производственное здание для промышленной установки и способ эксплуатации производственного здания

Формула изобретения

1. Производственное здание (2) для промышленной установки, в частности, для установки для выработки энергии, снабженное насосной камерой (4) для расположения насоса (14) для охлаждающей воды и непосредственно примыкающей к ней очистной камерой (6), насосная камера (4) соединена с очистной камерой (6) через входное отверстие (10), отличающееся тем, что к входному отверстию (10) примыкает проходящая косо к боковой стенке насосной камеры (32) передняя область по меньшей мере одной стенки (30) и поперечное сечение потока для входящей в насосную камеру (4) охлаждающей жидкости сужено посредством установленного в насосной камере (4) насоса (14), причем охлаждающая жидкость для избежания мешающих завихрений имеет скорость потока порядка от 2 до 3 м/с.

2. Здание (2) по п.1, отличающееся тем, что дно (12) насосной камеры (4) имеет проходящий примерно перпендикулярно к направлению (40) впуска охлаждающей воды направляющий порог (36) в области насоса (14) для отведения потока в направлении насоса (14).

3. Здание (2) по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что дно (12) насосной камеры (4) имеет проходящий примерно в направлении впуска (40) охлаждающей воды продольный порог (38) в качестве сопротивления потоку (48) для придонного вихря.

4. Здание (2) по п.3, отличающееся тем, что продольный порог (38) продолжен на задней стенке насосной камеры (34) в качестве пристенного порога (44).

5. Здание (2) по п.4, отличающееся тем, что насосная камера (4) выполнена в виде перекрытой насосной камеры (4) с камерным перекрытием (28), и в котором пристенный порог (44) расположен на расстоянии от камерного перекрытия (28).

6. Здание (2) по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что боковые стенки камеры (32) через косо проходящие задние области стенки (30а) переходят в по меньшей мере одну заднюю стенку насосной камеры (34).

7. Здание (2) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что дно камеры (12) в задней области насосной камеры (4) скошено к задней стенке насосной камеры (34).

8. Здание (2) по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что во входном отверстии (10) к насосной камере (4) расположены продольные щитки (50).

9. Здание (2) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что для обеспечения доступа к внутреннему пространству насосной камеры (4) предусмотрено гидравлическое соединение (56).

10. Здание (2) по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что насосная камера (4) содержит камерное перекрытие (28), через которое проложена насосная труба (16) с образованием кольцевого зазора (29), причем из насосной камеры (4) через кольцевой зазор (29) может спускаться охлаждающая вода.

11. Здание (2) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что очистная камера (6) содержит во входной области к насосной камере (4) косо проходящие боковые стенки (52).

12. Здание (2) по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что в очистной камере (6) устройство (22) очистки расположено непосредственно перед входным отверстием (10) насосной камеры (4).

13. Здание (2) по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что на устройстве очистки (22) установлен направляющий поток щиток (54).

14. Здание (2) по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что насос выполнен в виде насоса с бетонным спиральным корпусом (14а), причем бетонный спиральный корпус (18) образует камерное перекрытие насосной камеры (4).

15. Здание (2) по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что оно выполнено из расчета производительности по порядку величины примерно от одного до нескольких кубических метров охлаждающей воды в секунду.

16. Способ эксплуатации производственного здания (2) для промышленной установки, в частности, для установки для выработки энергии, причем производственное здание (2) содержит насосную камеру (4) с насосом (14) для охлаждающей воды, а также непосредственно граничащую с насосной камерой (4) очистную камеру (6), причем охлаждающую воду очищают в очистной камере (6), отличающийся тем, что охлаждающая жидкость для избежания вихрей входит в насосную камеру (4) со скоростью потока порядка от 2 до 3 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производственному зданию для промышленной установки, в частности для установки для выработки энергии, которое содержит насосную камеру и очистную камеру для охлаждающей воды. Изобретение относится также к способу эксплуатации производственного здания.

В случае промышленной установки, в частности в случае электростанции для выработки энергии, для эксплуатации установки необходима охлаждающая вода. Типичным примером для использования охлаждающей воды является охлаждение пара в башенной градирне электростанции. При этом обычно охлаждающую воду отбирают из природного резервуара, например из реки или озера, очищают вначале в очистной камере, чтобы затем через насосную камеру подавать расположенным там насосом к компонентам установки. В промышленных установках производительность насосной системы составляет несколько кубических метров в секунду. Соответственно этому пути потока, очистные сооружения для очистки охлаждающей воды, насосная камера и, в частности, насос выполнены объемными. Для надежной и длительной безотказной эксплуатации насоса решающим является характер притока охлаждающей жидкости к насосу. В частности, при этом требуется по возможности свободный от завихрений впуск в насос.

Конструктивно обусловлено очистная камера и ее выпускное поперечное сечение выполнены, как правило, узкими и высокими, в то время как насосная камера, включенная гидравлически после камеры очистки, выполнена широкой и плоской и, например, в виде перекрытой насосной камеры. Уже вследствие этой экстремально различной геометрии камер, а также вследствие встроенного оборудования в или по направлению потока после камеры очистки охлаждающая жидкость испытывает турбулентности. Для предотвращения того, чтобы эти турбулентности или завихрения приводили к образованию мешающих насосу поверхностных или придонных завихрений, обычно между очистной камерой и насосной камерой предусмотрен успокоительный участок. Он имеет незначительную потребность в пространстве, что отрицательно отражается на расходах при возведении производственного здания.

В книге Люгер "Словарь техники" (Lueger "Lexikon der Technik"), 4-е издание; том 6: Словарь энерготехники и машин-двигателей, А-К, изданной Рудольфом фон Миллером, Дойче Ферлагс-Анштальт ГмбХ, Штуттгарт, 1965, страницы 666-667 и страницы 669-670 раскрыто производственное здание для установки для выработки энергии. Производственное здание содержит насосную камеру для расположения насоса для охлаждающей воды, а также очистную камеру. Производственное здание в виде водоприемного сооружения на свободном водоеме с множеством входных камер выполнено так, что вода притекает к отдельным входным камерам равномерно и по возможности без завихрений и что дно резервуара за счет втекающей воды не завихряется или не повреждается.

В статье "Насосные станции и высокомощные насосы сырой воды для охлаждения промышленных комплексов и энергетических установок" авторов Курко П., Гуди Г. и Лапрей Ж.Ф.; GEL Alstom Technical Rewiew, № 12-1993; Париж; ISSN: 1148-2893 раскрыта насосная система, в которой иначе обычно имеющийся успокоительный участок между очистной камерой и насосной камерой может отпадать, причем, однако, предусмотрено только одно вращающееся сеточное устройство. В этом уровне техники, в частности, не избегается надежно образование мешающих завихрений в потоке охлаждающей воды.

В изобретении поставлена задача создания производственного здания для промышленной установки, а также способа эксплуатации производственного здания, в которых обеспечена надежная эксплуатация промышленной установки при малых затратах на изготовление промышленной установки.

Для решения поставленной задачи в производственном здании, содержащем насосную камеру для расположения насоса для охлаждающей воды и непосредственно примыкающую к ней очистную камеру, насосная камера соединена с очистной камерой через входное отверстие, к которому примыкает область стенки, проходящая косо относительно боковой стенки камеры, и поперечное сечение потока для охлаждающей жидкости, входящей в насосную камеру, сужено посредством установленного в насосной камере насоса, причем охлаждающая жидкость для избежания мешающих вихрей имеет скорость потока порядка от 2 до 3 м/с.

При этом изобретение исходит из неожиданного вывода, что очистная камера может быть расположена непосредственно перед насосной камерой так, что обычные успокоительные участки могут отпадать, без появления в насосной камере мешающих завихрений, в частности поверхностных завихрений. Дело в том, что исключение завихрений может быть достигнуто уже за счет названного целесообразного геометрического выполнения насосной камеры, которое приводит к относительно высокой скорости потока. Эта связь между скоростью потока и образованием завихрений удивляет, так как до сих пор исходили из того, что успех обещает только именно противоположный путь, а именно установление по возможности низкой скорости для избежания завихрений. Высота достаточной скорости потока зависит от множества факторов, в частности, также от количества перекачиваемой охлаждающей жидкости. В промышленных установках с производственной мощностью насоса в несколько кубических метров в секунду до сих пор на успокоительном участке предусмотрена скорость потока порядка 0,5 м/с. Для избежания завихрений по сравнению с этой скоростью потока устанавливают более высокую скорость потока, которая составляет, в частности, между 2-3 м/с.

Существенным преимуществом этого выполнения является то, что отпадение успокоительного участка приводит к пониженному объему строительных работ производственного здания и тем самым к значительно сниженным расходам на возведение производственного здания.

Геометрия камеры может быть выбрана таким образом, что при эксплуатации скорость потока охлаждающей жидкости при входе в насосную камеру повышается.

В обычных установках, а также в данной установке скорости потока для охлаждающей воды внутри очистительной машины, расположенной в очистной камере, составляют порядка 1 м/с. В то время как в обычных установках эта скорость потока снижена посредством успокоительного участка при притоке к насосной камере до порядка 0,5 м/с, в противоположность этому согласно настоящей форме выполнения для получения достаточно высокой скорости потока предусмотрено повышение скорости.

Предпочтительным образом к входному отверстию, через которое охлаждающая вода втекает в насосную камеру, примыкает проходящая наискосок к боковой стенке камеры область стенки. Тем самым в насосной камере избегают пространств обратного потока, которые являются типичными причинами для образования завихрений.

В особенно предпочтительной форме выполнения насосная камера рассчитана на такое позиционирование насоса, что за счет вытесняющего действия насосной трубы отделение потока от стенки, несмотря на, как правило, большой угол расширения во входной области насосной камеры, надежно предотвращается.

При установленном насосе поперечное сечение потока для входящей в насосную камеру охлаждающей жидкости сужается. При этом возможно, что диаметр насосной трубы варьируется в большом диапазоне так, что в одинаковой камере можно использовать как насосы с малым диаметром трубы и высокой скоростью вращения рабочего колеса, так и насосы с большим диаметром трубы и малой скоростью вращения рабочего колеса. При этом диаметр трубы и скорость вращения рабочего колеса выбирают таким образом, что достигается низкая так называемая "высота потребного кавитационного запаса давления" для избежания так называемой кавитиции, то есть образования и резкого разрушения паровых пузырьков. Для этого, в частности, устанавливают расстояние центра оси насоса от задней стенки камеры, а также придонное расстояние всасывающего колпака насоса в функции от диаметра всасывающего колпака и величины камеры.

Для избежания пристенных и придонных завихрений и для достижения приемлемого профиля скорости в насосной трубе насосная камера содержит в предпочтительных формах выполнения альтернативно и предпочтительно в комбинации следующие признаки:

- Проходящий примерно перпендикулярно в направлению впуска охлаждающей воды направляющий порог на дне камеры в области насоса, который служит, в частности, для отведения потока в направлении к насосу;

- Расположенный на дне камеры и проходящий примерно в направлении впуска охлаждающей воды продольный порог в качестве сопротивления потоку для придонного завихрения;

- Продольный порог продолжен на задней стенке камеры в качестве, в частности, вертикально проходящего пристенного порога;

- Расположение пристенного порога на расстоянии от камерного перекрытия насосной камеры, которая выполнена в виде перекрытой насосной камеры, для обеспечения достаточного для исключения завихрений обтекания насоса;

- Боковые стенки камеры переходят подобно, как во входной области, через косо проходящие задние области стенки в задние стенки камеры;

- Дно камеры является скошенным к задней стенке камеры;

- Во входном отверстии к насосной камере расположены, в частности, проходящие перпендикулярно к дну камеры продольные щитки.

Для обеспечения доступа снаружи при необходимости к внутреннему пространству насосной камеры предусмотрено гидравлическое соединение, которое привлекают для дальнейшего отбора охлаждающей воды или для измерения характеристик охлаждающего средства. Отбор охлаждающей воды предусмотрен, например, для целей гашения или для временных целей очистки посредством охлаждающей воды. Обычно для этого насосы располагают в насосной камере или на успокоительном участке. Однако они действуют как сопротивление потоку и часто являются причиной для образования поверхностных завихрений. С гидравлическим соединением через стенку камеры расположение таких насосов во внутреннем пространстве оказывается ненужным.

При применении так называемых насосов с трубчатым корпусом, в которых насосная труба содержит камерное перекрытие, через которое проложена насосная труба с образованием кольцевого зазора, причем из насосной камеры может спускаться охлаждающая вода через кольцевой зазор. Эта вода покидает насосную камеру через кольцевой зазор между насосной трубой и камерным перекрытием.

Наряду с особыми предупредительными мерами в самой насосной камере, также в очистной камере согласно предпочтительным формам дальнейшего развития предприняты избегающие завихрений, а также успокаивающие и выравнивающие поток меры, которые способствуют повышению равномерности потока. При этом очистная камера подобно насосной камере имеет во входной области к насосной камере косо проходящие боковые стенки. Далее, устройство очистки расположено предпочтительно непосредственно перед входным отверстием насосной камеры и полностью окружает его. Это устройство очистки предпочтительным образом содержит на своей обращенной от насосной камеры стороне направляющие поток щитки.

Альтернативная форма выполнения предпочтительным образом достигается за счет выполнения насоса в виде насоса с бетонным спиральным корпусом, причем бетонный спиральный корпус образует камерное перекрытие насосной камеры. При этом предпочтительным образом насос с бетонным спиральным корпусом имеет всасывающую трубу, которая входит в насосную камеру.

В изобретении поставлена также задача создания способа эксплуатации производственного здания для промышленной установки. Для решения этой задачи в производственном здании с насосной камерой и расположенным в ней насосом для охлаждающей воды, а также с граничащей непосредственно с насосной камерой очистной камерой охлаждающая вода очищается в очистной камере и затем входит в насосную камеру с высокой скоростью потока порядка от 2 до 3 м/с так, что не образуются никакие мешающие завихрения.

Приведенные в связи с производственным зданием преимущества и предпочтительные формы выполнения могут быть перенесены по смыслу на способ.

Примеры выполнения изобретения поясняются в последующем более подробно с помощью чертежей. При этом в схематических представлениях показывают:

Фиг.1 - в виде выреза боковое представление сечения через производственное здание,

Фиг.2 - также в виде выреза боковое представление сечения через производственное здание с насосом с бетонным спиральным корпусом, и

Фиг.3 - вид сверху на горизонтальное сечение через насосную камеру.

Согласно Фигурам 1 и 2 производственное здание 2 для, в частности, промышленной установки, как, например, электростанция для выработки энергии, содержит насосную камеру 4, а также очистную камеру 6, которые непосредственно граничат друг с другом через общую камерную стенку 8. Очистная камера 6 и насосная камера 4 гидравлически находятся в соединении друг с другом через входное отверстие 10. Насосная камера 4 выполнена в виде так называемой перекрытой насосной камеры и содержит камерное перекрытие 28. В насосной камере 4 с зазором от дна камеры 12 расположен насос 14 с насосной трубой 16. Она проложена через камерное перекрытие 28 с образованием кольцевого зазора 29. В насосной камере 4 к насосной трубе 16 односторонне примыкает всасывающий колпак 17. В отличие от обычного отдельного насоса 14 согласно Фиг.1 насос согласно Фиг.2 выполнен в виде насоса 14а с бетонным спиральным корпусом. Он содержит бетонный спиральный корпус 18, который образован сам вложенными в структуру здания бетонными деталями 19 или самой структурой здания. От насоса с бетонным спиральным корпусом 14а в насосную камеру 4 проходит всасывающая труба 20 с односторонне размещенным всасывающим колпаком 17 так, что всасывающий колпак 17 находится на выгодной для эксплуатации высоте.

В очистной камере 6 непосредственно перед входным отверстием 10 и полностью перекрывая его расположено устройство очистки для охлаждающей воды в виде фильтра или сеточного устройства 22. Оно выполнено, в частности, в виде так называемой машины с очистной ленточной сеткой. Она содержит циркулирующую очистную ленточную сетку с множеством рабочих поверхностей 24, которые в области входного отверстия 10 служат для очистки охлаждающей воды и очищаются, например, в верхней области машины с очистной ленточной сеткой за счет вымывания. Перед сеточным устройством 22 предпочтительным образом включены дальнейшие не представленные более подробно устройства очистки.

Охлаждающую воду, как правило, отбирают из природного резервуара, через приточное отверстие 26 она попадает в очистную камеру 6, там очищается и затем через входное отверстие 10 всасывается насосом 14 в насосную камеру 4. Производственное здание 2 относительно уровня воды резервуара расположено так, чтобы при естественном колебании уровня воды между высоким уровнем воды Н и низким уровнем воды N всасывающий колпак 17, то есть входная область насоса 14, была достаточно покрыта охлаждающей водой. Так как при слишком малом покрытии ухудшается качество потока в насосной трубе 16. Это справедливо, прежде всего, тогда, когда уровень воды опускается ниже камерного перекрытия 28. Эта ситуация является допустимой только для особых случаев эксплуатации и для ограниченного времени, например, при старте насоса 14, если вода подводится к производственному зданию 2 по длинному каналу или длинному трубопроводу.

Достаточно высокое покрытие помогает к тому же избежать так называемой кавитации, то есть образования и резкого разрушения пузырьков пара с образованием повреждающей материал ударной волны. Представленное выполнение насосной камеры 4 в виде перекрытой насосной камеры с камерным перекрытием 28 противодействует возникновению поверхностных завихрений.

Специальные предупредительные меры для избежания завихрений поясняются в последующем на примере Фиг.1 и Фиг.3. Как следует из Фиг.3, примыкающая к входному отверстию 10 область стенки 30 проходит косо к боковой стенке насосной камеры 32, которая в свою очередь через заднюю наклонную область насосной стенки 30а переходит в заднюю стенку насосной камеры 34. На дне (12) камеры расположен направляющий порог 36, а также продольный порог 38, которые имеют треугольную плоскость поперечного сечения и расположены, образуя относительно друг друга крест. Продольный порог 38 при этом проходит в направлении входа 40 охлаждающей воды. Направляющий порог 36 служит в первую очередь для отклонения охлаждающей жидкости в насос 14. При этом он, как можно видеть из Фиг.1, предпочтительно расположен несколько перед осью насоса 42. Направляющий порог 36 и продольный порог 38 могут иметь одинаковый профиль или различный профиль или соответственно различные размеры. Продольный порог 38 служит для предотвращения придонных завихрений. Он продолжается в пристенный порог 44, который простирается на задней стенке насосной камеры 34 перпендикулярно вверх, однако расположен на расстоянии от камерного перекрытия 28, чтобы сделать возможным достаточное обтекание насоса 14 охлаждающей жидкостью. Пристенный порог 44 служит в основном для более легкого отклонения текущей охлаждающей жидкости к насосу.

В задней области насосной камеры 4 дно камеры 12 в направлении к задним областям насосной стенки 30а и к задней стенке насосной камеры 34 является скошенным через сглаживание углов 46, которое представлено на Фиг.1 штриховкой. Оно служит для улучшения отклонения придонного потока и уменьшает степень турбулентности в этой области. Вообще насосная камера 4 отличается тем, что она, несмотря на применение ограничительных поверхностей, не изменяет резко поток и за счет этого, несмотря на необычно высокий уровень скорости, достигает низкую степень турбулентности в насосной трубе 16. За счет расположения скосов в критичных областях насосная камера 4 поэтому может быть обозначена в значительной степени, как свободная от кромок. Типичные пути потока охлаждающей жидкости представлены на Фигурах штрихованными линиями стрелок. От сглаживания углов в донной области входного отверстия 10 согласно Фиг.1 отказались, так как там само по себе образуется стабильное завихрение потока 48, действующее в качестве так называемого "гидравлического шарикоподшипника" по типу стабильного валка так, что остаточный поток течет в основном без изменения мимо завихрения потока 48. Уменьшение завихрения потока 48 может быть достигнуто, например, за счет скашивания области дна входного отверстия 10.

В частности, косая передняя область стенки 30 избегает отрыв потока от стенки камеры. Это достигается не в последнюю очередь за счет вытесняющего действия трубы насоса 14, которое определяется решающим образом величиной и положением насоса 14 в отношении к областям стенки 30. В частности, поперечное сечение потока для охлаждающей жидкости уменьшается в связи с входным отверстием 10 так, что наступает повышение скорости потока. Это препятствует, во-первых, отрыву потока и тем самым уже помогает избежать завихрений. Вследствие высокого уровня скорости потока к тому же простым и надежным образом достигается, что на поверхности не образуются никакие, в частности, стационарные завихрения. Дело в том, что такие стационарные завихрения образуются стабильно только тогда, когда появляется достаточно спокойный поток. В этом лежит, как раз, существенный признак геометрии камеры, что такой сравнительно спокойный поток исключается. При нормальном уровне воды N камерное перекрытие 28 ведет к улучшению распределения скорости в насосной трубе 16.

Чтобы в особенно критичной области в переходе между очистной камерой 6 и насосной камерой 4 эффективно пресечь помехи из устройства очистки 22, здесь расположены продольные щитки 50, которые в основном ориентированы вертикально дну камеры 12. Для подходящего направления потока к тому же боковые стенки 52 камеры очистки 6 скошены к входному отверстию 10. Кроме того, устройство очистки 22 на своем обращенном от входного отверстия 10 конце имеет направляющие поток щитки 54, которые расположены с краю на передней стороне устройства очистки 22 прямо или под острым углом к нему.

В стенке камеры 8, предпочтительно в области областей стенки 30, предусмотрены гидравлические соединения 56 к внутреннему пространству насосной камеры 4. Через них охлаждающая вода может отбираться из насосной камеры 4 без необходимости введения насосов во внутреннее пространство насосной камеры 4, которые отрицательно влияют на поток охлаждающего средства. Через гидравлическое соединение 56 могут предприниматься к тому же такие измерения, как измерение уровня заполнения, без влияний на поток в насосной камере 4.

Альтернативно или дополнительно в примере выполнения согласно Фиг.1, то есть при применении так называемого насоса с трубчатым корпусом, можно отбирать большее количество охлаждающей воды. При этом охлаждающая вода течет через кольцевой зазор 29 между камерным перекрытием 28 и насосной трубой 16.

За счет описанных выше мероприятий надежным образом избегается образование как придонных завихрений, так и поверхностных завихрений. Решающим для этого является высокий уровень скорости в насосной камере 4. Наряду с существенным преимуществом отказа от успокоительного участка насосная камера 4 может к тому же надежно эксплуатироваться со сравнительно малым покрытием охлаждающей водой насоса 14, поскольку опасность появления поверхностных завихрений по сравнению с обычными формами выполнения значительно уменьшена. Даже при отклонении низкого уровня воды N до пониженного уровня воды R, который, например, появляется при запуске при некоторых условиях и может падать ниже уровня камерного перекрытия 28, поток охлаждающей воды в насосной камере 4 является достаточно стабильным. Необходимая высота покрытия поэтому в основном определяется лишь кавитационной проблематикой. Вследствие уменьшенного покрытия уменьшается необходимая строительная высота производственного здания 2 так, что расходы на возведение поддерживаются малыми.