 31. In the upper part of the sturdy case 7, locks 48 are made. In the lower part of the sturdy case at least four brackets 49 are made, to which the supports 50 are attached for mounting the station on the ground 51. All supports 50 are made adjustable in length due to the adjustment device 52. On the bulkheads 8, hatches 53 are made.

Пневмогидравлическая и электрическая схема систем атомной подводной газоперекачивающей станции приведена на фиг.3.Pneumohydraulic and electrical system diagram of a nuclear subsea pumping station is shown in Fig.3.

Конструкция газового нагнетателя 21 приведена на фиг.4. Газовый нагнетатель 21 содержит корпус 54, внутри которого на валу 25 установлено центробежное рабочее колесо 55. Центробежное рабочее колесо 55 имеет переднее и заднее уплотнения 56 и 57 соответственно. Между валом 25 и задним уплотнением 57 образована разгрузочная полость 58. Полость 58 отверстиями 59, выполненными в ступице 60 центробежного рабочего колеса 55, соединяет эту полость с полостью центробежного рабочего колеса 55. Вал 25 установлен на подшипнике 61. По обе стороны подшипника 61 выполнены масляные полости 62 и 63, к которым подсоединены трубопроводы 64 и 65. В линии трубопровода 65 установлен маслонасос 66, а перед ним теплообменник 67. К теплообменнику 67 подсоединены патрубки забора и отвода воды 21 и 22.The design of the gas supercharger 21 is shown in Fig.4. The gas supercharger 21 comprises a housing 54, inside which a centrifugal impeller 55 is mounted on the shaft 25. The centrifugal impeller 55 has front and rear seals 56 and 57, respectively. An unloading cavity 58 is formed between the shaft 25 and the rear seal 57. The cavity 58 with holes 59 made in the hub 60 of the centrifugal impeller 55 connects this cavity to the cavity of the centrifugal impeller 55. The shaft 25 is mounted on the bearing 61. Oil-filled on both sides of the bearing 61 cavities 62 and 63, to which pipelines 64 and 65 are connected. An oil pump 66 is installed in the line of the pipeline 65, and a heat exchanger 67 is installed in front of it. Water intake and exhaust pipes 21 and 22 are connected to the heat exchanger 67.

Вал 25 через магнитную муфту 26 соединен с приводом 24 (привод 25 на фиг.4 не показан). Магнитная муфта 26 содержит ведущую и ведомую полумуфты, соответственно 68 и 69, с постоянными магнитами 70 и магнитопроницаемую перегородку 71 между ними.The shaft 25 through the magnetic coupling 26 is connected to the actuator 24 (the actuator 25 is not shown in figure 4). Magnetic clutch 26 contains a leading and a driven half-coupling, 68 and 69, respectively, with permanent magnets 70 and a magnetically permeable partition 71 between them.

При эксплуатации в порту отправления запускают атомный реактор 12 и проверяют работу всех систем, потом включают привод 45 и гребной винт 44, станция свом ходом транспортируется до места назначения и опускается под воду методом заполнения балластных цистерн водой (на фиг.1…4 не показано). Станция подсоединяется к газовой магистрали с участием экипажа, а потом работает автономно. Краны 4, 5, 39, 40, 42 и 43 в исходном положении закрыты. Соединяют разъемные соединения 36, потом открывают запорные краны 39, 40, 42 и 43 при помощи дистанционных приводов 41 и с блока управления 33 подают сигнал на коммутатор 31 и подают электрическую энергию на привод 24, который раскручивает газовый нагнетатель 23 и повышает давление перекачиваемого газа и подает его через запорные клапаны 39, 42, 43 и 40 в напорную газовую магистраль 2.When operating in the port of departure, they start an atomic reactor 12 and check the operation of all systems, then turn on the drive 45 and the propeller 44, the station is immediately transported to its destination and lowered under water by filling ballast tanks with water (not shown in FIGS. 1 ... 4) . The station is connected to the gas main with the participation of the crew, and then it works autonomously. Cranes 4, 5, 39, 40, 42 and 43 in the initial position are closed. The detachable connections 36 are connected, then the shut-off valves 39, 40, 42 and 43 are opened using the remote drives 41 and from the control unit 33 they signal the switch 31 and supply electric energy to the actuator 24, which untwists the gas supercharger 23 and increases the pressure of the pumped gas and feeds it through the shut-off valves 39, 42, 43 and 40 into the pressure gas line 2.

При отказе привода 24 с газовым нагнетателем блок управления 33 автоматически включает второй привод 24 со вторым газовым нагнетателем 23. Так как все системы дублированы, то вероятность полного прекращения работы станции невелика. При серьезной аварии на газоперекачивающей станции возможна подача электрической энергии по силовому кабелю 46 с берега или с плавучей ремонтной базы. Применение магнитных муфт предотвращает перегрев и воспламенение электрогенераторов и приводов, например, при разрушении подшипника и заклинивании вала привода или приводимого им агрегата. Кроме того, размещение подводящего и отводящего газопроводов 34 и 35 внутри прочного корпуса позволяет повысить безопасность и предотвращает их деформацию или повреждение в отличие от схем с внешним расположением. Газовый отсек 14 постоянно заполнен инертным газом, что полностью исключает возгорание от любых причин. Периодическое посещение станции для проведения регламентных работ осуществляется через шлюзы 48.If the drive 24 with a gas supercharger fails, the control unit 33 automatically turns on the second drive 24 with a second gas supercharger 23. Since all the systems are duplicated, the probability of a complete shutdown of the station is small. In case of a serious accident at the gas pumping station, electric energy can be supplied via power cable 46 from the shore or from a floating repair base. The use of magnetic couplings prevents overheating and ignition of electric generators and drives, for example, when the bearing is destroyed and the drive shaft or drive unit is jammed. In addition, the placement of the inlet and outlet gas pipelines 34 and 35 inside a robust housing can improve security and prevent their deformation or damage, unlike schemes with an external location. The gas compartment 14 is constantly filled with inert gas, which completely eliminates fire from any cause. Periodic visits to the station for routine maintenance are carried out through gateways 48.

Применение предложенного изобретения позволило значительно увеличить надежность его работы за счет:The application of the proposed invention significantly increased the reliability of its work due to:

1. Дублирования атомного ректора, турбин, электрогенераторов и газовых нагнетателей.1. Duplication of the nuclear reactor, turbines, electric generators and gas superchargers.

2. Применения электрических приводов во взрывозащитном исполнении.2. Applications of electric drives in explosion-proof execution.

3. Применения аккумуляторов.3. Battery applications.

4. Применения силового кабеля и внешнего источника энергии.4. Applications of power cable and external energy source.

5. Применения быстроразъемных соединений, разнесенных относительно друг друга на строго заданное расстояние.5. The use of quick disconnect connections spaced relative to each other at a strictly specified distance.

6. Применения байпасного трубопровода.6. Bypass piping applications.

7. Применения регулируемых по длине опор.7. Applications of adjustable length supports.

8. Дистанционного управления запорными кранами.8. Remote control of stopcocks.

Claims

1. Nuclear subsea gas pumping station containing a sturdy case, divided by bulkheads into sealed compartments, in one of which at least one water-water atomic reactor is connected, connected by a steam line to the turbine, and gas superchargers with drives, characterized in that each turbine is connected a shaft with an electric generator, which is connected by electrical connections through the switch to the drives of gas superchargers and to the batteries, hermetically inserted vertically upwards into the robust housing s inlet and outlet pipelines, the ends of which plug connections are located in a position to be connected to inlet and outlet pipes gas line, made perpendicularly thereto and mounted on both sides of the bypass conduit having two shut-off valves, at its ends.

2. Nuclear underwater gas pumping station according to claim 1, characterized in that the connections are quick disconnect.

3. Nuclear subsea pumping station according to claim 1 or 2, characterized in that the shut-off valves are made with remote drives.

4. Atomic underwater gas pumping station according to claim 1 or 2, characterized in that magnetic couplings are installed between the superchargers and their drives.

5. Atomic underwater gas pumping station according to claim 1 or 2, characterized in that a power cable connected through an airtight connector is connected to the switch.

6. Nuclear subsea pumping station according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with a hydraulic propulsion unit with a propulsion drive.

7. The nuclear underwater gas pumping station according to claim 1, characterized in that at least four brackets are made in the lower part of the sturdy housing, to which the supports are fixed for installing the station on the ground.

8. Atomic gas pumping station according to claim 7, characterized in that all the supports are made adjustable in length.