способ охлаждения обмоток турбогенератора

Формула изобретения

Способ охлаждения обмоток турбогенератора, заключающийся в том, что нагнетают водород при избыточном давлении в корпус статора турбогенератора, отличающийся тем, что вводят ингибитор в водород до его нагнетания в корпус статора турбогенератора или непосредственно в турбогенератор, при этом в качестве ингибитора используют по меньшей мере один насыщенный или ненасыщенный углеводород нормальной или изоструктуры, содержащий в молекуле атомы углерода от одного до четырех, или смеси этих углеводородов, причем концентрация ингибитора находится в пределах 0,2 10 об.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к системам охлаждения или вентиляции, а более точно касается способа охлаждения обмоток турбогенератора.

Данное изобретение может быть использовано при эксплуатации турбогенераторов электростанций, например, атомных и, в частности, турбогенераторов, мощность которых составляет 100 мВт и более для охлаждения их обмоток, а также для охлаждения других силовых установок.

В настоящее время широко известны способы охлаждения обмоток турбогенератора, которые в качестве охлаждающего агента используют воздух. [1]

Однако при охлаждении обмоток турбогенератора с помощью воздуха не обеспечивается высокое значение коэффициента полезного действия турбогенератора вследствие больших потерь на трение и малой охлаждающей способности воздуха. Кроме того, в контакте с воздухом довольно быстро протекает старение электрической высоковольтной изоляции турбогенератора за счет окислительных процессов и коронирования.

Известный способ охлаждения обмоток турбогенератора путем нагнетания в корпус статора турбогенератора водорода при избыточном давлении до 5 кг/см² [2]

В настоящее время во всем мире выработка электроэнергии на тепловых и атомных станциях на 80^oC95% производится турбогенераторами, в которых охлаждение обмоток осуществляется с помощью водорода. При этом агрегаты большой мощности, которые являются наиболее экономичными, почти на 100% имеют водородное охлаждение.

Однако, при работе с газообразным водородом имеется опасность образования взрывоопасной смеси водорода с воздухом в корпусе турбогенератора и на различных участках газомасляной системы. Эта опасность усиливается тем, что применение данного способа охлаждения требует периодической замены водорода на воздух в связи с необходимостью проведения ремонтных и других работ. При этом в качестве промежуточного инертного газа используется азот или углекислый газ. В связи с возможностью взрыва корпус и наружные щиты статора турбогенератора с водородным охлаждением изготавливаются с таким расчетом, чтобы они могли выдержать внутренний взрыв водородо-воздушной смеси, находящейся перед взрывом при атмосферном давлении. Однако, несмотря на все принимаемые меры предосторожности, опасность взрыва сохраняется и случаи таких аварий известны.

В основу изобретения положена задача создания способа охлаждения обмоток турбогенератора, который позволил бы за счет интенсифицирования обрыва реакционных цепей в процессе окисления водорода кислородом воздуха снизить взрывоопасность охлаждающего газа внутри корпуса статора турбогенератора, а также при его утечках в машинном зале.

Поставленная задача решается тем, что в способе охлаждения обмоток турбогенератора, заключающемся в том, что нагнетают водород при избыточном давлении в корпус статора турбогенератора, согласно изобретению, вводят ингибитор в водород до его нагнетания в корпус статора турбогенератора или непосредственно в турбогенератор, при этом в качестве ингибитора используют, по меньшей мере, один насыщенный или ненасыщенный углеводород нормальной или изоструктуры, содержащий в молекуле атомы углерода от одного до четырех, или смеси этих углеводородов, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,2 до 10,0 об.

Введение в водород в качестве добавки ингибитора в указанных количествах сильно сужает концентрационную область воспламенения, а выше десяти процентов полностью предотвращает воспламенение смесей водорода и воздуха любого состава. Кроме того, при содержании меньше десяти процентов указанные добавки не только сужают область воспламенения, но внутри суженной области предотвращают переход горения во взрыв.

Данный способ охлаждения обмоток турбогенератора позволяет за счет интенсифицирования обрыва реакционных цепей в процессе окисления водорода кислородом воздуха понизить взрывоопасность охлаждающего газа внутри корпуса статора турбогенератора, а также при его утечках в машинном зале.

Способ охлаждения обмоток турбогенератора прост в технологическом исполнении и осуществляется следующим образом.

Способ охлаждения обмоток турбогенератора заключается в том, что традиционным способом нагнетают водород при избыточном давлении в корпус статора турбогенератора. При этом общеизвестным способом вводят ингибитор в водород до его нагнетания в корпус статора турбогенератора или непосредственно в турбогенератор. В качестве ингибитора используют, по меньшей мере, один насыщенный или ненасыщенный углеводород нормальной или изоструктуры, содержащий в молекуле атомы углерода от одного до четырех, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,2 до 10 об. Использование углеводородов с большим числом атомов углерода в молекуле нецелесообразно, так как при этом резко увеличивается растворимость ингибитора в турбинном масле и в смазке. Во-вторых, это отрицательно сказывается на теплопроводность и вязкость охлаждающего газа.

Влияние указанных углеводородов на воспламенение и взрыв водородо-воздушных смесей изучалось в двух типах цилиндрических реакторов из нержавеющей стали, имитирующих корпус статора турбогенератора. Первый тип реактора, предназначенный для изучения воспламеняемости в замкнутом объеме, был сконструирован так, что мог выдерживать давление до 100 атм. Реактор снабжен специальным окошечком для регистрации воспламенения водородо-воздушной смеси по хемилюминесценции и датчиком давления с термостатированной коррозионно-стойкой мембраной для регистрации давления.

Воспламенение регистрировали по свечению пламени (хемилюминесценции) визуально и с использованием фотодиода, а также по скачку давления и расходованию реагентов. Установка позволяет также отбирать пробы из реактора для анализа с целью определения степени расходования реагентов в результате горения. Анализ газа проводили с использованием хромотографа.

Рабочие газовые смеси, содержащие водород, воздух и углеводороды составляли непосредственно в реакторе. Перед выпуском газов реактор вакуумировали до давления 0,4 Па. Затем в реактор последовательно вводили углеводород, водород и воздух, контролируя их количества по парциальным давлениям. В зависимости от интервала давлений измерения проводили с помощью образцового манометра, образцового вакуумметра, механотрона, вакуумметра. Поджиг газа проводился с помощью импульсно-раскаленной спирали, помещенной у нижнего торца реактора. Длина нихромовой проволоки спирали 30 см, диаметр 0,8 мм. Нагрев проволоки проводился импульсом электрического тока с использованием конденсаторной батареи. Начальное напряжение 36 В, сопротивление 0,6 Ом. Время максимального разогрева проволоки не превышает 0,2 с. Показателем достаточной мощности поджигающего импульса являются неизменность воспламеняемости смесей при дальнейшем повышении мощности, совпадение определенных нами концентрационных пределов воспламенения смесей водорода с воздухом без углеводорода с хорошо известными в литературе (40 об. и 75 об.).

Реактор второго типа объемом пятьдесят литров предназначен для изучения воспламенения взрыва при постоянном давлении.

Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие конкретные примеры.

Примеры 1-6, 7-16, 17-29, 30-35, 36-41 приведены в таблицах 1,2,3,4,5 соответственно. В таблицах 1, 2, 3, 4, 5 приведены результаты влияния углеводорода различного состава на воспламеняемость водородо-воздушных смесей, полученные с помощью описанного выше реактора. Также в таблицах указано содержание компонентов: водород, воздух, углеводород, способность к воспламенению, концентрационные пределы верхний и нижний, состав ингибитора. Знаком "+" показано воспламенение по всему объему камеры и знаком "-" - отсутствие воспламенения.

При добавках углеводородов в количестве десяти процентов и выше никакую смесь водорода с воздухом не удается поджечь.

Из приведенных в таблицах данных видно, что с использованием добавки углеводорода или смеси углеводородов в водород сильно подавляется воспламеняемость водородо-воздушных смесей.

Добавки углеводородов и их смесей не только подавляют воспламенение. В тех суженных ингибитором интервалах составов водородо-воздушных смесей, в которых благодаря малым количествам углеводородов удается воспламенить смесь, горение протекает намного слабее, чем в отсутствие углеводородов. Проявляется это как в значительно меньших скачках давления при воспламенении, так и в меньших степенях расходования водорода и кислорода.

Таким образом, введение в водород добавок углеводородов в указанных количествах от 0,2 до 10 об. согласно предложенному способу охлаждения позволяет исключить опасность взрыва водорода как внутри корпуса статора турбогенератора, так и в полостях реакторных установок.