Комбінований трубопривід роторного насоса системи аварійного підживлення обладнання ядерної енергетичної установки

Реферат: Комбінований турбопривід роторного насоса системи аварійного підживлення обладнання ядерної енергетичної установки складається з турбіни тертя і осьової лопатевої парової турбіни, 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, а потім на осьову парову турбіну. З метою підвищення ефективності пристрою, завдяки осушенню пари перед лопатевою турбіною шляхом відведення рідинного сепарату з корпусу турбомашини, в зоні проміжної камери передбачені виходи до конденсатозбірника, який є частиною корпусу і обладнаний дренажною системою для відведення конденсату. UA 96312 U (12) UA 96312 U UA 96312 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій належить до енергетики, до турбінобудування, і призначений для використання як привід насоса, що подає водне середовище (теплоносій, робоче тіло) в обладнання ядерних енергетичних установок атомних електростанцій (АЕС) в аварійних та передаварійних режимах. Саме в таких умовах є доцільним використання вологої пари як робочого тіла турбоприводу. Відомий пристрій для аварійної подачі води в парогенератор АЕС в якому як привід роторного насоса використовується електропривід [1]. До недоліків цього технічного рішення належать низька ефективність при електрознеструмленні, бо пуск електроприводу безпосередньо залежить від надійного електроживлення, яке у разі тяжких аварій з повним знеструмленням обладнання (і при відмові дизель-генераторів) є неможливим. Відомий також пристрій (аналог), що представляє 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]. Він не є ефективним, бо час його дії є вельми обмеженим. Також відомо застосування лопатевої парової турбіни як привід насоса [3]. Такий аналог 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. Лопатеві парові машини (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: найбільш істотним недоліком є неможливість пуску приводу без попереднього підготовки робочого тіла, без осушення (сепарації) пари, екстрений (аварійний) пуск такого пристрою з використанням вологої пари не є ефективним, бо може викликати ненадійне функціонування лопатевої турбіни вібрації, ерозійний знос тощо. Відоме також технічне рішення (аналог) - дискова турбіна тертя (турбіна Тесли), що складається з ротора - вала з посадженими на нього плоскими дисками, - розташованого 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 енергоустановках. Як прототип вибрано найближчий по конструкції пристрій [5], який став відомим після того, як був запропонований раніше (заявка № u 201402481 від 12 березня 2014 p., позитивне рішення Державної служби інтелектуальної власності України про видачу патенту на корисну модель затверджено 3 червня 2014 р., МПК F01D/ F01K): 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 і передвключеної дискової турбіни тертя. Прототип діє ефективніше ніж інші аналоги, тому що дозволяє використовувати як робоче тіло вологий пар у пускових режимах. Джерелом кінетичної енергії тіла, що подається на привід, служить непідготовлена пара. При використанні за призначенням, джерелом пари служить парогенератор АЕС, де пара є вологою. Отже, пара, що відбирається з парового об'єму парогенератора, надходить по трубопроводу на вхід комбінованого турбоприводу, на його перший ступінь - на дискову турбіну тертя. Далі пара направляється в міждискові проміжки ротора, приводячи його в рух за рахунок роботи сил тертя. Після відпрацювання в турбіні тертя, пара (робоче тіло) надходить в проміжну камеру, що передвключена сопловим елементом і потім - в проточну частину (до ротору) лопаточної турбіни. Слід зазначити, що при всіх перевагах, що стосуються надійності і ефективності прототипу в пускових режимах, цей пристрій все ще має недолік. Так, після виходу робочого тіла, що відпрацювало в турбіні тертя, воно зберігає вологість, яка неприйнята для нормальної роботи другого ступеня турбоприводу - для лопатевої турбіни, і робота комбінованого турбоприводу залишається недостатньо ефективною без видалення зайвої рідини з робочого тіла перед лопатевою турбіною. Зазначений недолік дозволив сформулювати задачу, яка ставиться і вирішується в технічному рішенні, що пропонується: забезпечити конструктивну можливість видалення зайвої вологи з робочого тіла, що відпрацювало в турбіні тертя і має надходить далі в лопатеву турбіну комбінованого 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 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 1 UA 96312 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 камеру герметичних корпусах так, що подача вологої пари в турбопривід конструктивно здійснюється спочатку на турбіну тертя. Після турбіни тертя для осушення робочого тіла шляхом відведення рідинного сепарату з корпусу турбомашини, в зоні проміжної камери є виходи до конденсатозбірника, який є частиною корпусу і обладнаний дренажною системою для відведення конденсату. Після проміжної камери далі забезпечується конструктивна можливість надходження осушеного робочого тіла (пари) - 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). Сопло 6 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 робитися мінімальним, враховуючи необхідність зменшення витоку пари повз набору дисків. На одному валу з дисковим робочим колесом розташовується лопаткове робоче колесо 7, що представляє собою комплекс робочих лопаток, яким передують соплові лопатки 8. Перед сопловими лопатками є проміжна камера 9, з якої видаляється зайва рідина (сепарат) після того, як волога пара відпрацювала в турбіні тертя. Для цього призначені відводи 10, які ведуть до сепаратозбірника 11 з дренажною системою 12. У конструкції пристрою використані також типові елементи - підшипники, кінцеві лабіринтні ущільнення, з'єднувальні муфти тощо. Пристрій працює таким чином. Волога пара (від парогенератора АЕС) потрапляє на вхід турбомашини, тобто на турбіну 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 проміжну камеру, продовжуючи обертальний рух, завдяки чому (як то зазвичай має місце в циклонних апаратах) виконується сепарація рідини від вологої пари - безпосередньо перед входом в лопатеву турбіну (для потрапляння осушеної пари у соплові лопатки лопатевої турбіни, а далі - на робочі лопатки ротора). Сепарат (рідина) потрапляє через відводи до конденсатозбірника, звідки відводиться з нього за допомогою дренажної системи. Завдяки такому конструктивному рішенню може бути підвищена ефективність роботи турбомашини, до якої подається волога пара. Таким чином, запропоновані конструктивні ознаки об'єкта забезпечують підвищення ефективності 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 при цьому вирішення поставленої задачі. 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. - К.: ІСДО, 1993. - 264 с. 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.: Издательский Дом МЭИ. - 2008. - 556 с. 2 UA 96312 U 5 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 на корисну модель по заявці № u 201402481 від 12 березня 2014 p., затверджене 3 червня 2014 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Комбінований турбопривід роторного насоса системи аварійного підживлення обладнання ядерної енергетичної установки, що складається з турбіни тертя і осьової лопатевої парової турбіни, 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, а потім на осьову парову турбіну, який відрізняється тим, що з метою підвищення ефективності пристрою, завдяки осушенню пари перед лопатевою турбіною шляхом відведення рідинного сепарату з корпусу турбомашини, в зоні проміжної камери передбачені виходи до конденсатозбірника, який є частиною корпусу і обладнаний дренажною системою для відведення конденсату. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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