способ охлаждения турбогенератора
Классы МПК: | H02K9/08 охлаждающей газовой средой, циркулирующей внутри корпуса машины H02K9/10 охлаждающей газовой средой, протекающей по замкнутому контуру, часть которого расположена вне корпуса машины |
Автор(ы): | Цирельман Н.М., Цирельман Е.Н., Цирельман В.Н. |
Патентообладатель(и): | Цирельман Наум Моисеевич, Цирельман Евгений Наумович, Цирельман Виталий Наумович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-02-15 публикация патента:
27.12.2000 |
Изобретение относится к области электротехники и энергомашиностроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации турбогенераторов и иных нуждающихся в охлаждении электрических машин. Техническая задача данного изобретения состоит в энерго- и ресурсосбережении при производстве и эксплуатации турбогенератора, а также в повышении надежности их работы. Сущность изобретения состоит в том, что согласно данному способу охлаждение турбогенератора газообразной средой осуществляют отвод тепла от тепловыделяющих элементов турбогенератора. Причем в качестве охлаждающей среды используют природный газ с температурой (-30°С) - (+20°C), который под избыточным давлением напрямую через вентиляционную сеть турбогенератора подают к горелкам топок, и осуществляют при его движении отвод тепла от тепловыделяющих элементов конструкции турбогенератора.
Формула изобретения
Способ охлаждения турбогенератора газообразной средой, по которому осуществляют отвод тепла от тепловыделяющих элементов его конструкции, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды используют природный газ с температурой (-30oC) - (+20oC), который под избыточным давлением напрямую через вентиляционную сеть турбогенератора подают к горелкам топок, и осуществляют при его движении отвод тепла от тепловыделяющих элементов конструкции турбогенератора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации турбогенераторов и иных нуждающихся в охлаждении электрических машин. Известны способы охлаждения турбогенераторов циркулирующим в замкнутом контуре газообразными воздухом, техническим водородом (97% водорода и 3% воздуха) и чистым водородом [Титов В.В., Хуторецкий Г.М. и др. Турбогенераторы. - Л.: Энергия, 1967. С. 19-22, С. 70-81, С. 111-117]. Недостатками всех известных способов охлаждения турбогенераторов являются уменьшение вырабатываемой ими мощности из-за недостаточного охлаждения тепловыделяющих элементов их конструкции (статора, обмоток статора, ротора и др.) и выброс в окружающую среду отводимого от них тепла, количество которого может достигать 5% от вырабатываемой мощности. При использовании способов необходимы теплообменники для охлаждения газообразных воздуха, технического водорода или чистого водорода, вентиляторы для их циркуляции внутри турбогенератора и насосы для перекачивания воды, затраты энергии на их привод, что усложняет и утяжеляет конструкцию турбогенератора, делает его эксплуатацию менее надежной и менее длительной, более сложной и дорогостоящей. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ охлаждения турбогенератора газообразным чистым водородом [Титов В. В. , Хуторецкий Г.М. и др. Турбогенераторы. - Л.: Энергия, 1967. С. 21, 74-82, 111-117]. Он получил самое широкое распространение в современном турбогенераторостроении и состоит в следующем. Внутри турбогенератора с помощью вентилятора организуется циркуляция находящегося под избыточным давлением газообразного чистого водорода. При своем движении газообразный чистый водород омывает тепловыделяющие элементы конструкции турбогенератора и нагревается. В настоящее время все турбогенераторы выполняются с замкнутым циклом охлаждения, так что нагревшийся газообразный чистый водород направляется с помощью уже указанных выше вентиляторов в трубчатые теплообменники, которые почти всегда встраиваются в корпус статора. Газообразный чистый водород омывает снаружи трубки теплообменников, отдает тепло движущейся внутри трубок воде, охлаждается и возвращается в вентиляционную сеть турбогенератора на охлаждение статора, обмоток статора и ротора и др. Недостатками способа охлаждения турбогенератора газообразным чистым водородом являются уменьшение вырабатываемой им мощности из-за недостаточного охлаждения тепловыделяющих элементов конструкции (статора, обмоток статора, ротора и др. ) и выброс в окружающую среду отводимого от этих элементов тепла. При использовании газообразного чистого водорода необходимы теплообменники для его охлаждения, вентиляторы для циркуляции газообразного чистого водорода внутри турбогенератора и насосы для перекачивания воды, затраты энергии на их привод, что усложняет и утяжеляет конструкцию турбогенераторов, делает их эксплуатацию менее надежной и менее длительной, более сложной и дорогостоящей. Расчеты интенсивности теплообмена при турбулентном течении в вентиляционной сети турбогенератора основываются на том, что величина коэффициента теплоотдачи![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161359/2161359t.gif)
где
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161151/955.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161296/957.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
q =
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
где q - плотность теплового потока; tпов и tохл - температура поверхности и температура охлаждающей среды соответственно [Михеев М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия. - 1973. С. 67]. В газообразном чистом водороде, который применяют для охлаждения турбогенераторов, содержатся пары воды и если температура поверхности трубок теплообменников-охладителей ниже температуры точки росы, то пары воды конденсируются и капельки влаги вносятся циркулирующим газообразным чистым водородом в вентиляционную сеть турбогенератора. Чтобы избежать это опасное явление, во внутрь трубок охладителей газообразного чистого водорода подают теплую воду и тогда температура их наружной поверхности будет выше точки росы влаги в водороде. Охладители газообразного чистого водорода для турбогенераторов рассчитываются на температуру входящей воды 33oC, причем перегрев ее в газоохладителе составляет 5-7oC [Титов В.В., Хуторецкий Г.М. и др. Турбогенераторы. - Л. : Энергия, 1967, С. 57]. При способе охлаждения газообразным чистым водородом его температура в вентиляционной сети турбогенератора повышается на 20-25oC [Титов В.В., Хуторецкий Г.М. и др. Турбогенераторы. - Л.: Энергия, 1967, С. 54]. Так как средняя температура воды в теплообменнике-охладителе равна [(33+7)+33] /2= 36,5oC, а минимальная разность температуры воды и газообразного чистого водорода в нем не менее 5oC, то в самом благоприятном режиме температура газообразного чистого водорода на входе в турбогенератор равна 36,5+5= 41,5oC. Отсюда следует, что даже при минимальном подогреве в 20oC на выходе из турбогенератора температура газообразного чистого водорода равна 41,5+20=61,5oC, а средняя его температура составляет
tохл = (41,5 + 61,5) = 51,5oC. Вследствие этого температура статора, обмоток статора и ротора и др. большая и уменьшается вырабатываемая мощность турбогенератора. Применение газообразного чистого водорода в системе охлаждения турбогенератора достаточно опасно, т. к. концентрационный предел воспламенения газообразного чистого водорода в воздухе лежит в широком диапазоне от 4% до 74% [Хзмалян Д. М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. - М.: Энергия. - 1976. С. 139]. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - энерго- и ресурсосбережение при производстве и эксплуатации турбогенераторов, повышение длительности и надежности их работы. Поставленная задача решается тем, что в способе охлаждения турбогенератора газообразной средой, по которому осуществляют отвод тепла от тепловыделяющих элементов его конструкции, в отличие от прототипа в качестве охлаждающей среды используют природный газ с температурой (-30oC)- (+20oC), который под избыточным давлением напрямую подают через вентиляционную сеть турбогенератора к горелкам топок. Пример конкретной реализации способа. Конкретная реализация способа такова: под избыточным давлением напрямую через вентиляционную сеть турбогенератора к горелкам топок подают природный газ с температурой (-30oC)-(+20oC) и осуществляют при его движении отвод тепла от тепловыделяющих элементов конструкции турбогенератора (корпус статора, обмотки статора и ротора и др.). Расчеты по формуле (I) дают для природного газа коэффициент теплоотдачи
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![способ охлаждения турбогенератора, патент № 2161359](/images/patents/310/2161020/945.gif)
Класс H02K9/08 охлаждающей газовой средой, циркулирующей внутри корпуса машины
Класс H02K9/10 охлаждающей газовой средой, протекающей по замкнутому контуру, часть которого расположена вне корпуса машины