способ и устройство для быстрого сброса давления в установке, в частности, в генераторе с водородным охлаждением

Формула изобретения

1. Способ для быстрого сброса давления в установке с, по меньшей мере, первой частью корпуса (3) и второй частью корпуса (4), причем первая часть корпуса (3) в нормальном состоянии содержит водород при повышенном давлении и отделена от внутреннего пространства второй части корпуса (4) водородным уплотнением (6), причем при отказе водородного уплотнения (6) избыточное давление водорода сбрасывают через линию быстрого спуска (8), отличающийся тем, что газ из внутреннего пространства второй части корпуса (4) отсасывают через вентиляционный трубопровод (9), который соединен с линией быстрого спуска (8).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водород направляют струйным насосом (15) в линию быстрого спуска (8), причем всасывающий трубопровод (16) струйного насоса (15) соединен с вентиляционным трубопроводом (9).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расположенный в вентиляционном трубопроводе (9) вентиляционный насос (17) в случае быстрого спуска обходят через байпасный трубопровод с обратным клапаном (18).

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что быстрый спуск производят во внешний воздух, предпочтительно, выше здания машинного зала (20), в котором находятся части корпуса (1, 3).

5. Устройство для быстрого сброса давления в установке с, по меньшей мере, первой частью корпуса (3) и второй частью корпуса (4), причем первая часть корпуса (3) в нормальном состоянии является нагружаемой атмосферой водорода с повышенным давлением, и причем предусмотрено водородное уплотнение (6), которое отделяет первую часть корпуса (3) от внутреннего пространства второй части корпуса (4), причем при отказе водородного уплотнения (6) избыточное давление водорода является сбрасываемым через линию быстрого спуска (8), отличающееся тем, что предусмотрен вентиляционный трубопровод (9), который, с одной стороны, соединен аэрогидродинамически с линией быстрого спуска (8) и, с другой стороны, - с внутренним пространством второй части корпуса (4).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в линии быстрого спуска (8) имеется струйный насос (15), всасывающий трубопровод (16) которого соединен с вентиляционным трубопроводом (9) для внутреннего пространства второй части корпуса (4).

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что в вентиляционном трубопроводе (9) расположен вентиляционный насос (17) и что предусмотрен байпасный трубопровод с обратным вентилем (18) для обхода вентиляционного насоса (17) в случае быстрого сброса.

8. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, выпуск (14) струйного насоса расположен выше крыши (19) здания машинного зала (20).

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что струйный насос (15) полностью или частично расположен выше крыши (19).

10. Устройство по любому из пп.5 - 9, отличающееся тем, что в второй части корпуса (4) расположен, по меньшей мере, один сенсорный датчик (13), которым может устанавливаться наличие водорода и который через измерительную линию (12) соединен с управлением (11) клапана (10) для открывания линии быстрого спуска (8).

11. Устройство по любому из пп.5 - 10, отличающееся тем, что установка является генераторной установкой с проходящим через первую часть корпуса (3) и вторую часть корпуса (4) валом генератора (2), причем первая часть корпуса (3) является форкамерой генератора с водородным охлаждением, которая отделена от внутреннего пространства корпуса генератора (1) лабиринтным уплотнением (5).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что вторая часть корпуса (4) является камерой подшипников, внутреннее пространство которой отделено водородным уплотнением (6) от форкамеры (3) и лабиринтным уплотнением (7) от окружающего пространства (20).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для быстрого сброса давления в установке с, по меньшей мере, первой и второй частью корпуса, причем первая часть корпуса в нормальном состоянии содержит атмосферу водорода при повышенном давлении, которая отделена от внутреннего пространства второй части корпуса, причем при отказе водородного уплотнения избыточное давление водорода сбрасывают через линию быстрого спуска. Главной областью применения изобретения, которой оно однако не ограничивается, являются генераторы с водородным охлаждением, валы которых направляются через различные уплотнения и части корпуса, причем должно быть обеспечено надежное заключение находящегося при избыточном давлении водорода в корпусе генератора. При утечках водорода в соединении с воздухом может образовываться взрывоопасный гремучий газ, что должно исключаться при всех обстоятельствах также при эксплуатационных отказах.

В типичном генераторе с водородным охлаждением согласно уровню техники, например, патенту GB-PS 760,781 или статье авторов T.Suganami, T.Masuda, N. Oishi и T.Shimazu "A Study on Thermal Behavior of Large Seal-Ring" в журнале Journal of Lubrication Technology, окт. 1982, выпуск 104/449 вал генератора проходит через лабиринтное уплотнение в форкамеру, затем через водородное уплотнение в так называемую камеру подшипников и оттуда наружу в машинный зал, например, к турбине или к передаче.

Уплотнение между камерой подшипников и машинным залом обычно производится также через лабиринтное уплотнение. Лабиринтные уплотнения не являются полностью газоплотными, а действуют только как сильный дроссельный клапан так, что вдоль этих уплотнений водород может улетучиваться. В форкамере поэтому в нормальном состоянии имеет место такое же давление, что и в корпусе генератора. В противоположность этому в камере подшипников, которая закрыта относительно форкамеры водородным уплотнением с практически полной уплотняющей функцией, в основном находится обычный воздух помещения. Она поддерживается посредством вентиляционного насоса при незначительном пониженном давлении так, что небольшие, вероятно еще попадающие через водородное уплотнение количества водорода не могут попадать через лабиринтное уплотнение камеры подшипников в машинный зал, а отсасываются и выпускаются наружу.

Из заявки WO 94/10739 Al известно, в случае отказа водородного уплотнения открывать линию быстрого спуска, через которую может очень быстро сбрасываться избыточное давление в форкамере.

Конечно, речь идет, однако, о таком большом объеме, что, по меньшей мере, в течение известного времени водород через дефектное водородное уплотнение может течь в камере подшипников и оттуда попадать через лабиринтное уплотнение в машинный зал. Это не может быть предотвращено вентиляционным насосом, который прокачивает в единицу времени только относительно малый объем. Хотя выход водорода в здание машинного зала и может препятствоваться заграждающим воздухом во внешнем лабиринтном уплотнении, однако эта мера является относительно сложной.

В DE-AS 1 038 173 также указано устройство для защиты генераторов с водородным охлаждением при появлении недопустимых эксплуатационных состояний. Устройство содержит предусмотренный непосредственно на корпусе генератора быстродействующий клапан с большим номинальным проходом, через который в случае опасности отрывается ведущий наружу трубопровод газообразных отходов. В случае быстродействующего клапана речь идет о клапане с электромагнитным управлением или о клапане, приводимом в действие клапаном с электромагнитным управлением. Срабатывание клапана с электромагнитным управлением происходит за счет срабатывания газового выключателя давления, который встроен в камеры подшипников вала или в корпус генератора. Срабатывание происходит при повышенной концентрации водорода в камерах подшипников вала.

В статье автора Franz Bothur "Erfahrungen mit wasserstoffge-kuhlten Turbogeneratoren" в журнале "Elektrizitatswirtschaft", номер 23, стр. 877 - 881, декабрь 1991 описан генератор с водородным охлаждением с масляным уплотнением. Масляное уплотнение имеет масловыпускную камеру, к которой подключен ведущий в наружную атмосферу трубопровод газообразных отходов, который конечно не препятствует тому, что большое количество масла вступает в контакт с водородом и за счет этого обогащается им. В качестве дополнительной защитной меры поэтому для генераторов с высокими давлениями водорода предусмотрен декомпрессор, который открывается непосредственно перед подъемом уплотнения вала и выпускает наружу большую часть водорода. Декомпрессор является электромагнитно управляемым клапаном с большим поперечным сечением раскрытия.

Задачей настоящего изобретения является надежное исключение простыми средствами в описанных и подобных конструкциях установок выхода водорода в здание машинного зала.

Для решения этой задачи согласно изобретению служит устройство, в котором линия быстрого спуска через вентиляционный трубопровод соединена с внутренним пространством второй части корпуса, в частности, в линии быстрого спуска предусмотрен струйный насос. Направленная на способ для быстрого спуска первой части корпуса задача решается согласно изобретению за счет способа, при котором за счет потока водорода в линии быстрого спуска через вентиляционный трубопровод газ всасывают из внутреннего пространства второй части корпуса. Предпочтительные формы выполнения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение исходит из того, что в случае открывания линии быстрого спуска находящийся при избыточном давлении водород вытекает с большой скоростью к выпуску, предпочтительно над крышей здания машинного зала. Основная мысль настоящего изобретения при этом состоит в том, чтобы использовать энергию вытекающего из первой части корпуса водорода для одновременного всасывания газа во второй части корпуса. Это происходит без механически подвижных деталей, предпочтительно, за счет расположенного в линии быстрого спуска струйного насоса, к всасывающему трубопроводу которого подключен вентиляционный трубопровод второй части корпуса.

В случае применении изобретения в генераторной установке в вентиляционном трубопроводе второй части корпуса, то есть камеры подшипников, типичным образом расположен вентиляционный насос, который поддерживает небольшое пониженное давление в камере подшипников, за счет чего отсасываются небольшие, выступающие через водородное уплотнение количества водорода и не могут попадать в здание машинного зала. Этот вентиляционный насос, однако, не в состоянии отсасывать большие количества водорода, которые проникают в случае отказа водородного уплотнения в камеру подшипников. В случае быстрого спуска первой части корпуса, то есть форкамеры, струйным насосом вентиляционный насос в вентиляционном трубопроводе тогда сильно препятствовал бы эффективному отсасыванию атмосферы из внутреннего пространства камеры подшипников. Поэтому используют байпасный трубопровод с обратным клапаном для шунтирования вентиляционного насоса. Обратный клапан открывает широкое поперечное сечение для всасывания, когда струйный насос активируется при быстром спуске. В нормальном случае обратный клапан закрыт за счет разности давлений, созданной вентиляционным насосом.

Дальнейшие подробности и преимущества изобретения поясняются ниже с помощью чертежа.

Чертеж показывает схематический пример выполнения изобретения, в данном случае в применении к генератору с водородным охлаждением.

Генератор с водородным охлаждением находится в корпусе генератора 1, причем вал генератора 2 вначале проходит через лабиринтное уплотнение 5 в форкамеру 3, затем через водородное уплотнение 6 в камеру подшипников 4 и оттуда через другое лабиринтное уплотнение 7 в здание машинного зала 20.

При безупречном водородном уплотнении 6 давления в корпусе генератора 1 и в форкамере 3 являются примерно равными, в то время как в камере подшипников 4 имеет место небольшое пониженное давление. Это пониженное давление создается вентиляционным насосом 17. Он вызывает небольшой воздушный поток от здания машинного зала 20 через лабиринтное уплотнение 7, вентиляционный трубопровод 9 к выпуску 14, предпочтительно над крышей 19 здания машинного зала 20.

К форкамере 3 подключена линия быстрого спуска 8, которая может открываться через закрытый в нормальном состоянии эксплуатации клапан 10. Сенсорный датчик 13, например, в камере подшипников 4, контролирует там концентрацию водорода, сообщает ее дальше по измерительной линии 12 на управление клапана 11, которое при появлении повышенной концентрации водорода в камере подшипников 4 открывает клапан 10. Это типичным образом происходит тогда, когда отказывает водородное уплотнение 6. В этом случае находящийся при избыточном давлении водород вытекает из форкамеры 3 через клапан 10, через линию быстрого спуска 8 в струйный насос 15 и оттуда к выпуску водорода 14. Струя водорода создает на всасывающем трубопроводе 16 струйного насоса 15 значительное пониженное давление, которое приводит к всасыванию атмосферы в камеру подшипников 4. Так как вентиляционный насос 17 не может пропустить такой большой объемный поток, открывается обратный клапан 18 в шунтирующем вентиляционный насос 17 байпасном трубопроводе. Он позволяет быстрое отсасывание вероятно проникшего в камеру подшипников 4 водорода, причем обеспечивается то, что он не может проникнуть через лабиринтное уплотнение 7 в здание машинного зала 20. Весь струйный насос 15 предпочтительно расположен на крыше или над крышей 19 здания машинного зала 20, где типичным образом улетучивающийся водород выпускается в атмосферу.

За счет настоящего изобретения простыми средствами, в частности, без существенных механических деталей (кроме обратного клапана) и без дополнительного энергоснабжения, только за счет использования кинетической энергии улетучивающегося через линию быстрого спуска водорода достигается также быстрое отсасывание из камеры подшипников. Соединение между линией быстрого спуска и вентиляционным трубопроводом обуславливает при быстром спуске автоматическое отсасывание также второй части корпуса так, что проникший туда водород не может проникнуть в окружающее части корпуса здание машинного зала. Это отсасывание наступает автоматически при каждом быстром спуске без необходимости дополнительных мер по технике управления или регулирования, за счет чего значительно повышается надежность всей установки относительно выхода водорода в здание машинного зала.