Устройство в капсульном генераторе - RU2159493C2

Чертежи

Показать все 17 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к усовершенствованному устройству в капсульном генераторе, содержащем корпус генератора, размещенный в потоке воды, которая течет вдоль него и по направлению к турбине, причем устройство содержит средство для удаления избыточного тепла, генерируемого в процессе работы генератора, которое содержит элементы, собранные в виде проточных каналов для хладагента и/или нагретого генераторного воздуха для косвенного или непосредственного охлаждения генераторного воздуха.

В известном способе охлаждения капсульных генераторов используют водовоздушные теплообменники, установленные в корпусе генератора или в капсуле, причем воду подают снаружи через трубы внизу входной шахты генератора. Такое устройство часто сталкивается с проблемами из-за того, что требуются фильтры вследствие качества речной воды. Было предложено использовать стенку капсулы в качестве теплообменника для того, чтобы избежать указанных проблем. В таком устройстве стенка капсулы сделана двойной в конической детали носовой части, так что обеспечивается -водяной теплообменник ("охладитель с двойной стенкою"). Вода в промежуточном пространстве циркулирует с помощью насосов через обычные водовоздушные обменники. Даже если такая известная система может хорошо работать, ей мешают некоторые недостатки, особенно касающиеся дорогостоящих дополнительных расходов, включая значительные сварочные работы, дорогие материалы и т.д., причем тепловое сопротивление стенки капсулы является относительно большим. Требование необходимой охлаждающей поверхности будет, поэтому, влиять на размеры носовой детали капсулы или корпуса генератора.

Патент Норвегии N 155305 (СА Альстом-Атлантик) ссылается на погружной аппарат, заключенный в корпус, в котором наружное охлаждение происходит посредством охлаждающих труб, через которые циркулирует охлаждающий воздух, в котором охлаждающие трубы выполнены на наружной стороне корпуса генератора для того, чтобы сделать возможным охлаждение охлаждающего газа посредством воды, протекающей через водяной канал.

Патент США N 4524285 (Раух) ссылается на гидродинамическое устройство, содержащее первый трубообразный корпус, второй корпус, имеющий коническую переднюю часть, выполненную внутри первого корпуса и крепящую электрический генератор, а также третий корпус с конической частью напротив конической части второго корпуса. Через первый корпус вода течет вдоль внешней поверхности второго корпуса, приводит в движение турбину и способствует удалению тепла, генерируемого генератором.

Патент США N 5333680 (Зинхубер/Элин Энергифезоргунг ГмбХ) ссылается на охлаждающую систему для генератора, установленного в камере, которая окружена протекающей водой, причем стенки камеры изготовлены из листового металла и указанные стенки камеры в направлении потока воды выполнены в виде охлаждающего радиатора в виде двойной стенки ("охладитель с двухстенной рубашкой"), включающего каналообразные охлаждающие карманы, в которых вторичный охладитель может протекать и при соответствующем регулировании может использоваться для охлаждения генераторного воздуха.

Патент ЕР 0581841 (Райтингер/Элин Энергиферзоргунг ГмбХ) относится к капсульному генератору, имеющему отдельные охлаждаемые стационарные преобразующие элементы, находящиеся в носовой части корпуса турбины, и охлаждаемые непосредственно обтекающей водой.

Патент США N 3936681 ссылается на охлаждающий агрегат для электрического генератора, в котором применяется выпуклая передняя часть корпуса турбины, причем выпуклая внешняя стенка оснащена множеством коротких крюкообразных охлаждающих ребер. Назначение коротких крюкообразных охлаждающих ребер в том, чтобы облегчить подгонку к выпуклым (непрофильным) частям капсулы.

Следовательно, в соответствии с этими публикациями, речи не идет о предпочтительно "продольных" и "прямых" и двойных профильных экструдированных элементах, которые должны быть введены в качестве охлаждающих элементов в капсульный генератор, т. е. , в частности, делая возможным, чтобы внешние поверхности содержали внешние канавки, имеющие благоприятные характеристики для потока.

Патент Норвегии N 81871 относится к элементам в теплообменнике плитообразного типа, в котором предлагаются пластины, снабженные гофрировками, в частности, для того, чтобы придать жесткость плитам, причем указанные плиты содержат как < большие> гофрировки, так и <малые> гофрировки, идущие параллельно с большими, причем все они выполнены для образования внутреннего полого пространства, обеспечивающие определенные изменения скорости и изменения, связанные с потоком жидкости, протекающей между двумя этими плитами. Согласно этому патенту речь идет о предпочтительно гофрированных тонких плитах, изготовленных прессованием, которые вряд ли могут быть пригодны в конструкции капсульных турбин или генераторов.

Таким образом, ни одна из упомянутых публикаций не дает каких-либо указаний насчет использования экструдированных элементов, в частности, элементов из алюминия, которые были собраны, в соединении с капсульным генератором, давая объединенные внешние и внутренние характеристики потока и свойства теплообмена.

Целью настоящего изобретения является обеспечение конструкции типа, как указано выше, которая как в отношении стоимости, так и в отношении эксплуатации, демонстрирует значительные преимущества в сравнении с предшествующим уровнем техники.

Далее, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства, в котором сварочные работы и применение дорогих материалов сводится к минимуму, в то время как обеспечивается устройство, имеющее благоприятные характеристики охлаждения и одновременно устраняются недостатки, относящиеся к использованию возможно загрязненной речной воды.

Данные цели достигаются посредством устройства в капсульном генераторе, содержащего корпус генератора с входной шахтой и основанием, расположенным в потоке воды с возможностью прохождения турбинной воды вдоль и по направлению к турбине, которое содержит средство для удаления избыточного тепла, сгенерированного в процессе работы генератора, содержащее элементы с проточными каналами для охладителя и/или нагретого генераторного воздуха для косвенного или прямого охлаждения, в котором согласно изобретению элементы в виде проточных каналов выполнены в виде экструдированных элементов, предпочтительно на обеих сторонах, которые выполнены, либо при сборке образуют внутренние каналы для циркулирующего охладителя, в частности для циркулирующего воздуха, либо любого другого соответствующего охладителя, причем внешняя поверхность экструдированных элементов выполнена обращенной к обтекающей турбинной воде.

Предпочтительно, чтобы экструдированные элементы были выполнены профильными по обеим их сторонам с внутренними каналами с внутренними выступами в форме охлаждающих ребер или радиаторных пластин, обеспечивающих большую теплопередающую поверхность, причем внешняя поверхность профильных элементов была выполнена с радиаторными пластинами или канавками, проходящими в направлении охлаждающего потока для благоприятного поверхностного контакта с потоком турбинной воды, текущей вдоль и вокруг них.

Целесообразно, чтобы экструдированные элементы были выполнены плитообразными с большими или меньшими пластинообразными выступами на их обеих сторонах, которые при сборке попарно образуют внутренние каналы с охлаждающими радиаторными пластинами для охладителя, в частности, очищенной воды, и образуют внешние охлаждающие поверхности с радиаторными пластинами навстречу обтекающей турбинной воде.

Желательно, чтобы экструдированные элементы были выполнены в виде продольных прямых и двойных профильных плитообразных элементов, образующих прямые элементы, формирующие звено структурной части.

Возможно, чтобы экструдированные элементы были выполнены в виде профильных элементов, образованных проходящими в направлении потока прямыми параллельными плитообразными частями, которые в набегающей части объединяются с закругленными частями плиты без профильности.

Полезно, чтобы экструдированные элементы с внешними и с внутренними профилями образовывали часть или по существу передний участок корпуса генератора, причем элементы формировали структуру, направляющую поток в теплообменник.

Предпочтительно, чтобы часть корпуса генератора, сформированная экструдированными элементами, была размещена вокруг входной шахты и/или вокруг нижнего пьедестала или основания.

Целесообразно, чтобы экструдированные элементы вокруг входной шахты и основания были размещены с возможностью пропускания без препятствий циркулирующего воздуха в корпусе генератора из одной периферийной стороны генератора и затем направления воздуха в содержащие эти элементы охлаждающие средства с возвращением охлажденного циркулирующего воздуха к центральной части генератора.

Предпочтительно, чтобы средство для удаления избыточного тепла, выполненное в виде базы или основания, было размещено симметрично относительно вводных шахт для оптимизации потока.

Целесообразно, чтобы устройство было выполнено с возможностью циркуляции охладителя, в частности, циркулирующего воздуха, с помощью заданного избыточного давления.

Возможно, чтобы средство для удаления избыточного тепла было выполнено в виде самоподдерживающейся структуры.

Полезно, чтобы экструдированные элементы в собранном состоянии образовывали индивидуальную проточную капсулу или несущее устройство для капсульного генератора, в частности, базу или основание, в обоих случаях соответствующим образом размещенные по отношению к генераторной воде и в соответствующей связи с капсульным генератором.

Дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут ясными из нижеследующего описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, а также из прилагаемой формулы изобретения.

Фиг. 1 представляет схематичное поперечное сечение турбогенератора капсульного типа, использующего ранее известную технологию охлаждения.

Фиг. 2 - вид в изометрии передней носовой части корпуса генератора, имеющего по существу гладкую двойную закругленную поверхность в соответствии с известной технологией.

Фиг. 3 - вид в изометрии, подобный фиг. 2, но в котором одна или больше деталей корпуса генератора представляют пример варианта осуществления устройства согласно изобретению.

Фиг. 4 - в увеличенном масштабе сечение корпуса генератора, показанного на фиг. 3.

Фиг. 5 - сечение, как его видно сверху, верхней части корпуса генератора, показанного на фиг. 3 и фиг. 4.

Фиг. 6 - вид в изометрии, подобный фиг. 2, но в котором специальная носовая часть включена в другой вариант осуществления устройства согласно изобретению.

Фиг. 7 - сечение носовой части, показанной на фиг.6.

Фиг. 8 - частичный вид спереди и частично сечение, взятое по линии А-А на фиг. 7.

Фиг. 9 - сечение, взятое по линии B-B на фиг. 7.

Фиг. 10 - вид в изометрии, подобный фиг. 2, но в котором носовая часть выполнена в виде еще одного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 11 - в увеличенном масштабе сечение варианта осуществления экструдированного профиля, который соответствующим образом может быть введен в устройство согласно изобретению.

Фиг. 12 - вид с торца, в котором множество профилей согласно фиг. 11 собраны с внутренними циркуляционными каналами, включающими охлаждающие ребра, выступающие внутрь, причем циркуляционные каналы образуют внешние радиаторные пластины и канавки.

Фиг. 13 - вид спереди, с частичным сечением, варианта осуществления устройства согласно изобретению, в частности, в котором устройство составляет или является деталью одного или больше несущих устройств для корпуса генератора.

Фиг. 14 и фиг. 15 - сечения в увеличенном масштабе, взятые по линии A-A и линии B-B на фиг. 13, соответственно.

Фиг. 16 - в несколько увеличенном масштабе сечение основных деталей, включенных в вариант осуществления изобретения, проиллюстрированный на фиг. 13, 14 и 15.

Фиг. 17 - сечение варианта осуществления изобретения экструдированного профиля, который соответствующим образом может быть включен в устройство по фиг. 14-16.

Фиг. 18 - вид с торца, в котором множество профилей согласно фиг. 17 собраны с внутренними циркуляционными каналами, включая охлаждающие ребра, выступающие внутрь, причем циркуляционные каналы образуют внешние радиаторные пластины и канавки.

На фиг. 1, которая иллюстрирует схематичное сечение гидрогенератора капсульного типа, G, капсула или корпус генератора обозначена ссылочным номером 1, причем корпус генератора 1 составляет главный элемент гидрогенератора, который помещен в турбинную трубу 2, через которую речная вода 3 или подобная вода течет вдоль и по направлению к турбине 4, расположенной вниз по ходу относительно корпуса генератора 1.

Гидрогенератор G, проиллюстрированный на фиг. 1, использует обычную технологию для охлаждения гидрогенератора, причем гидрогенератор содержит водовоздушные теплообменники 5, размещенные внизу в капсуле, причем вода подается снаружи по трубам 6 через входную шахту 7 генератора. Сама охлаждающая вода забирается из речной воды, которая часто требует наличия фильтров из-за качества речной воды, которая, в свою очередь, делает установку речного генератора более дорогой и сложной.

На фиг. 2 проиллюстрирован в изометрии вид передней носовой части 10А корпуса генератора 10, имеющей по существу гладкую двойную изогнутую поверхность, которая выполнена двойной, тем самым обеспечивая водо-водяной теплообменник ("охладитель с двойной рубашкой"). Здесь вода в промежуточном пространстве может циркулировать посредством насосов через обычные водовоздушные теплообменники, например, такого типа, как рассмотренные в связи с фиг. 1. Такие двойные изогнутые поверхности до сих пор делались из стали, и поверхности выполнялись сваркой двойных изогнутых сферических элементов, что предполагает существенные сварочные работы. Сверху корпус генератора 10 снабжен входной шахтой 17 и внизу основанием 18.

На фиг. 3, 4 и 5 показаны детали варианта осуществления устройства согласно изобретению, в котором охладитель, в частности, охлаждающий воздух, пропускается через средство, дающее прямой теплообмен с турбинной водой, протекающей вокруг.

На фиг. 3 проиллюстрирован в изометрии корпус генератора 110, имеющий существенно ту же конструкцию, что и носовая часть 10A по фиг. 2, но в котором вокруг верхней входной шахты 117 и пьедестала или основания 118 имеется средство, функционирующее и как направляющая структура для внешнего потока, и как внутренний теплообменник.

Другими словами, вокруг верхней входной шахты 117 было введено охлаждающее средство 110а и 110b, соответственно, которое само содержит элементы, в частности, элементы 111, которые либо могут содержать каналы, либо при сборке образуют каналы 112а и 112b, соответственно, для циркуляции охладителя, в частности, охлаждающего воздуха, или любого другого соответствующего охладителя, например, элементы типа, проиллюстрированного на фиг. 11 и 12, на которых также показано, как такие каналы 112а, 112b содержат внутренние выступы в форме охлаждающих ребер или радиаторных пластин 113, обеспечивая большую поверхность теплопередачи.

Далее, из фиг. 3 видно, что охлаждающее средство 110а и 110b выполнено так, что образует направленные наружу внешние радиаторные пластины и канавки 115, проходящие в направлении потока для благоприятного поверхностного контакта с турбинной водой, текущей вдоль и вокруг, как также показано в деталях на фиг. 11 и 12.

Далее, из фиг. 4 и 5 ясно, что элементы, которые включены в охлаждающее средство 110а и 110b вокруг входной шахты 117 и основания 118, соответственно, могут позволить охлаждающему воздуху беспрепятственно циркулировать у одной периферийной стороны генератора 140 и затем возвращаться в каналы 112а охлаждающего средства, содержащего элементы 110а и 110b, соответственно, откуда охлажденный воздух, см. стрелки D и E, может возвращаться к центральной части генератора.

Так как профильные элементы, включенные в соответствующее средство 110a и 110b, предпочтительно, составлены из частей прямых параллельных плит, проходящих в направлении потока, которые навстречу течению объединяются в закругленные части плит 141' и 142', соответственно, получается картина потока, которая в значительной степени может быть сравнена с картиной потока, которая проиллюстрирована на фиг. 2, в которой используются обычные конструктивные способы.

Должно быть понятно, что материал, из которого сделаны охлаждающие средства 110а и 110b должен иметь благоприятные характеристики в отношении теплопроводности, а также благоприятную стойкость к коррозии, в то время как сам материал может быть изготовлен простым способом с помощью экструзии, например, алюминия, пластмассы или соответствующих сплавов или смеси других материалов.

На фиг. 6-9 показаны детали в связи с другим вариантом осуществления устройства согласно изобретению, в котором охладитель, в частности, циркулирующий воздух и/или подшипниковая смазка, могут быть пропущены через средство, которое обеспечивает прямой теплообмен с турбинной водой, протекающей вокруг.

В варианте осуществления изобретения по фиг. 6-9 указанное средство, обеспечивающее прямой теплообмен с турбинной водой, протекающей вокруг, может составлять по существу всю переднюю часть корпуса генератора, причем указанное средство функционирует и как структура, направляющая поток, и как теплообменник.

Должно быть понятно, что указанное средство может быть выражено либо в виде самоподдерживающейся структуры, либо указанное средство может быть собрано с внешними поддерживающими средствами, например, основаниями и/или входными шахтами.

На фиг. 6 в изометрии показан корпус гидрогенератора 210, имеющего носовую часть 210А, которая включается в вариант осуществления устройства согласно изобретению, причем носовая часть выполнена из экструдированных элементов, в частности, из алюминиевых профилей, как в варианте осуществления на фиг. 11 и 12, но здесь обозначенных 211.

На фиг. 6-9, которые показывают носовую часть 210А, составляющую другой вариант осуществления устройства согласно изобретению, в частности, на фиг. 9, видно, как циркулирующий воздух в виде стрелок 216 направляется через внутренние каналы 212 от различных деталей генератора 217 и через вентиляторы 216 обратно в машинное помещение 219.

Должно быть понятным, что циркулируемый воздух 216 может быть использован для прямого охлаждения деталей генератора 217 и что циркулируемый воздух может работать как охладитель для охлаждения подшипниковой смазки.

Как специально показано на фиг. 6 и фиг. 9, носовая часть 210А генератора может быть выполнена с клинообразной структурой, подобной прямому носу корабля, но должно быть понятно, что клинообразная структура также может быть изогнутой или с изломом в форме двух или больше прямых поверхностей на каждой стороне, чтобы этим обеспечить соответствующее направление потока речной воды.

На фиг. 10 показан еще один вариант осуществления изобретения, в котором показан гидрогенератор 310, имеющий носовую часть 310А, содержащую экструдированные элементы 311, размещенные на расстоянии друг от друга вокруг носовой части 310А. Здесь также элементы 311 выполнены в виде прямых элементов в направлении потока, которые соответствующим образом объединяются с изогнутой передней носовой частью 310В и далее с закругленными частями 310С между элементами 311. Кроме того, здесь элементы могут быть выполнены так, как это рассмотрено в связи с фиг. 11 и 12.

Так же, как и было описано выше, на фиг. 11 и 12, показан пример одиночного профиля 111 и двойного профиля 111a, 111b, причем два элемента 111a, 111b являются типом, показанным на фиг. 12 и собранным так, чтобы образовать внутренние циркуляционные каналы 112 или 112а, 112b для циркулирующего воздуха, в то время как охлаждающие ребра 113 выступают внутрь каналов, и в то время как циркуляционные каналы 112 образуют внешние радиаторные пластины 114 с канавками или углублениями 115, предусмотренными между ними. Внутренние охлаждающие ребра 113, как рассмотрено выше, обеспечивают значительную теплопроводящую поверхность, и чередующиеся внешние радиаторные пластины 114 и впадины 115 обеспечивают значительную контактную поверхность с речной водой, протекающей вокруг.

Должно быть понятно, что устройство согласно изобретению может содержать охлаждающее средство, соответствующим образом выполненное в виде по существу экструдированных элементов, которые в собранном состоянии образуют индивидуальную проточную капсулу или образуют несущее устройство для капсульного генератора, в частности, в качестве базы или основания, в обоих случаях помещенных в поток воды снаружи капсулы, и в то же время находящиеся в соответствующей связи с капсульным генератором с его охладителем, в частности, с очищенной охлаждающей водой или с любым другим соответствующим охладителем.

На фиг. 13-15 показан вариант осуществления устройства согласно изобретению, в котором устройство составляет часть верхнего несущего устройства 410а и нижнего несущего устройства 410b для корпуса генератора 410, содержащего экструдированные элементы 411.

Фиг. 16 показывает в увеличенном масштабе сечение главных элементов, включенных в вариант осуществления изобретения, показанный на фигурах 13, 14 и 15.

Фиг. 17 представляет сечение варианта осуществления экструдированного профиля, который может быть включен в устройство, согласно фиг. 13-15.

Фиг. 18 показывает вид с торца, в котором множество профилей согласно фиг. 17 были собраны с внутренними циркуляционными каналами, имеющими ребра охлаждения, выступающие внутрь, причем циркуляционные каналы образуют внешние радиаторные пластины и канавки.

Кроме того, здесь охлаждающее средство 410а, 410b выполнено из экструдированных элементов, причем элементы 411 на одной стороне содержат охлаждающие ребра 413 и на другой стороне содержат охлаждающие радиаторные пластины 414. При сборке множества таких элементов 411 эти элементы, собранные попарно, образуют внутренние каналы 412, имеющие набор внутренних охлаждающих радиаторных пластин 413 для охладителя, в частности, очищенной воды, в то время как собранные каналы 412 снаружи образуют радиаторные пластинообразные охлаждающие поверхности 414 в форме канавок 415, снабженных ребрами, обращенными к обтекающей турбинной воде.

В дополнение к выступающим "внутренним" охлаждающим ребрам 413 на заданных расстояниях выполнены комбинированные разделительные и поддерживающие ребра 420, которые, при осевом повороте элементов на 180 градусов относительно друг друга, обеспечивают пары самоподдерживающих каналообразных элементов, которые обеспечивают легкость последующих сварочных работ.

Реферат

Капсюльный генератор содержит корпус, расположенный в потоке воды с возможностью прохождения турбинной воды вдоль и по направлению к турбине, средство для удаления избыточного тепла, генерируемого в процессе работы генератора, выполненное в виде элементов, в виде проточных каналов для охладителя и/или нагретого генераторного воздуха. Технический результат заключается в независимости охлаждающей системы от качества речной или турбинной воды и содержании элементов, не являющихся дорогими в изготовлении и сборке. Средство содержит известные экструдированные элементы, которые либо содержат каналы, либо при сборке образуют каналы для циркулирующего охладителя, в частности циркулирующего воздуха, или любого другого соответствующего охладителя. Внешняя поверхность экструдированных элементов обращена к обтекающей турбинной воде. 11 з.п.ф-лы, 18 ил.

Формула