Композиційний турбопривід роторного насоса підживлення технологічного обладнання ядерної енергетичної установки

Реферат: Композиційний турбопривід роторного насоса підживлення технологічного обладнання ядерної енергетичної установки, складається з турбіни тертя і осьової лопатевої парової турбіни, роторні робочі колеса яких розташовані на одному валу в поєднаних між собою через проміжну камеру герметичних корпусах так, що подача вологої пари в турбопривід конструктивно здійснюється спочатку на турбіну тертя. З метою підвищення функціональної ефективності пристрою, вал на дільниці, що передує лопатевій турбіні, виконано трубчастим, з наскрізними прорізями в зоні робочого колеса турбіни тертя для виходу пари, що відпрацювала в турбіні тертя, в порожнину валу, де розташовані на внутрішній поверхні вала додаткові лопаті, а також - з наскрізними прорізями в зоні проміжної камери для виходу пари з порожнини вала в проміжну камеру, а з неї - в лопатеву осьову турбіну. UA 95417 U (12) UA 95417 U UA 95417 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до енергетики та турбінобудування і призначена для використання як привід живильного насоса, що подає водне середовище (теплоносій, робоче тіло) в циркуляційні петлі ядерних енергетичних установок (ЯЕУ) в аварійних та передаварійних режимах функціонування, наприклад - 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 ефективність при електрознеструмленні, що пов'язано з тим, що пуск електроприводу безпосередньо залежить від надійного електроживлення, яке у разі тяжких аварій з повним знеструмленням енергогенеруючого об'єкта і при відмові дизель-генераторів є неможливим. Відомий пристрій (аналог) являє собою парову машину (паровий насос), який має циліндричний корпус, що працює для підживлення теплоносія або робочого тіла енергоустановки за принципом витіснення рідини з резервуара паром [2]. Також відомо застосування парової турбіни як приводу насоса [3]. Відомий турбопривід має корпус, в якому на валу, що спирається на передній і задній підшипники, зібрана проточна частина турбіни. 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 можливість дуже важлива в разі відмови систем власного електроживлення на АЕС. Однак, такий привід має серйозні недоліки, обумовленні низькою ефективністю, особливо у разі використання його в аварійному режимі ЯЕУ. Найбільш істотним недоліком є необхідність підтримання "гарячого резерву" для такого типу двигунів, тобто неможливість запуску приводу без попереднього прогріву і видалення конденсату, тому в екстрених (передаварійних, аварійних) режимах пуск такого пристрою не є ефективним. Відоме також технічне рішення (аналог) - дискова турбіна тертя (турбіна Тесли), 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 - коефіцієнт корисної дії (ККД) 10-15 %, - що не дозволило широко використовувати такого типу турбіну в стаціонарних і транспортних енергоустановках. Цей пристрій 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. Як прототип вибрано найближчий по конструкції пристрій [5], який був запропонований раніше (МПК F01D/ F01K, заявка u 201402481 від 12 березня 2014 p., рішення Державної служби інтелектуальної власності України про видачу патенту на корисну модель, затверджене 3 червня 2014 p.): комбінований турбопривід, що складається з корпусу, в якому зібрана проточна частина, який виконаний у вигляді технічної композиції з двох, розташованих на одному валу, турбін - осьової лопаточної турбіни Лаваля і передвключеної дискової турбіни тертя (турбіни Тесли). Принцип дії прототипа такий. Джерелом кінетичної енергії тіла, що подається на привід, служить пара. При використанні за призначенням, джерелом пари служить парогенератор ЯЕУ, де пара є вологою. Пара, що відбирається з парового об'єму парогенератора, надходить по трубопроводу на вхід комбінованого турбоприводу, на його перший ступінь - на дискову турбіну тертя. Пара направляється в міждискові проміжки ротора, приводячи його в рух за рахунок роботи сил тертя. Далі, після відпрацювання в турбіні тертя, пара (робоче тіло) надходить в проміжну камеру, що передвключена сопловим елементам і потім - в проточну частину (до ротору) лопаточної турбіни. Слід зазначити, що при всіх перевагах, що стосуються надійності пристрою в пускових режимах, прототип має такий недолік. Після виходу робочого тіла, що відпрацювало в турбіні тертя, воно має енергію, пов'язану з вихровим обертанням, але ця енергія майже не використовується до потрапляння робочого тіла в соплові елементи і на робоче колесо лопаточної турбіни. Більш того, ця енергія втрачається марно завдяки силам тертя пари об стінки нерухомого корпусу пристрою. Зазначений недолік дозволив сформулювати задачу, яка ставиться і вирішується в технічному рішенні, що пропонується: забезпечити конструктивну можливість додаткового впливу на вал для корисної дії на нього і через те - взагалі на ротор турбоприводу. Ця задача підпорядкована меті - підвищити ефективність приладу. Рішення поставленої задачі і досягнення мети забезпечується таким чином. Комбінований турбопривід роторного насоса для підживлення обладнання ядерної енергетичної установки 1 UA 95417 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 складається з розташованих в спільному корпусі турбіни тертя і осьової лопатевої парової турбіни, робочі колеса котрих закріплені на одному валу, в поєднаних між собою через проміжну камеру герметичних корпусах так, що подача вологої пари в турбопривід конструктивно здійснюється спочатку на турбіну тертя, причому вал на дільниці, що передує лопатевій турбіні виконано трубчастим, з наскрізними прорізями в зоні робочого колеса турбіни тертя для виходу пари, що відпрацювала в турбіні тертя, в порожнину вала, де розташовані на внутрішній поверхні вала додаткові лопаті, а також - з наскрізними прорізями в зоні проміжної камери для виходу пари з порожнини вала в проміжну камеру, а з неї - в лопатеву осьову турбіну. Конструкція турбоприводу зображена на кресленні. Пристрій має корпус 1, спільний ротор осьової лопаточної турбіни 2 і передвключеної дискової турбіни тертя 3. Ротор турбіни тертя являє собою вал 4 з закріпленими на ньому пласкими дисками 5, між якими витримується певна відстань (зазор). Вал 4 на дільниці, що передує лопатевій турбіні (де він виконаний трубчастопорожнистим) виконується з наскрізними прорізями 6 в зоні робочого колеса турбіни тертя для виходу пари (що відпрацювала в турбіні тертя) в порожнину вала, де на внутрішній поверхні містяться лопаті 7, після яких робоче тіло має виходити по прорізях 8 до лопаточної турбіни. Сопло турбіни тертя розташовується в корпусі тангенціально, тобто по дотичній до внутрішньої поверхні корпусу, і виконується у вигляді прямокутної щілини. Проміжок по периферії (між корпусом і ротором) має виконуватися мінімальним, враховуючи необхідність зменшення витоку пари повз набору дисків. На одному валу з дисковим робочим колесом розташовується лопаткове робоче колесо, що являє собою комплекс робочих лопаток, яким передують соплові лопатки. Саме тому перед сопловими лопатками у порожнистій ділянці вала передбачені наскрізні отвори 8 для виходу робочого тіла, яке пройшло через порожнину вала (по лопатях) до соплових елементів лопаточної турбіни. У конструкції пристрою використані також типові елементи - підшипники, кінцеві лабіринтні ущільнення, з'єднувальні муфти тощо. Пристрій працює таким чином. Пара (від парогенератора) потрапляє на вхід турбіни тертя. В турбіні тертя робоче тіло рухається обертально під дією доцентрових сил з боку циліндричного корпусу. Завдяки дії сил тертя робоче тіло (пара) приводить у рух дискове робоче колесо турбіни тертя. При цьому пара направляється в міждискові проміжки ротора і виходить у прорізі, виконані у валу в зоні робочого колеса турбіни тертя. Далі робоче тіло потрапляє у порожнину вала, підкручує його, ще втрачаючи енергію обертового руху завдяки дії на внутрішньовалові лопаті, і виходить з порожнини вала скрізь отвори в його стінці - безпосередньо перед входом в лопатеву турбіну (для потрапляння пари у соплові лопатки лопатевої турбіни, а далі - на робочі лопатки ротора). Завдяки цьому може бути підвищена ефективність роботи турбоприводу. Таким чином, завдяки запропонованій конструкції досягається робота з підвищеною ефективністю пристрою. Для реалізації конструкції запропонованого технічного рішення може бути використано стандартне промислове обладнання, що широко застосовується в промисловості. Всі конструктивні елементи пристрою можуть бути виконані в умовах промислового виробництва з використанням відомих технологій, з відомих матеріалів (наприклад, з корозійно- і ерозійностійкої сталі або алюмінію). Результати патентного пошуку та аналізу відомих технічних рішень в даній і суміжних областях техніки з метою виявлення ознак, сукупність яких збігалася б з відмінними ознаками пристрою, що заявляється, показали, що в загальнодоступних джерелах інформації не виявлено відомостей про рішення, що мають ознаки, які за сукупністю збігаються з відмінними ознаками рішення, яке пропонується, і забезпечують досягнення поставленої мети. Це вказує на відповідність технічного рішення критерію "новизна". Оскільки сукупність ознак, що характеризують технічне рішення, що заявляється, не виключає можливість його здійснення, забезпечує його працездатність і відтворюваність, а також з урахуванням того, що для реалізації пристрою, що заявляється, можуть бути використані відомі матеріали та стандартне обладнання, і виходячи з того, що запропонований пристрій на цій підставі може бути використано у промисловості, можна зробити висновок про відповідність технічного рішення критерію "промислова придатність". Отже, пропонований пристрій є і новим, і промислово придатним - таким чином, він задовольняє всім законодавчо обумовленим умовам патентоспроможності технічного рішення як корисна модель. Джерела інформації: 1. Герлига В.А., Полтавченко В.В., Скалозубов В.И. Основы безопасности АЭС с водоводяными реакторами. - Киев: ІСДО, 1993. - 264 с. 2 UA 95417 U 5 10 2. Жирицкий Г.С. Паровые машины. - М.-Л: ГЭИ, - 1951. - 180 с., Политехнический словарь / Под ред. А.Ю. Ишлинского. - 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. 5. Комбінований турбопривід насоса для аварійної подачі водних середовищ / О.В. Корольов, О.В. Дерев'янко. Рішення Державної служби інтелектуальної власності України про видачу патенту про видачу патенту на корисну модель по заявці u 201402481 від 12 березня 2014 p., затверджене 3 червня 2014 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Композиційний турбопривід роторного насоса підживлення технологічного обладнання ядерної енергетичної установки, що складається з турбіни тертя і осьової лопатевої парової турбіни, роторні робочі колеса яких розташовані на одному валу в поєднаних між собою через проміжну камеру герметичних корпусах так, що подача вологої пари в турбопривід конструктивно здійснюється спочатку на турбіну тертя, який відрізняється тим, що вал на дільниці, що передує лопатевій турбіні, виконано трубчастим, з наскрізними прорізями в зоні робочого колеса турбіни тертя для виходу пари, що відпрацювала в турбіні тертя, в порожнину вала, де розташовані на внутрішній поверхні вала додаткові лопаті, а також - з наскрізними прорізями в зоні проміжної камери для виходу пари з порожнини вала в проміжну камеру, а з неї - в лопатеву осьову турбіну. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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