ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КУДРЯВЦЕВА И СПОСОБ ЕЕ СООРУЖЕНИЯ И РЕКОНСТРУКЦИИ Российский патент 2010 года по МПК G21D1/00 E04H5/02 E02B1/00 

Область применения

Изобретение относится к проектированию и сооружению электростанций в прибрежных районах с неразвитой инфраструктурой.

Предшествующий уровень техники

Известно здание тепловой электростанции, в котором пространственный каркас, поддерживающий энергетическое оборудование, соединен со стеновым ограждением распорными элементами и обжат в продольном и поперечном направлениях предварительно напряженными гибкими стяжками с целью повышения надежности здания при транспортировке наплавным способом (см. авторское свидетельство SU №1539296, кл. Е04Н 5/02, 17.07.1987).

При наплавном способе сооружения прибрежной электростанции такое здание выполняют в доке в виде плавучего сосуда со смонтированным в нем оборудованием, затем поднимают уровень воды в доке, буксируют здание на плаву к месту установки и устанавливают здание в проектное положение.

Наплавной способ уменьшает стоимость и сроки сооружения прибрежных электростанций в районах с неразвитой инфраструктурой по сравнению с созданием строительной базы на месте сооружения электростанции. Это достигается выполнением основной части работ квалифицированным персоналом на высокотехнологичных заводах с возможностью параллельного выполнения работ. Однако сооружение такого здания электростанции наплавным способом требует большой глубины и ширины водных путей и большой высоты мостов для буксирования по воде здания целиком, а также большого объема прибрежных гидротехнических работ. Единый пространственный каркас с оборудованием затрудняет реконструкцию такой электростанции.

Известен способ крупноблочного строительства электростанций, при котором на специальной площадке изготавливают заполненные оборудованием объемные модули, соединяют эти модули в единое плавучее средство, доставляют его к месту установки водным путем, после чего разбирают на составные модули, которые размещают в рабочем положении (см. авторское свидетельство SU №1507900, кл. Е02В 1/00, 08.12.1987).

Такой способ упрощает транспортировку сооружений электростанции за счет их скрепления в единое плавучее средство, но только в районах со слабым волнением воды, не разрушающим элементы крепления модулей друг к другу. Кроме того, при разной осадке плавучих модулей объединение и разъединение модулей требует высоких затрат.

По сравнению с предыдущим этот способ не уменьшает требуемую глубину и ширину водных путей и высоту мостов и не уменьшает объем прибрежных гидротехнических работ. Поскольку скорость износа оборудования различна, то реконструкция такой электростанции путем замены модулей по отдельности была бы эффективной, но независимая замена модулей не предусмотрена в этом способе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является здание электростанции, в котором несущий оборудование пространственный каркас расположен внутри здания и разделен по функциональным признакам оборудования на объемные модули, установленные на расстоянии друг от друга и от стен здания на отдельные фундаменты и соединенные между собой коммуникациями (см. патент RU №2038454, кл. Е04Н 5/02, 19.03.1992). Эти модули могут быть выполнены в виде замкнутых оболочек. Их изготавливают и испытывают на удаленных от места сооружения электростанции заводах и доставляют к месту сооружения электростанции параллельно с изготовлением и доставкой частей стен и покрытий здания электростанции.

Транспортировка таких модулей по воде от заводов к месту сооружения электростанции требует меньшей глубины и ширины водных путей и меньшей высоты мостов, меньшего объема прибрежных гидротехнических работ. Реконструкция такой электростанции путем независимой замены модулей дешевле по сравнению с предыдущими способами.

Однако для водной транспортировки модулей потребуются специальные суда, использование которых для других целей неэффективно. Редкое использование таких судов увеличивает стоимость их аренды и соответственно увеличивает стоимость сооружения электростанции. Выполнение модулей в виде замкнутых оболочек с обеспечением плавучести дает возможность буксировать их по воде в районах со слабым волнением и отказаться от использования специальных судов в этих районах. Но при этом ширина модулей должна быть достаточной для обеспечения остойчивости модулей на плаву. При установке каждого модуля на свой фундамент увеличение ширины модулей увеличивает объем зданий и стоимость электростанции.

Раскрытие изобретения

Задачами, на решение которых направлена настоящая группа изобретений, являются уменьшение объема работ по сооружению электростанции и обеспечение водной транспортировки модулей без применения редко используемых судов.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретений, является уменьшение стоимости сооружения и реконструкции прибрежной электростанции.

Указанные задачи решаются, а технический результат достигается в части устройства как объекта изобретения за счет того, что электростанция содержит модули, выполненные в виде блоков каркаса с закрепленным в них оборудованием, большая часть модулей выполнена с высотой в рабочем положении больше их ширины, узлы оборудования в рабочем положении размещены в вертикальном порядке, а закрепление оборудования в этих модулях спроектировано с возможностью кантования модулей при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно, причем в транспортном состоянии эти модули выполнены с положительной плавучестью.

В большинстве энергетических процессов расстановка оборудования в вертикальном порядке (то есть один узел оборудования над другим) повышает эффективность процесса по сравнению с расстановкой оборудования в горизонтальном порядке (то есть все узлы оборудования примерно на одной высоте) благодаря естественной циркуляции теплоносителей. Для обеспечения независимой замены модулей каждый модуль должен стоять на своем фундаменте, поэтому для расстановки оборудования в вертикальном порядке проектировать модули следует с максимальной высотой в рабочем положении. А для уменьшения стоимости грузоподъемных средств массу модулей следует ограничивать за счет уменьшения ширины модулей в рабочем положении.

Для обеспечения остойчивости модулей при буксировке по неглубокой акватории их ширина должна быть больше их высоты. Для устранения противоречия в требованиях к соотношению высоты и ширины модулей закрепление оборудования в этих модулях должно обеспечивать возможность кантования модулей при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно. В результате высота модулей в рабочем положении становится их шириной или длиной в транспортном положении.

По крайней мере, два модуля в рабочем положении могут быть скреплены друг с другом с возможностью совместного горизонтального скольжения по опорной поверхности, снабжены внешними коммуникациями с возможностью компенсации горизонтальных перемещений и снабжены системой подачи жидкости под давлением на опорную поверхность под модулями. Поскольку основной частью сейсмической нагрузки является горизонтальная нагрузка, то горизонтальное скольжение модулей по опорной поверхности уменьшит наибольшую горизонтальную нагрузку на модули до величины трения скольжения. При этом совместное скольжение скрепленных между собой модулей как единого целого исключит их опрокидывание и недопустимую деформацию соединяющих эти модули коммуникаций. Снижение сейсмической нагрузки на оборудование уменьшит стоимость электростанции. Подача жидкости под давлением на опорную поверхность под модулями уменьшит трение скольжения при возврате модулей в исходное положение.

По крайней мере, два модуля в рабочем положении могут примыкать друг к другу, поскольку на атомной электростанции ширина одного модуля может быть недостаточной для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения, находящегося в этом модуле оборудования. Это уменьшит стоимость сооружений для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения.

За счет ограничения мощности оборудования модули могут быть спроектированы с массой и габаритами в транспортном состоянии такими же, как у стандартных лихтеров. Для уменьшения массы модуля в транспортном состоянии проектом могут быть предусмотрены элементы (например, блоки радиационной защиты), снимаемые на время транспортировки модуля. Транспортировка модулей буксирами и лихтеровозами уменьшит стоимость транспортировки и прибрежных гидротехнических работ за счет исключения потребности в редко используемых судах.

По крайней мере, один из модулей может быть снабжен охлаждаемыми атмосферой теплообменниками с возможностью перестановки этих теплообменников из транспортного положения в рабочее положение и обратно. Это избавит от необходимости в отдельно расположенных охлаждаемых атмосферой теплообменниках и уменьшит стоимость коммуникаций.

По крайней мере, один из модулей может быть снабжен высоковольтным оборудованием с возможностью перестановки элементов этого оборудования (например, изоляторов) из транспортного положения в рабочее положение и обратно. Это позволит сооружать высоковольтные системы электростанции наплавным способом и за счет этого уменьшить их стоимость.

На атомной электростанции, по крайней мере, один из модулей может быть снабжен люком с крышкой, устанавливаемой в транспортном состоянии модуля для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения модуля. В рабочем положении эта крышка снята и не активируется нейтронным излучением реактора, а в транспортном состоянии она установлена и защищает окружающую среду от остаточного гамма-излучения модуля.

Для защиты от внешних воздействий модули вместе с соединяющими их коммуникациями в рабочем положении могут быть размещены внутри зданий, снабженных вентиляционными проходами, аналогичными по форме вентиляционным проходам в китайской пагоде. Такая форма вентиляционных проходов улучшит отвод тепла от оборудования к атмосфере за счет естественной атмосферной тяги, создаваемой внутри зданий так же, как в китайской пагоде. Это позволит отказаться от специальных охладительных сооружений, то есть уменьшить стоимость электростанции.

Указанные задача решается, а технический результат достигается в части способа как объекта изобретения за счет того, что электростанцию сооружают с использованием модулей с закрепленным в них оборудованием, придают модулям положительную плавучесть в транспортном состоянии и доставляют модули с заводов-изготовителей по воде, а реконструируют электростанцию путем замены оборудования в модулях или замены модулей целиком, причем большую часть модулей кантуют при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно.

Для уменьшения объема зданий модули должны иметь максимальную высоту в рабочем положении при минимальной ширине, а для уменьшения стоимости транспортировки модули должны иметь максимальную ширину в транспортном положении при минимальной высоте. Кантование модулей при перестановке их из транспортного положения в рабочее положение и обратно решает эту задачу и уменьшает стоимость сооружения и реконструкции прибрежной электростанции.

На заводах-изготовителях могут кантовать модули при монтаже оборудования для уменьшения стоимости монтажа.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений уменьшает стоимость сооружения и реконструкции прибрежной электростанции.

Лучший вариант осуществления изобретения

Прибрежная атомная электростанция содержит модули, выполненные в виде блоков каркаса с закрепленным в них оборудованием, большая часть модулей выполнена с высотой в рабочем положении больше их ширины, узлы оборудования в рабочем положении размещены в вертикальном порядке, а закрепление оборудования в этих модулях спроектировано с возможностью кантования модулей при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно, причем в транспортном состоянии эти модули выполнены с положительной плавучестью.

Модули в рабочем положении скреплены друг с другом в группы с возможностью совместного горизонтального скольжения всей группы как единого целого по опорной поверхности, снабжены внешними коммуникациями с возможностью компенсации горизонтальных перемещений и снабжены системой подачи жидкости под давлением на опорную поверхность под модулями для возврата в исходное положение. Например, реакторно-турбогенераторные группы модулей соединены подвижными трубопроводами с модулями подготовки воды, а подвижными кабелями - с электротехническими модулями.

К реакторному модулю в рабочем положении примыкают модули радиационной защиты, в которых также расположены элементы системы управления реактором.

Реакторный модуль и модули радиационной защиты снабжены люками с крышками, устанавливаемыми в транспортном состоянии модулей для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения модулей. В рабочем положении эти крышки сняты и не активируются нейтронным излучением реактора, а в транспортном положении они установлены и защищают окружающую среду от остаточного гамма-излучения модулей.

За счет ограничения мощности оборудования модули спроектированы с массой и габаритами в транспортном состоянии такими же, как у стандартных лихтеров. Для уменьшения массы реакторного модуля в транспортном состоянии предусмотрены блоки радиационной защиты, снимаемые на время транспортировки модуля.

Электростанцию сооружают с использованием модулей с закрепленным в них оборудованием, придают модулям положительную плавучесть в транспортном состоянии и доставляют модули с заводов-изготовителей по воде, а реконструируют электростанцию путем замены оборудования в модулях или замены модулей целиком, причем большую часть модулей кантуют при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно. Турбинные модули кантуют из транспортного положения в рабочее положение на боковую сторону, а реакторные модули - на торцевую сторону. На заводах-изготовителях при монтаже оборудования эти модули устанавливают соответственно на боковую или на торцевую сторону.

Паротурбинные модули снабжены охлаждаемыми атмосферой теплообменниками с возможностью перестановки этих теплообменников из транспортного положения «внутри модуля» в рабочее положение «снаружи модуля» и обратно. В этих теплообменниках охлаждается вода, циркулирующая через конденсаторы пара. Для защиты от внешних воздействий модули вместе с соединяющими их коммуникациями в рабочем положении размещены внутри зданий. Для создания внутри зданий естественной атмосферной тяги эти здания снабжены вентиляционными проходами, аналогичными по форме вентиляционным проходам в китайской пагоде.

Электротехнические модули снабжены высоковольтными изоляторами с возможностью перестановки этих изоляторов из транспортного положения «внутри модуля» в рабочее положение «снаружи модуля» и обратно.

Промышленная применимость

Изобретение применимо в тепловой и атомной энергетике, а также в производствах, использующих энергетические процессы.

Группа изобретений относится к проектированию и сооружению прибрежных электростанций в районах с неразвитой инфраструктурой. Электростанция содержит модули в виде блоков каркаса с закрепленным в них оборудованием. Большая часть модулей выполнена с высотой в рабочем положении больше их ширины. Узлы оборудования в рабочем положении размещены в вертикальном порядке. Закрепление оборудования в модулях спроектировано с возможностью кантования модулей при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно. В транспортном состоянии модули выполнены с положительной плавучестью. Электростанцию сооружают с использованием модулей с закрепленным в них оборудованием. Модули доставляют с заводов-изготовителей по воде. Электростанцию реконструируют путем замены оборудования в модулях или замены модулей целиком. Большую часть модулей кантуют при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно. Изобретения позволяют упростить сооружение и реконструкцию прибрежной электростанции. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Электростанция, содержащая модули, выполненные в виде блоков каркаса с закрепленным в них оборудованием, отличающаяся тем, что большая часть модулей выполнена с высотой в рабочем положении больше их ширины, узлы оборудования в рабочем положении размещены в вертикальном порядке, а закрепление оборудования в этих модулях спроектировано с возможностью кантования модулей при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно, причем в транспортном состоянии эти модули выполнены с положительной плавучестью.

2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, два модуля в рабочем положении скреплены друг с другом с возможностью совместного горизонтального скольжения по опорной поверхности, снабжены внешними коммуникациями с возможностью компенсации горизонтальных перемещений и снабжены системой подачи жидкости под давлением на опорную поверхность под модулями.

3. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, два модуля в рабочем положении примыкают друг к другу.

4. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что модули спроектированы с массой и габаритами в транспортном состоянии такими же, как у стандартных лихтеров.

5. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один из модулей снабжен охлаждаемыми атмосферой теплообменниками с возможностью перестановки этих теплообменников из транспортного положения в рабочее положение и обратно.

6. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один из модулей снабжен высоковольтным оборудованием с возможностью перестановки элементов этого оборудования из транспортного положения в рабочее положение и обратно.

7. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один из модулей снабжен люком с крышкой, устанавливаемой в транспортном состоянии модуля для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения модуля.

8. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что модули вместе с соединяющими их коммуникациями в рабочем положении размещены внутри зданий, снабженных вентиляционными проходами, аналогичными по форме вентиляционным проходам в китайской пагоде.

9. Способ сооружения и реконструкции электростанции, при котором электростанцию сооружают с использованием модулей с закрепленным в них оборудованием, придают модулям положительную плавучесть в транспортном состоянии и доставляют модули с заводов-изготовителей по воде, а реконструируют электростанцию путем замены оборудования в модулях или замены модулей целиком, отличающийся тем, что большую часть модулей кантуют при их перемещении из транспортного положения в рабочее положение и обратно.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что на заводах-изготовителях кантуют модули при монтаже оборудования.