Комбінований турбопривід насоса для аварійної подачі водних середовищ

Реферат: Комбінований турбопривід роторного насоса для аварійної подачі водних середовищ в технологічні системи ядерної енергетичної установки складається з турбіни тертя і осьової парової турбіни. З метою підвищення функціональної надійності пристрою в пускових режимах, обидві турбіни розташовані на одному валу і подача вологої пари конструктивно здійснюється послідовно: спочатку на турбіну тертя, потім на осьову парову турбіну. UA 92070 U (54) КОМБІНОВАНИЙ ТУРБОПРИВІД НАСОСА ДЛЯ АВАРІЙНОЇ ПОДАЧІ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ UA 92070 U UA 92070 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до енергетики і може бути використана як привід живильного насоса, що подає водне середовище (теплоносій, робоче тіло) в циркуляційні петлі ядерних енергетичних установок (ЯЕУ), в аварійних режимах функціонування, при порушенні теплознімання в парогенераторі. Відомі пристрої, які використовуються для аварійної подачі води в парогенератор АЕС і що являє собою відцентровий насос з електроприводом, який використовується як привід аварійного живильного насоса [1]. До недоліків цього технічного рішення належить низька функціональна надійність, пов'язана з тим, що пуск електроприводу безпосередньо залежить від надійного електроживлення, що у разі тяжких аварій з повним знеструмленням енергогенеруючого об'єкта і при відмові дизель-генераторів є неможливим. Відомі пристрої (аналог), що являє собою парову машину (паровий насос), що складається з циліндричного корпусу, що працює для підживлення теплоносія або робочого тіла енергоустановки за принципом витіснення рідини з резервуара паром [2]. Також відомо застосування парової турбіни в якості приводу насоса [3]. Турбопривід складається з корпусу, в якому на валу, що спирається на передній і задній підшипники, зібрана проточна частина. Турбопривід працює за принципом перетворення кінетичної енергії пари в механічну енергію обертання ротора насоса. Ці пристрої дозволяють використовувати для приводу насоса первинну енергію пари, минаючи процес її перетворення в електричну енергію. Така риса дуже важлива в разі відмови систем власного електроживлення на АЕС або ТЕС. Однак, такий привід має серйозні недоліки для використання його як аварійного приводу. Найбільш істотним представляється необхідність підтримання "гарячого резерву" для такого типу двигунів, тобто неможливість запуску приводу без попереднього прогріву і видалення конденсату, тому в екстрених (наприклад, аварійних) режимах пуск такого пристрій не є функціонально надійним. Прототипом запропонованого технічного рішення є дискова турбіна тертя (турбіна Тесла), що складається з ротора - вала з посадженими на нього плоскими дисками, - укладеного в корпусі, що має вхідне сопло і бічні кришки з вихідними отворами [4]. Недоліком такого пристрою є його низька ефективність - ККД 10-15 %, - що не дозволило широко використовувати такого типу турбіну в стаціонарних і транспортних енергоустановках. Прототип працює таким чином: ротор приводиться в рух потоком робочого тіла, яке проходить в міждискових каналах, при цьому ротор, через редуктор, передає крутний момент живильному насосу. Задачею пропонованого технічного рішення є технологічне спрощення процесу пуску, скорочення часу пуску і підвищення функціональної надійності роботи живильного насоса в умовах відсутності електроживлення. Для досягнення поставленої задачі пропонується використовувати турбопривід, що складається з корпусу 1, в якому зібрана проточна частина, що відрізняється тим, що турбопривід є комбінованим, а саме, виконаний у вигляді технічної композиції з двох, розташованих на одному валу, типів турбін - осьової лопатевої турбіни Лаваля 2 і передвключеної дискової турбіни тертя (турбіни Тесли) 3. Комбінований турбопривід влаштований таким чином. Турбіна тертя в складі комбінованого приводу являє собою вал 4 з закріпленими на ньому плоскими дисками 5, між якими витримується певна відстань (зазор), причому кожен диск має вікна 6 в центральній частині для виходу робочого тіла. Ротор розміщується в корпусі, який має вхідне сопло, а також - бічні кришки з отворами в центрі. Сопло турбіни розташовується тангенціально, тобто по дотичній до внутрішньої поверхні корпусу і виконується у вигляді прямокутної щілини. Проміжок по периферії (між корпусом і ротором) виконується мінімальним, враховуючи зменшення витоку пари повз набору дисків. На одному валу з дисковою турбіною тертя розташовується лопатева турбіна 3, зібрана в одному корпусі 1 з турбіною тертя 3, в якому зібрана проточна частина, що являє собою комплекс поперемінних соплових і робочих решіток, підшипників, кінцевих лабіринтних ущільнень, з'єднувальних муфт. Пристрій працює таким чином. Джерелом кінетичної енергії тіла, що подається на привід, служить пар. При використанні за призначенням, в нашому випадку, джерелом пари служить парогенератор ЯЕУ, де пар є вологим. Пар, що відбирається з парового об'єму парогенератора, надходить по трубопроводу на вхід комбінованого турбоприводу, на його першу сходинку, на дискову турбіну. Пар направляється в міждискових проміжках ротора, приводячи його в рух за рахунок роботи сил тертя. При цьому, крім спрацьовування пара, відбувається також його сепарація, виділення з відпрацьованої пари конденсату, який віддаляється по окремої лінії. Також, передвключена дискова турбіна не "боїться" рідких пробок конденсату, завжди наявних у підвідних паропроводах при пуску з "холодного стану", крім того, за рахунок вищої в'язкості води, дискова турбіна буде мати більш швидкий пуск. її більш низький ККД дозволить виконати 1 UA 92070 U 5 10 15 20 25 ефект "зім'яття" пара, тобто його "підсушування". Далі, відсепарований від вологи і підсушений пар через сопловий апарат надходить в проточну частину лопатевої турбіни, звідки виходить через вихідний патрубок. Пропоноване технічне рішення, завдяки комбінації двох конструктивно різнорідних турбін, встановлених співвісно в одному корпусі, гарантує оперативний надійний пуск агрегату в аварійній ситуації, прийнятну розгінну характеристику ротора насоса підживлення і включення в роботу всієї підживлюючої системи, внаслідок відсутності необхідності попереднього розігріву допоміжних конструктивних елементів турбоприводу. Така конструктивна компоновка також дозволяє раціонально розподілити наявний теплоперепад між ступенями композиційної турбоустановки, піднімаючи ступінь сухості пари на виході з лопатевої турбіни і к.к.д., що також сприяє підвищенню функціональної надійності пристрою в цілому. Патентний пошук, проведений авторами та заявником показав, що пропоноване рішення є новим, в літературі не описано, ніким раніше запропоновано не було і не використовувалося і, таким чином, відповідає критерію « новизна ». Аналіз конструкції і процесів, які властиві пропонованому технічному рішенню показав, що воно є працездатним, при цьому може бути виготовлене на основі відомих технологій, з відомих матеріалів (наприклад, зі сталі Х19Н9Т), - отже, пропонований пристрій є промислово придатним і застосовним. Джерела інформації: 1. Герлига В.А., Полтавченко В.В., Скалозубов В.И. Основы безопасности АЭС с водоводяными реакторами. - Киев: ІСДО, 1993. - 264 с. 2. Жирицкий Г.С. Паровые машины. - М.-Л.: ГЭИ, - 1951. - 180 с., Политехнический словарь/ Редкол. А.Ю. Ишлинский. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. 3. Костюк А.Г. и др. Паровые и газовые турбины для электростанций. - М.: Изд. дом МЭИ. 2008. - 556 с. 4. Tesla N., Improved Method of Imparting Energy to or Deriving Energy from a Fluid and Apparatus for use therein. - 24,001. - A.D. 1910. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Комбінований турбопривід роторного насоса для аварійної подачі водних середовищ в технологічні системи ядерної енергетичної установки, що складається з турбіни тертя і осьової парової турбіни, який відрізняється тим, що з метою підвищення функціональної надійності пристрою в пускових режимах, обидві турбіни розташовані на одному валу і подача вологої пари конструктивно здійснюється послідовно: спочатку на турбіну тертя, потім на осьову парову турбіну. 2 UA 92070 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3