СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2015 года по МПК F16M5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу модернизации электростанции.

Уровень техники

Ниже приведена ссылка на фиг.1. Электростанции традиционно имеют первичный привод или двигатель, который приводит в действие генератор; в частности, на фиг.1 показан пример электростанции 1 с первым двигателем 2, являющимся газовой турбиной, и вторым двигателем 3, являющимся паровой турбиной; и газовая турбина 2, и паровая турбина 3 присоединены на противоположных сторонах к генератору 4.

Газовая турбина 2 и паровая турбина 3 лежат на основании 5, а генератор 4 расположен внутри фундамента 6.

Генератор 4 включает в себя активную часть и неактивную часть.

Активная часть вырабатывает электроэнергию и обычно включает в себя статор со статорными обмотками и ротор с обмотками возбуждения; в дальнейшем активная часть будет иметь ссылочную позицию 7.

Неактивная часть включает в себя вспомогательное оборудование, необходимое для правильной работы активной части 7; например, на фиг.1 показан редуктор 8 для механической связи газовой турбины 2 с ротором генератора 4, возбудитель 9 для подачи электроэнергии (как правило, электроэнергии постоянного тока) в обмотки возбуждения и охладитель 10.

Естественно, может быть предусмотрено и другое вспомогательное оборудование или упомянутое вспомогательное оборудование может не предусматриваться или может быть предусмотрено в другом местоположении в соответствии с потребностями и особенностями генератора. В этом отношении неактивная часть может быть компрессором (для направления сжатого воздуха в активную часть и ее охлаждения) и (или) системой выводов.

Как правило (для больших генераторов), фундамент 6 включает в себя (фиг.16) углубление 11 с бетонным основанием 12 фундамента для статора и подшипники 13 для ротора генератора 4.

Основание 12 (в частности, его структура и материал) и подшипники 13 (в частности, их положение или взаимное расстояние) должны быть выполнены так, чтобы гарантировать безопасную динамику ротора и, в частности, чтобы избежать резонансных частот для ротора (обычно около 100-120 Гц для генераторов, работающих на 50-60 Гц), так как они могут быть очень вредны и могут серьезно ограничить предел надежности генератора.

Во время работы газовая турбина 2 и паровая турбина 3 приводят в действие генератор 4, так что он вырабатывает электроэнергию; эта электроэнергия затем обычно подается в электрическую сеть (не показано).

Для увеличения вырабатываемой электрической энергии электростанция может быть модернизирована с целью усовершенствования.

Например, газовую турбину 2 и (или) паровую турбину 3 можно заменить двигателями большей мощности. Альтернативно, могут быть заменены статорные и (или) роторные лопасти газовой турбины и (или) паровой турбины, или может быть увеличена температура горячих газов, расширяющихся в газовой турбине, и (или) могут быть улучшены параметры пара, расширяющегося в паровой турбине (то есть в последних случаях может быть осуществлено только функциональное обновление)

Таким образом, существует несколько возможностей для увеличения механической энергии, которой двигатели снабжают генератор для выработки электроэнергии; очевидно, что вместе с усовершенствованием асинхронного двигателя (т.е. усовершенствованием газовой турбины и (или) паровой турбины) также необходимо усовершенствование генератора, например, чтобы генератор мог справиться с возросшей механической энергией, которая доступна.

В целях экономии времени и затрат фундамент с его основанием и подшипники (или по меньшей мере, места расположения подшипников, когда подшипники заменяются) часто используются повторно; кроме того, можно повторно использовать двигатели (когда это возможно или необходимо).

Это приводит к некоторым пространственным ограничениям, потому что новый генератор должен быть размещен в пределах первоначального фундамента и в ряде случаев он должен быть подключен к существующим двигателям.

По этим причинам усовершенствование генератора, как правило, достигается простой перемоткой статорных и роторных обмоток.

Очевидно, что при такой модернизации генератора достигаемое увеличение механической энергии, которое генератор способен преобразовать в электрическую энергию, ограничено.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа модернизации электростанции, посредством которого может быть достигнуто большое увеличение мощности с одновременным соблюдением пространственных ограничений.

В частности, задачей настоящего изобретения является создание способа, с помощью которого можно модернизировать электростанцию для достижения значительного увеличения мощности с повторным использованием, по меньшей мере, ее основания.

Указанные и другие задачи решены согласно изобретению благодаря обеспечению способа в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества изобретения станут более очевидными из описания предпочтительного, но неисключительного варианта осуществления способа, проиллюстрированного посредством неограничивающего примера на сопровождающих чертежах.

На фиг.1 и 2 условно показана электростанция до модернизации, соответственно вид сбоку и вид сверху;

на фиг.3 - электростанция во время модернизации;

на фиг.4 и 5 - электростанция после модернизации, соответственно вид сбоку и вид сверху;

на фиг.6 и 7 - генератор до модернизации (пунктирная линия, исходный генератор) и генератор после модернизации (сплошная линия, новый генератор), вид сбоку и вид сверху;

на фиг.8, 9 и 10, 11 - соответственно два различных варианта осуществления способа;

на фиг.12 и 13 - предпочтительный вариант осуществления способа;

на фиг.14 и 15 - другой вариант осуществления способа;

на фиг.16 - основание для генератора.

Осуществление изобретения

Первый вариант осуществления способа показан на фиг.1-7.

В частности, на фиг.1 и 2 показана электростанция 1 до модернизации.

Как было показано и как уже говорилось, генератор 4 включает в себя исходную активную часть 7, которая вырабатывает электроэнергию, и исходные неактивные части, взаимодействующие с исходной активной частью 7.

Исходная неактивная часть включает в себя, например, редуктор 8, возбудитель 9 и охладитель 10; в других примерах исходная неактивная часть может включать в себя компрессор, один или несколько вентиляторов и (или) систему выводов. Естественно, что в дальнейших вариантах осуществления электростанции 1 также возможны различные неактивные части и (или) различные их комбинации и (или) расположения.

В этом примере особое внимание уделяется возбудителю 9, это может быть возбудитель с коллекторными кольцами. Как было показано, исходная активная часть 7 и исходная неактивная часть, являющаяся возбудителем 9, примыкают друг к другу.

Активная часть 7 и неактивная часть, являющаяся возбудителем 9, размещаются в основании 6, которое включает в себя выемку 11 с бетонным основанием 12 фундамента для статора и подшипники 13 для ротора генератора 4.

В соответствии со способом исходная активная часть 7 генератора 4 удаляется.

Таким образом, удаляется также исходная неактивная часть, являющаяся возбудителем 9 (естественно, удаляются также редуктор 8 и охладитель 10).

На фиг.3 показан промежуточный этап способа с электростанцией без генератора 4.

Таким образом, способ включает в себя обеспечение новой активной части 15, которая больше, чем исходная активная часть 7.

Новая активная часть 15 простирается по всей зоне, которая ранее была занята исходной активной частью 7, и зонам, которые были ранее заняты исходной неактивной частью, являющейся возбудителем 9.

В связи с этим на фиг.7 показан след 16 исходной активной части 7, след 17 новой активной части 15 и след 18 исходной неактивной части, являющейся возбудителем 9.

Преимущественно новая активная часть расположена внутри основания 6, являющегося тем же основанием, в котором была размещена исходная активная часть 7.

Кроме того, подшипники 13 являются теми же, что и исходные подшипники, или, в случае их замены, их места или расположение аналогичны; другими словами, взаимное расстояние между подшипниками 13 не меняется, поэтому динамические характеристики ротора существенно не меняются по отношению к исходному ротору. Это гарантирует, что резонансные частоты нового ротора аналогичны частотам исходного ротора и, в любом случае, значительно отличаются от резонансных частот основания 6. Это обеспечивает надежную работу нового генератора без необходимости повторного проектирования основания 6.

Таким образом, обеспечивается новая неактивная часть (конкретно, новый возбудитель 19).

В этом примере новый возбудитель 19 меньше, чем первоначальный возбудитель 9 (это может быть бесщеточный возбудитель); в этом отношении на фиг.7 также показан след 20 новой неактивной части, являющейся возбудителем 19.

Исходный редуктор 8 и исходный охладитель 10 могут быть заменены (ссылки 21 и 22 соответственно указывают на новый редуктор и новый охладитель), но в данном примере их конфигурация не менялась, чтобы освободить место для новой активной части 15.

Таким образом, активная часть генератора расположена в том же основании до и после модернизации, но активная часть после модернизации (т.е. активная часть нового генератора) больше, чем активная часть до модернизации (т.е. исходная активная часть); это позволяет генератору после модернизации вырабатывать больше электроэнергии и справляться с увеличенной механической энергией от двигателя, чем до модернизации.

На фиг.8-9 показаны различные варианты осуществления способа, в данном примере те же ссылочные позиции показывают такие же или аналогичные элементы, которые уже описаны.

В частности, на фиг.8 показана электростанция 1 до модернизации; в этом случае электростанция имеет единственный двигатель, являющийся газовой турбиной 2, а исходной неактивной частью, конфигурация которой изменяется, чтобы освободить место для более крупной новой активной части 15, является редуктор 8; в частности на фиг.8 показан редуктор 8, расположенный в основании 6.

На фиг.9 показана электростанция с фиг.8 после модернизации с новой активной частью 15, размещенной в основании 6, и с новым редуктором 21, расположенным за пределами основания 6.

На фиг.10 и 11 показан еще один пример способа. В этом примере теми же самыми ссылочными позициями обозначены такие же или аналогичные элементы, которые уже описаны.

В частности, в данном примере габариты и (или) положение более чем одной неактивной части изменены, чтобы увеличить пространство для активной части.

На фиг.10 показана электростанция 1 до модернизации с активной частью 7 и неактивными частями, которые включают в себя: вертикальный охладитель 10, возбудитель 9, два вентилятора 24 (по одному на каждой стороне ротора вдоль оси вращения) и систему 25 выводов (для выдачи электроэнергии, вырабатываемой генератором, вне корпуса генератора).

На фиг.11 показана электростанция 1 после модернизации.

Новая активная часть 15 и новая неактивная часть, являющаяся новым охладителем 22, совмещены, в частности новый охладитель 22 (горизонтальный охладитель) расположен над новой активной частью 15.

Помимо этого предусмотрены новая система 26 выводов и новый возбудитель 19; они меньше, чем исходная система 25 выводов и возбудитель 9,

Кроме того, два исходных вентилятора 24 генератора, показанные на фиг.10, заменены одним вентилятором 27, то есть один из вентиляторов 24 заменен одним вентилятором 27, а другой вентилятор 24 не заменен.

Приведенные выше примеры показывают, что исходная активная часть 7 и исходная неактивная часть (например, редуктор 8, возбудитель 9, охладитель 10, вентилятор 24, система выводов 25) предпочтительно связаны в осевом направлении.

В этом случае новая более крупная активная часть 15 в осевом направлении длиннее исходной активной части 7.

Когда новая неактивная часть меньше, чем исходная неактивная часть, новая неактивная часть может быть в продольном направлении короче исходной неактивной части (как показано для возбудителя на фиг. 1-7 и возбудителя и системы выводов на фиг. 10-11).

Когда новая активная часть 15 и новая неактивная часть совмещены друг с другом, новая неактивная часть располагается предпочтительно над новой активной частью 15 (например, охладитель на фиг. 10-11).

На фиг. 12 и 13 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения; также в этом варианте осуществления теми же ссылочными позициями обозначены такие же или аналогичные элементы, которые уже описаны.

В этом варианте осуществления исходный генератор (фиг. 12) имеет активную часть 7 с компрессором 28 (или вентилятором), который принуждает сжатый воздух в пределах активной части 7 охлаждать ее. Активная часть 7 соединена с паровой турбиной 3 и возбудителем 9. Как было показано, активная часть 7 и компрессор 28 размещаются в основании 6, а возбудитель 9 и паровая турбина 3 лежат за пределами основания 6.

На фиг. 13 показан генератор после модернизации.

В этом случае исходная активная часть 7 заменена новой, более крупной активной частью 15, а исходный компрессор 28 заменен на охладитель, такой как, например, горизонтальный охладитель 22, который подсоединяется сверху новой активной части 15.

Таким образом, в данном примере исходная неактивная часть, являющаяся компрессором 28, заменена другой неактивной частью, являющейся охладителем 22 и имеющей ту же функцию охлаждения.

Исходный возбудитель 9 может быть заменен или нет, в любом случае он лежит за пределами основания 6. Аналогично, также может быть заменена или нет паровая турбина 3, которая лежит за пределами основания 6.

Аналогично, новая неактивная часть, например одно или более из охладителя 22, системы 26 выводов, вентилятора 27, заменяющих исходную неактивную часть, может быть хотя бы частично расположена за пределами основания (на фигурах не показано).

На фиг.14 и 15 показан еще один пример осуществления способа; также в этом варианте осуществления теми же ссылочными позициями обозначены такие же или аналогичные элементы, которые уже описаны.

Так, в частности, на фиг.14 приведен пример генератора 4 до модернизации с исходной активной частью 7 и исходной неактивной частью (возбудитель 9), расположенными в основании 6.

На фиг.15 показан генератор после модернизации с новой активной частью 15, размещенной в основании 6, и новой неактивной частью (новый возбудитель 19), которая лежит за пределами основания 6.

Модернизация двигателя может быть достигнута за счет улучшения работы двигателя, например повышения температуры горячих газов, циркулирующих в газовой турбине, или улучшения характеристик пара, циркулирующего в паровой турбине.

Альтернативно, элементы двигателя можно заменить, например могут быть заменены статорные и (или) роторные лопатки газовой турбины и (или) паровой турбины и (или) могут быть заменены статорные и (или) роторные лопатки компрессора газовой турбины.

В любом случае, в предпочтительном варианте осуществления модернизация двигателя достигается путем его замены (то есть весь двигатель заменен).

Модернизация электростанции в соответствии с этим способом подтвердила минимум затрат по времени и рентабельность, потому что основание может быть использовано повторно или (если не используются повторно) может и не реконструироваться.

Естественно, что описанные конструктивные особенности могут быть предусмотрены независимо друг от друга.

На практике используемые материалы и размеры могут быть выбраны по желанию в соответствии с требованиями и существующим уровнем техники.

Ссылочные позиции

1. Электростанция

2. Газовая турбина

3. Паровая турбина

4. Генератор

5. Основание

6. Фундамент

7. Активная часть

8. Редуктор

9. Возбудитель

10. Охладитель

11. Углубление

12. Основание фундамента

13. Подшипники

15. Новая активная часть

16. След от 7

17. След от 15

18. След от 9

19. Новый возбудитель

20. След от 19

21. Новый редуктор

22. Новый охладитель

24. Вентилятор

25. Исходная система выводов

26. Новая система выводов

27. Новый вентилятор

28. Компрессор

Изобретение относится к энергетике. Способ модернизации электростанции включает в себя этапы, на которых: удаляют исходную активную часть, удаляют исходную неактивную часть, обеспечивают новую активную часть, которая больше, чем исходная активная часть, и по меньшей мере частично распространяется на зону, которую до этого занимала исходная активная часть, и по меньшей мере частично распространяется на зону, которую раньше занимала исходная неактивная часть, и которая размещена на основании. Изобретение позволяет достигнуть увеличения мощности с одновременным соблюдением пространственных ограничений. 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ модернизации электростанции (1), содержащей генератор (4), соединенный, по меньшей мере, с двигателем (2, 3) и содержащий:
- исходную активную часть (7) для выработки электроэнергии, причем активная часть представляет собой статор со статорными обмотками и ротор с обмотками возбуждения, и
- исходную неактивную часть (8, 9, 10, 24, 25, 28), взаимодействующую с исходной активной частью (7),
- основание (6), в котором размещены исходная активная часть (7) и исходная неактивная часть (8, 9,10, 24, 25, 28),
при этом способ включает следующие этапы:
- удаление исходной активной части (7),
- удаление исходной неактивной части (8, 9,10, 24, 25, 28),
- обеспечение новой активной части (15), которая:
- длиннее в осевом направлении, чем исходная активная часть (7), и
- по меньшей мере частично распространяется на зону, которую раньше занимала исходная активная часть (7), и
- по меньшей мере частично распространяется на зону, которую раньше занимала исходная неактивная часть (8, 9,10, 24, 25, 28), и
- расположена в основании (6).

2. Способ по п. 1, в котором обеспечивают новую неактивную часть (19, 21, 22, 26, 27), заменяющую исходную неактивную часть (8, 9,10, 24, 25, 28), при этом новая система (26) выводов и новый возбудитель (19) меньше, чем исходная неактивная часть (9, 25).

3. Способ по п. 1, в котором обеспечивают новую неактивную часть (19, 21, 22, 26, 27), заменяющую исходную неактивную часть (8, 9, 10, 24, 25, 28), при этом новая активная часть (15) и новая неактивная часть (19, 21, 22, 26, 27) хотя бы частично совмещены.

4. Способ по п. 1, в котором обеспечивают новую неактивную часть (19, 21, 22, 26, 27), заменяющую исходную неактивную часть (8, 9, 10, 24, 25, 28), при этом новая неактивная часть (22, 26, 27) хотя бы частично расположена за пределами основания (6).

5. Способ по п. 1, в котором исходная неактивная часть (8, 9, 10, 24, 25, 28) прилегает к исходной активной части (7).

6. Способ по п. 5, в котором исходную активную часть (7) и исходную неактивную часть (8, 9, 10, 24, 25, 28) соединяют в осевом направлении.

7. Способ по п. 1, в котором новая более крупная активная часть (15) в осевом направлении длиннее исходной активной части (7).

8. Способ по п. 2, в котором новая меньшая неактивная часть (19, 26) в осевом направлении короче исходной неактивной части (9, 25).

9. Способ по п. 3, в котором хотя бы частично совмещенные новая активная часть (15) и новая неактивная часть (19, 21, 22, 26, 27) имеют новую неактивную часть (19, 21, 22, 26, 27), расположенную хотя бы частично над новой активной частью (15).

10. Способ по любому из пп. 2 или 3, в котором новая неактивная часть (19, 21, 22, 26, 27) лежит в основании (6).

11. Способ по любому из пп. 2-4, в котором исходная неактивная часть (8, 9, 10, 24, 25, 28) и новая неактивная часть (19, 21, 22, 26, 27) содержат:
- охладитель для активной части и (или),
- возбудитель и (или),
- редуктор и (или),
- вентилятор (24) и (или),
- компрессор и (или),
- систему выводов.

12. Способ по любому из пп.2 -4, в котором исходную неактивную часть (8, 9, 10, 24, 25, 28) заменяют другой новой неактивной частью (19, 21, 22, 26, 27), имеющей ту же функцию.

13. Способ по п. 1, в котором основание (6) включает в себя углубление с основанием (12) фундамента для статора и подшипники (13) для ротора генератора (4).

14. Способ по п. 1, в котором осуществляют модернизацию по меньшей мере двигателя (2, 3).