УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ВОДОРОДНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК H02K9/24 H02K5/12 

Предлагаемое изобретение относится к электромашиностроению, в частности к турбогенераторам с водородным охлаждением.

В турбогенераторах большой мощности с давлением водорода до 0,5 МПа существующая газовая схема хотя и обеспечивает нормальную работу генератора на водороде и замену газовой среды, но не содержит быстродействующих устройств для выброса водорода в аварийных ситуациях, например, при резкой разгерметизации узлов уплотнений или опорных подшипников, сопровождающихся прорывом водорода и масла и возгоранием газомасляной среды. Последнее может иметь место в случае повреждения или обрыва лопаток турбины.

Известно устройство, в котором при резком увеличении вибрации разрушается ломкая мембрана, запирающая давление водорода, что обеспечивает выброс водорода в атмосферу (см. авт.св. N 1182604).

Указанное устройство разового использования и не позволяет производить предварительную его настройку и опробование, а при срабатывании не удерживает остаточное давление водорода в корпусе турбогенератора.

Общеизвестны клапаны с автоматическим и дистанционным приводом, но их применение усложняет и удорожает конструкцию, а резервирование требует байпасного клапана.

Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является устройство по патенту США N 4883995, кл. Н 02 К 9/24, 1989 г. принятое за прототип. Устройство содержит вертикально установленную емкость с патрубками подвода масла и водорода, разделенными расположенным в емкости затвором, и дренаж с приводом, при этом патрубок подвода водорода подсоединен трубопроводом к полости корпуса турбогенератора. В данном устройстве решается задача защиты турбогенератора с водородным охлаждением от заполнения его маслом в случае нарушения равновесия между давлениями масла и водорода путем автоматического дренирования его из корпуса статора, сохраняя при этом рабочее давление водорода в корпусе без отключения и останова генератора. Также решается задача снижения давления водорода в статоре до рабочего в случае его превышения сверх допустимого.

Однако не предусмотрены средства защиты от снижения давления масла на уплотнения вала и аварийного выброса водорода в атмосферу.

Задачей изобретения является повышение надежности, предотвращение развития аварии в турбогенераторе за счет снабжения трубопровода быстродействующим и конструктивно простым устройством для быстрого выброса объема водорода из турбогенератора.

Задача решается тем, что в устройстве защиты турбогенератора с водородным охлаждением, содержащем вертикально установленную емкость с патрубками подвода масла и водорода, разделенными расположенным в емкости затвором, и дренаж с приводом, при этом патрубок подвода водорода подсоединен трубопроводом к полости корпуса турбогенератора, емкость разделена перегородкой с отверстием, над которым установлен дополнительный затвор, жестко соединенный с основным, расположенным над выходным отверстием патрубка подвода водорода, а верхняя часть емкости снабжена патрубком выброса водорода в атмосферу, ось которого совпадает с осями затвора, при этом к патрубку подвода масла подсоединен трубопровод подвода масла к подшипникам турбогенератора, а выходные отверстия патрубка подвода масла расположены над основным затвором.

Новым в данном решении является затвор, запирающий давление водорода в трубопроводе от турбогенератора в атмосферу. Затвор прижат давлением масла, подаваемого на уплотняющие подшипники турбогенератора. В случае снижения давления масла до величины, определяемой конструктивным исполнением устройства, затвор открывается давлением водорода и последний выходит в атмосферу.

В предлагаемом устройстве отсутствуют промежуточные конструктивные элементы, необходимые для срабатывания клапана в аварийной ситуации, например, в случае разуплотнения уплотняющих подшипников турбогенератора, что может сопровождаться возгоранием водородно-масляной смеси, или в случае полного прекращения подачи масла на уплотнении вала.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает конструктивной простотой, является быстродействующим за счет автоматического открывания затвора вследствие перепада давлений водорода и масла и немедленного выброса водорода по факту возникновения аварийного состояния, что обеспечивает надежную работу турбогенератора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для удаления водорода из турбогенератора. На фиг.2 представлены соединительные трубопроводы устройства.

Устройство на фиг. 1 состоит из цилиндрической емкости 1 с патрубком 2 подвода водорода и патрубком 3 выброса водорода в атмосферу, разделенной горизонтальной перегородкой 4, закрепленной между фланцами болтами 5 и гайкой 6 через уплотнительные кольца 7, имеющей центральное отверстие, закрывающееся через уплотнительное кольцо 8 дополнительным затвором 9, закрытым крышкой 10 через уплотнительное кольцо 11, болтами 12 и жестко соединенным шпильками с гайками 13 и 14 с основным затвором 15, закрывающим через концентричные уплотнительные кольца 16, 17, 18 отверстие патрубка 2 подвода водорода, причем шпильки свободно проходят через отверстия в дисках 19, закрепленных через ребра 20 и кольцо 21 болтами 22 (показаны оси болтов) к нижнему затвору встроен дренаж 23, выведенный наружу и разделенный на параллельные дренажи: дренаж с дроссельной шайбой 24, клапаном 25 и датчиком давления 26, дренаж с клапаном 27, дренаж с клапаном с дистанционным приводом 28 и дренаж с клапаном 29. Кроме того, выведены дренаж 30 из емкости над верхним клапаном и дренаж 31 из полости между большим и средним диаметрами уплотнительных колец под нижним клапаном устройства, а полость между малым и средним диаметрами уплотнительных колец под нижним клапаном сообщается с емкостью 1 через дроссельное отверстие 32 в клапане.

На фиг. 2 соединительные трубопроводы устройства представлены следующим образом: нижний патрубок устройства соединен с трубопроводом 33, выведенным из верхней зоны турбогенератора 34 и содержащим клапан 35, а также дренаж с клапаном 36, а верхний патрубок устройства соединен с трубопроводом 37, выведенным в атмосферу, дренаж с дроссельной шайбой 24, клапаном 25 и датчиком давления 26 соединен с подводящим масло к уплотняющим подшипникам трубопроводом 38; дренаж с клапаном 27 встроен в разъемы уплотняющих 39 и опорных 40 подшипников (на фиг.2 показана только одна сторона турбогенератора с подшипниками, вторая аналогична представленной); дренаж с клапаном с дистанционным приводом 28, дренаж с клапаном 29, а также дренаж 30 из зоны над горизонтальной перегородкой 4 устройства и дренаж 31 из полости между наружным и средним уплотняющими кольцами под нижним клапаном устройства заведены в смотровой патрубок 41, соединенный трубопроводом 42 в коллектор 43 для слива масла из опорных подшипников (на фиг. обозначен только участок трубопровода).

Работа устройства состоит в следующем.

В нормальном режиме турбогенератора нижняя половина емкости 1 (фиг.1 устройства) находится под давлением масла, равным давлению в подводящем трубопроводе и в уплотняющих подшипниках, которое превышает давление водорода в генераторе на величину перепада давлений "масло-водород", удерживаемого регулятором в пределах 0,07-0,1 МПа. Поэтому величина усилия от масла на нижний затвор 15 определяется площадью, ограниченной внешним и средним диаметрами уплотнительных колец 18, 17, а также диаметром патрубка 2 подвода водорода, равным диаметру отверстия в перегородке 22 и давлением водорода в турбогенераторе.

Из изложенного следует, что при снижении давления масла в емкости до определенной величины, определяемой конструктивными размерами устройства, верхний и нижний затворы под действием давления водорода поднимутся и давление водорода за счет выхода в атмосферу снизится до величины, определяемой массой затворов и площадью входного патрубка.

Снижение давления масла в емкости устройства и выброс водорода в атмосферу произойдет:
в аварийной ситуации в случае полного прекращения подачи масла на уплотняющие подшипники, когда давление масла в емкости устройства, поступающего от подводящего трубопровода через дроссельную шайбу 24 и клапан 25 (фиг.2), снизится до величины, при которой произойдет подъем затворов давлением водорода;
в аварийном случае виброразуплотнения разъемов уплотняющих или опорных подшипников 39, 40 генератора, когда давление масла в емкости устройства через трубопровод с клапаном 27, встроенным в разъемы подшипников снизится до величины срабатывания;
дистанционным открытием клапана 28, когда требуется немедленное удаление водорода из турбогенератора;
открытием клапана 29 вручную по месту. Клапан 29 может использоваться для опробования и испытаний устройства, а также для планового удаления водорода.

Во всех случаях срабатывания устройства, когда затворы подняты и нижний затвор упирается в промежуточный диск 19 (фиг.1) происходит перекрытие поступления масла от подводящего трубопровода самим нижним затвором, так как дренажный трубопровод встроен в диск встречно затвору.

Герметичность уплотнительных колец 7, 16, 17, 18 контролируется визуально по наличию масла в дренажных трубопроводах 30, 31 (фиг.1), подключенных в смотровой патрубок 41, а также в дренаж 36 из трубопровода от генератора к устройству.

Предупредительный сигнал о начальном нарушении герметичности уплотнительных колец поступает от датчика давления 26.

Устройство может быть выведено на работы для устранения неисправности перекрытием клапана 35.

Использование: в энергомашиностроении для исключения аварийных ситуаций в турбогенераторе. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрическую емкость 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, разделенную горизонтальной перегородкой 4, имеющей центральное отверстие, которое закрыто верхним затвором 9, жестко соединенным с нижним затвором 15. Верхний затвор 9 закрыт крышкой 10, а нижний затвор 15 через концентричные уплотнительные кольца 16, 17, 18 закрывает отверстие входного патрубка 2. Устройство имеет трубопровод 33 связи с подводящим масло трубопроводом 38, а также дренаж с приводом. Оси затворов 9 и 15 и трубопровода 37 выброса водорода в атмосферу совпадают. В нормальном режиме турбогенератора нижняя половина емкости 1 находится под давлением масла, равным давлению в подводящем трубопроводе. При снижении давления масла в емкости 1 до определенной величины верхний 9 и нижний 15 затворы под действием давления водорода поднимутся и давление водорода, за счет выхода в атмосферу, снизится до величины, определяемой массой затворов и площадью входного патрубка. 2 ил.

Устройство защиты турбогенератора с водородным охлаждением, содержащее вертикально установленную емкость с патрубками подвода масла и водорода, разделенными расположенным в емкости затвором, и дренаж с приводом, при этом патрубок подвода водорода подсоединен трубопроводом к полости корпуса турбогенератора, отличающееся тем, что емкость разделена перегородкой с отверстием, над которым установлен дополнительный затвор, жестко соединенный с основным, расположенным над выходным отверстием патрубка подвода водорода, а верхняя часть емкости снабжена патрубком выброса водорода в атмосферу, ось которого совпадает с осями затворов, при этом к патрубку подвода масла подсоединен трубопровод подвода масла к подшипникам турбогенератора, а выходное отверстие патрубка подвода масла расположено над основным затвором.