Пристрій для водневого охолодження турбогенератора

1. Пристрій для водневого охолодження турбогенератора, що містить нагнітальний пристрій забезпечення циркуляції водню, блок очищення і осушення водню, який включає принаймні два ад C2 1 3 чем, що складається з декількох адсорберів, які мають трубну обв'язку і трубопровід подачі осушеного водню в корпус турбогенератора, блок очищення водню від масла, розташований у трубопроводі подачі водню, водневий компресор високого тиску, розташований у трубопроводі подачі водню між корпусом генератора і осушувачем водню, регулятор тиску на лінії подачі водню, керовані клапани і регулятори тиску, електрично пов'язані з процесорним блоком керування. Низька ефективність відомого пристрою обумовлена високими енерговитратами пов'язаними із приводом напірного вентилятора, водневого компресора, а також з регенерацією адсорбенту. Пристрій також не дозволяє реалізувати високий ступінь чистоти водню в системі охолодження турбогенератора, що знижує надійність його роботи. Крім того, система охолодження і очищення водню відомого пристрою відрізняється високою складністю. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для водневого охолодження турбогенератора шляхом реалізації безпосереднього перетворення теплоти в потенційну енергію очищеного, стисненого газу за допомогою гідридоутворюючих матеріалів, які мають властивість термосорбційної оборотності, що дозволяє здійснити поєднання двох і більше функцій елементів пристрою в єдиному металогідридному пристрої, виключивши енерговитрати на привід водневого компресора, проведення регенеративного відновлення сорберів, якісне очищення водню, що циркулює в системі охолодження з надійним функціонуванням елементів пристрою, за рахунок чого досягнуте підвищення ефективності роботи пристрою охолодження турбогенератора. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для водневого охолодження турбогенератора, який містить нагнітальний пристрій (водневий компресор) забезпечення циркуляції водню, блок очищення і осушення водню, що включає, принаймні, два адсорбери, магістралі з арматурною обв'язкою, що підводять і відводять водень, керовані клапани і регулятори тиску, електрично пов'язані із блоком керування, згідно з винаходом, блок очищення водню виконаний у вигляді термосорбційного компресора, що включає, принаймні, два генератори-сорбери, заповнені речовиною здатною оборотно поглинати водень, обладнаного підключеним до водопроводу водяним охолоджувачем і підключеним до зливальної магістралі підшипникового вузла та масляного бака масляним нагрівачем, при цьому термосорбційний компресор на вході сполучений з магістраллю відведення водню, а на виході - з магістраллю підведення водню, з’єднаною з лінією скидання домішок, через електромагнітний перемикач потоку, підключений до датчика концентрації водню та блока керування. Крім того, як речовина, що заповнює генератори-сорбери, використовують інтерметалідні сполуки, наприклад LaNi5Hx, FeΤiHх. Використання термосорбційного компресора для очищення водню від газоподібних домішок, а також як побудника циркуляції водню в системі охолодження турбогенератора, дозволяє підтри 88425 4 мувати концентрацію водню не нижче 99,0% об., виключити енергоспоживання на примусову циркуляцію водню в системі охолодження, що приводить до підвищення ефективності роботи пристрою водневого охолодження турбогенератора. Використання в термосорбційному компресорі двох і більше генераторів-сорберів, що працюють на гідридах інтерметалідних сполук здатних оборотно і вибірково поглинати водень із газової суміші, виключає енерговитрати на систематичну регенерацію адсорбентів і продувку системи чистим воднем, що підвищує ефективність роботи пристрою водневого охолодження турбогенератора. Виконання нагрівача для підведення тепла у генератор-сорбер термосорбційного компресора, у якому за теплоносій використане утилізоване тепло масла, що відпрацьовано у підшипниковому вузлі, та охолоджувача за холодоагент якого використана проточна вода, дозволяє реалізувати функціонування термосорбційного компресора в утилізаційному режимі, що підвищує ефективність роботи пристрою водневого охолодження турбогенератора. Встановлення в магістралі електромагнітного перемикача потоків, що підводить водень, і датчика концентрації водню, пов'язаних із блоком керування, дозволяє безупинно контролювати чистоту водню, який циркулює в контурі охолодження, і здійснювати скидання газових домішок, що дає можливість безупинно підтримувати чистоту водню в системі на заданому рівні для надійного функціонування вузлів і тим самим підвищувати ефективність роботи пристрою охолодження турбогенератора. На Фіг. представлена схема пристрою для водневого охолодження турбогенератора. Пристрій містить електричний турбогенератор 1 з виконаною в корпусі оболонкою водневого охолодження, (на Фіг. не показана) сполученою з магістралями, що відводить 2 і підводить 3 водень, з'єднаними із входом і виходом термосорбційного компресора 4, відповідно. Термосорбційний компресор 4 включає, принаймні, два ідентичних генератори-сорбери або кратну двом їхню кількість (на Фіг. не позначені), заповнених оборотною гідридоутворюючою речовиною, наприклад інтерметалідними сполуками типу LaNi5 і FeTi. Використані як адсорбенти генераторів-сорберів речовини здатні оборотно і вибірково поглинати водень із газової суміші при охолодженні та виділяти його при нагріванні під необхідним високим тиском із чистотою не нижче 99,9% об. Кожний з генераторів-сорберів обладнаний нагрівачем 6 і охолоджувачем 7. Нагрівач 6, виконаний у вигляді теплообмінного елемента з масляним теплоносієм, що на вході сполучений з зливною масляною магістраллю 5 підшипникового вузла турбогенератора 1, а на виході - з масляним баком 13 за допомогою магістралі 12. Охолоджувач 7 виконаний у вигляді теплообмінного елемента на водяному холодоносії, вхід і вихід якого підключені відповідно до водопровідної і зливної магістралей на (Фіг. не означені). Генератори 5 сорбери термосорбційного компресора 4 на вході сполучені магістралями, що відводять 2 і підводить 3 водень, відповідно. Термосорбційний компресор 4 містить внутрішню трубну і арматурну обв'язки з’єднані з блоком керування 10, для перекидання генераторів-сорберів на цикли поглинання або виділення водню. У магістралі 3, що підводить водень, послідовно встановлені датчик 8 концентрації водню та електромагнітний перемикач 9, що підключені до блока 10 керування. Перемикач 9 сполучений з лінією 11 скидання газових домішок. Пристрій працює у такий спосіб. Циркулюючий у системі охолодження турбогенератора 1 водень надходить по магістралі 2, яка відводить його, через камеру термосорбційного компресора 4, наприклад, на вхід одного із двох генераторів-сорберів (на Фіг. не позначені), які по черзі циклічно поглинають і виділяють водень, тобто в кожний момент один працює на поглинання, інший - на виділення водню. Вибір гідридоутворюючих речовин для генераторів-сорберов здійснено виходячи з того, що поглинання водню низького тиску повинне відбуватися з достатньою динамікою сорбції, а розкладання металогідриду забезпечувати досягнення тисків при помірно підвищених температурах. Як металогідриди для сорбентів генераторів-сорберів використані інтерметалідні сполуки, наприклад LaNi5, FeTi. Причому, поглинання водню відбувається з утворенням гідриду інтерметалевої сполуки LaNi5Hx, що супроводжується виділенням теплоти сорбції qs, яка відводиться водяним охолоджувачем 7. Процес сорбції відбувається при низькому тиску і температурі 18-22°С. Одночасно в іншому генераторісорбері відбувається виділення водню за рахунок розкладання гідриду LaNi5Hx, яке супроводжується поглинанням теплоти десорбції qs, що підводиться нагрівачем 6. Процес десорбції водню відбувається при високому тиску і температурі 60-80°С. При цьому джерелом теплоти, яка підводиться, є нагріте відпрацьоване масло підшипникового вузла турбогенератора 1, що підводиться по лінії 5 та відводиться по лінії 12 відведення масла у масляний бак 13. Тиск водню в лінії 2 відповідає температурі у водяному охолоджувачі 7, а тиск водню в лінії 3 - температурі масла в нагрівачеві 6 термосорбційного компресора 4 і перевищує тиск у газовій системі генератора на 0,03-0,05МПа. Здатність оборотних гідридів інтерметалідних сполук термосорбційного компресора 4 багаторазово сорбувати і десорбувати водень при істотно різних тисках, рівень яких визначається температурним потенціалом теплового впливу, дозволяє здійснювати термохімічне компримування (стиск) водню, при якому екзотермічні та ендотермічні процеси сорбції та десорбції виконують функції, аналогічні процесам усмоктування та нагнітання, що здійснюються механічним компресором. Газові домішки, які містяться у водні, що надходить із оболонки охолодження турбогенератора 1, не поглинаються гідридами інтерметалідних сполук, що містяться в генераторах-сорберах і, тому, у процесі циклу сорбції водню накопичуються у мертвому просторі термосорбційного компресора 4. На початку кож 88425 6 ного циклу десорбції і подачі водню в лінію 3 термосорбційним компресором 4, порція водню з вмістом домішок може скидатися у лінію 11 скидання через електромагнітний перемикач 9. Керування перемикачем 9 здійснюється блоком 10 керування, що за сигналом датчика 8 концентрації водню перемикає потік водню або на скидання по лінії 11, або в оболонку (систему) охолодження турбогенератора через магістраль 3 підведення водню. Датчик 8 концентрації водню налагоджено на граничну концентрацію водню за нижнім рівнем, наприклад, 99% об. Тиск у лінії 3 подачі водню при температурі відпрацьованого масла підшипникового вузла в інтервалі від 60 до 80°С може перевищувати тиск газу в оболонці охолодження турбогенератора на 0,03-0,05МПа, що і забезпечує необхідну примусову циркуляцію водню в системі охолодження турбогенератора 1. Таким чином, за допомогою металогідридного термосорбційного компресора здійснюється пряме перетворення теплоти у потенційну енергію стисненого водню, минаючи проміжні стадії перетворення енергії, що мають місце у відомій технології компримування газу. З метою перевірки працездатності запропонованого пристрою для охолодження турбогенератора проведені розрахункові дослідження на кінетичних та термосорбційних характеристиках металогідридів, що використовували у генераторах-сорберах. У результаті встановлена можливість здійснення інтенсивного процесу десорбції водню при температурі нагрівача, який живиться теплоносієм - відпрацьованим маслом, що подавалося з підшипникового вузла, і сорбції з використанням за хладоагент проточної технічної води для відведення тепла у процесі сорбції водню металогідридом. Проведено порівняльний аналіз із розрахунком економічної ефективності прототипу та запропонованого пристрою при роботі з охолодження турбогенераторів великої потужності. Розрахунок показав, що у порівнянні із чистотою водню, яка підтримується при експлуатації потужних турбогенераторів типу ТГВ-200 ТГВ-300 ТВВ-1000 і складає 96% об., запропонований пристрій забезпечує чистоту водню в системі охолодження не менш ніж 99,0% об., що гарантує зниження втрат на вентиляцію і тертя відповідно ТГВ-200 на 6080кВт; для ТГВ-300 - 90-120кВт; для ТВВ-1000 340-450кВт. При цьому продуктивність термосорбційного компресора з інтерметалідами типу LaNi5Hx становить 20нм3 водню на добу. Скорочення втрат потужності на тертя і вентиляцію газу за рахунок більш якісного очищення водню в системі охолодження забезпечить додатковий виробіток електроенергії при річній експлуатації турбогенератора ТГВ-300 протягом 6000 годин не менш ніж 0,75млн.кВт.год. Крім того, підвищення чистоти водню зі зниженням його вологості істотно підвищить коефіцієнт готовності турбогенератора і продовжить його ресурс, оскільки тільки на обмотку статора припадає половина усіх відмов турбогенератора. Таким чином, виконання пристрою водневого охолодження турбогенератора за запропонованою 7 88425 схемою підвищує ефективність роботи останнього за рахунок зниження втрат потужності (енерговитрат) на примусову циркуляцію механічного водневого компресора, зниження енерговитрат на систематичне регенеративне нагрівання сорбенту в системі очищення водню, виключення систематичних продувок системи чистим воднем, зниження Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 коефіцієнта тертя завдяки підвищенню ступеня очищення водню. Крім того, підвищення чистоти водню і його тиску приводить до зменшення ризику електричного пробою генератора його надійному електрозахисту, тобто підвищує ефективність роботи пристрою. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601