НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ ПАРА ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ УСТАНОВКУ Российский патент 2017 года по МПК F22D5/26 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технологии быстрой и плавной подачи воды в парогенератор без использования дополнительного крупногабаритного насоса и конденсатора пара за счет давления пара, находящегося в парогенераторе энергетической установки.

Предшествующий уровень техники

Главным образом, ядерная энергетика основана на использовании энергии деления атомного ядра в ядерном реакторе, а тепловая энергетика основана на использовании энергии сжигания жидкого или твердого топлива, при этом оба вида энергетики отличаются друг от друга способом получения энергии.

Производство ядерной и тепловой энергии схожи в том, что пар генерируется нагреванием воды в парогенераторе за счет тепла, получаемого описанными выше способами, и турбогенератор приводится в движение при вращении турбины под действием генерируемого пара, в результате чего вырабатывается электроэнергия, а пар, используемый для вращения турбины, проходит через паровой конденсатор и переходит в жидкое состояние за счет охлаждения и конденсации с использованием морской воды, после чего возвращается в парогенератор для повторного генерирования пара, таким образом все эти этапы характерны для обоих случаев и представляют собой непрерывный процесс циркуляции.

Для подачи воды в парогенератор при выработке ядерной и тепловой энергии, обязательно необходим дополнительный крупногабаритный насос охлаждающей воды для перекачивания морской воды (охлаждающей воды) и подачи ее в паровой конденсатор, а также дополнительный питательной насос высокого давления для подачи воды, конденсированной в паровом конденсаторе, в парогенератор. Это увеличивает общую стоимость устройства, снижает энергетическую эффективность и усложняет рабочий процесс, к тому же для работы насосов требуется больше электроэнергии, что, в свою очередь, в совокупности с другими недостатками увеличивает затраты еще больше.

К тому же, даже при использовании питательного насоса высокого давления, предназначенного для подачи воды в парогенератор, нагнетание осуществляется не так, как в насосе высокого давления, из-за явления кавитации, что вызывает увеличение температуры. Морская вода нагревается, проходя через паровой конденсатор, при этом охлаждающая вода подается в паровой конденсатор и возвращается уже с комнатной температурой, а затем подается на питательной насос. В этом случае все количество нагретой морской воды сливается в море, что вызывает значительные проблемы для окружающей среды.

Другими словами, сливаемая вода, нагретая после поглощения теплоты при теплообменном процессе в паровом конденсаторе, является чем-то вроде отходов, полученных при выработке ядерной или тепловой энергии. Ее температура на 7-13 градусов выше температуры природной воды; тем не менее, она полностью сливается в море, что приводит в результате к разрушению природной экосистемы.

Раскрытие изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение насосного устройства, использующего давление пара для подачи воды в энергетическую установку, разработанного для кардинального устранения недостатков предшествующего уровня техники, связанных с необходимостью использования крупногабаритного насоса и парового конденсатора при выработке энергии преобразованием ядерной или тепловой энергии. По настоящему изобретению вода из бака возврата конденсата всасывается под действием мощной силы всасывания за счет периодического создания вакуума в напорном баке воды за счет давления пара, после чего вода добавляется автоматически и может надежно подаваться в парогенератор за счет давления пара, генерируемого в парогенераторе энергетической установки.

Для достижения вышеуказанной цели насосное устройство по настоящему изобретению включает турбину, вращаемую паром из парогенератора, турбогенератор, вырабатывающий электроэнергию при вращении турбины, бак возврата конденсата, соединенный с турбиной для сбора отработанного в турбине пара, причем бак возврата конденсата соединен с напорным баком воды с помощью трубки подпиточной воды, расположенной между ними, при этом в магистрали трубки подпиточной воды установлен регулирующий клапан. Парогенератор и напорный бак воды соединены друг с другом трубкой подачи пара под давлением, расположенной между ними, при этом в магистрали трубки подачи пара под давлением установлен регулирующий клапан давления подачи. Также парогенератор и напорный бак воды соединены трубкой подачи воды, расположенной между ними, при этом в магистрали трубки подачи воды установлен регулирующий клапан подачи воды.

Дополнительно настоящее изобретение обеспечивает технологию соединения распылительной трубки хладагента с напорным баком воды, согласно которой распылительная трубка хладагента распыляет хладагент в напорном баке воды.

Преимущества

По настоящему изобретению возможно непрерывно и надежно подавать воду в парогенератор за счет использования давления пара в парогенераторе при выработке как ядерной, так и тепловой энергии.

К тому же при использовании вышеописанной технологии не требуются различные крупногабаритные насосы и паровые конденсаторы, используемые в известных устройствах выработки ядерной и тепловой энергии, тем самым затраты могут быть значительно снижены, а излишние затраты энергии при работе могут быть предотвращены, в результате чего улучшается эффективность и рабочий процесс использования энергии, также могут быть снижены затраты на обслуживание.

Также настоящее изобретение имеет преимущества в том, что полностью предотвращается сброс горячей воды, которая в качестве отходов сливается при выработке ядерной энергии и тепловой энергии, тем самым обеспечивается полезный эффект защиты естественных экосистем.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая конструкцию насосного устройства, использующего пар для подачи воды в энергетическую установку.

Фиг.2 - вид в вертикальном разрезе, иллюстрирующий бак возврата конденсата и напорный бак воды по настоящему изобретению в смонтированном состоянии.

Фиг.3-5 - виды сверху, иллюстрирующие варианты, в которых трубка подпиточной воды входит внутрь бака возврата конденсата по настоящему изобретению.

Фиг.6 - увеличенный вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант, в котором распылительная трубка хладагента установлена в напорном баке воды по настоящему изобретению.

Фиг.7 - вид в вертикальном разрезе, иллюстрирующий вариант, в котором охлаждающая рубашка выполнена в виде двойной стенки с внешней стороны напорного бака воды по настоящему изобретению.

Фиг.8 - увеличенный вид в разрезе, иллюстрирующий вариант, в котором датчик температуры или датчик давления установлен на напорном баке воды по настоящему изобретению.

Лучшие варианты осуществления изобретения

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны более подробно с пояснениями решения проблем, преодолеваемых настоящим изобретением.

Вся техническая конструкция по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения далее будет описана более подробно со ссылкой на приложенные чертежи. Насосное устройство, использующее давление пара для подачи воды в энергоустановку, включает: турбину 20, соединенную с парогенератором 10 паровой трубкой 11; турбогенератор 25, вырабатывающий электроэнергию при вращении турбины 20; бак возврата конденсата 30, соединенный с турбиной 20 конденсатной трубкой 31 и служащий для сбора пара, использованного для вращения турбины 20; напорный бак воды 40, соединенный с баком возврата конденсата 30 трубкой подпиточной воды 32; трубку подачи пара под давлением 50, установленную между парогенератором 10 и напорным баком воды 40; трубку подачи воды 60, установленную между напорным баком воды 40 и парогенератором 10; регулирующий клапан подпиточной воды 70, установленный в магистрали трубки подачи воды 32; регулирующий клапан давления подачи 80, установленный в магистрали трубки подачи пара под давлением 50; и регулирующий клапан подачи воды 90, установленный в магистрали трубки подачи воды 60. Здесь вышеуказанные элементы соединены и взаимодействуют друг с другом известными способами.

Конструктивная схема по настоящему изобретению далее описывается более подробно на примере простейшего варианта осуществления.

Парогенератор 10 по настоящему изобретению генерирует и хранит пар, полученный нагревом воды источником энергии 1, например ядерной энергией от ядерного реактора или энергией от сжигания топлива. Этот парогенератор соединен с турбиной 20, при этом паровая трубка 11 установлена между ними для обеспечения вращения турбины 20, использующей пар от парогенератора 10. Турбогенератор 25, соединенный с турбиной 20, может вырабатывать электроэнергию при вращении турбины 20.

Также турбина 20 соединена с одной стороной бака возврата конденсата 30 с помощью конденсатной трубки 31, установленной между ними, так что весь отработанный в турбине 20 пар собирается в баке возврата конденсата 30 для минимизации потерь энергии.

Другая сторона бака возврата конденсата 30 соединена с напорным баком воды 40 с помощью трубки подпиточной воды 32 для подачи конденсата из бака возврата конденсата 30 в напорный бак воды 40, а водяная трубка 35 с регулировочным клапаном уровня 34, который регулирует количество конденсата, естественно убывающего при работе турбины 20, соединена с внутренним пространством бака возврата конденсата 30.

Между парогенератором 10 и напорным баком воды 40, как показано на фиг.1 и 2, установлена трубка подачи пара под давлением 50. Также, между напорным баком воды 40 и парогенератором 10 установлена трубка подачи воды 60. При такой конструкции возможна подача части пара под давлением из парогенератора 10 в напорный бак воды 40.

Другими словами, в настоящем изобретении используется подача части пара под давлением из парогенератора 10 в напорный бак 40, за счет чего уравнивается давление внутри парогенератора 10 и напорного бака 40, и вода, заполняющая напорный бак 40, за счет этого надежно поступает в парогенератор 10, таким образом нет необходимости использовать дополнительный крупногабаритный насос в вышеописанном процессе.

В магистрали трубки подпиточной воды 32 установлен регулирующий клапан подпиточной воды 70, в магистрали трубки подачи пара под давлением 50 установлен регулирующий клапан давления подачи 80, а в магистрали трубки подачи воды 60 установлен регулирующий клапан подачи воды 90, конструкция которых обеспечивает автоматическое включение и выключение в процессе работы для каждой магистрали выборочно в зависимости от команд контроллера.

Как показано на фиг.2, трубка подпиточной воды 32 по настоящему изобретению может быть соединена одной стороной с напорным баком воды 40 с возможностью протекания по ней воды воды, а ее другая сторона при этом входит внутрь бака возврата конденсата 30 и находится под водой, причем передний конец участка внутри бака возврата конденсата выполнен открытым.

Как показано на фиг.3, трубка подпиточной воды 32 по настоящему изобретению может входить в бак возврата конденсата 30 так, что передний конец ее участка внутри бака возврата конденсата выполнен закрытым, а на внешней поверхности этого участка выполнено множество сопловых отверстий 32а с равным шагом.

Как показано на фиг.4, трубка подпиточной воды 32 может быть вставлена в бак возврата конденсата 30 так, что на переднем конце ее участка внутри бака возврата конденсата установлен переходник 36, при этом переходник 36 соединен с выпускным и всасывающим коллектором 37, передний конец которого выполнен закрытым. Здесь на внешней поверхности выпускного и всасывающего коллектора 37 выполнено множество сопловых отверстий 37а.

Как показано на фиг.5, трубка подпиточной воды 32 может быть вставлена в бак возврата конденсата 30 с установкой на переднем конце ее участка внутри бака возврата конденсата тройника 38, который двумя другими патрубками соединен с выпускным и всасывающим коллектором 39, при этом на внешней поверхности выпускного и всасывающего коллектора 39 выполнено множество сопловых отверстий 39а.

Здесь множество сопловых отверстий 32а, 37а и 39а выполнены с целью предотвращения резкого выпуска пара под давлением для исключения явления флуктуации воды и шума, возникающих при подаче пара под давлением в бак возврата конденсата 30. Когда пар под давлением распределяется и выпускается равномерно внутри бака возврата конденсата 30 через небольшие сопловые отверстия 32а, 37а и 39а, то снижаются флуктуация воды и шум, а также эффективно предотвращается вытекание воды наружу.

Такая конструкция по настоящему изобретению также характеризуется тем, что часть пара под давлением подается в напорный бак воды 40 так, что вода, наполняющая напорный бак воды 40, может надежно подаваться в парогенератор 10. Когда уровень воды в напорном баке воды 40 снижается, вода практически мгновенно добавляется в бак возврата конденсата 30.

Когда регулировочный клапан подпиточной воды 70, установленный в магистрали трубки подпиточной воды 32, открывается, пар под давлением, находящийся в паровом слое 41 напорного бака воды 40, направляется в бак возврата конденсата 30 по трубке подпиточной воды 32, либо, как показано на фиг.3, подается через сопловые отверстия 32а, выполненные на трубке подпиточной воды 32, либо, как показано на фиг.4 и 5, подается через выпускной и всасывающий коллектор 37 и 39.

Дополнительно, т.к. при подаче пара под давлением температура в баке возврата конденсата 30 увеличивается, то температура парового слоя 41 в напорном баке воды 40 снижается, и происходит явление перехода в жидкую фазу. В процессе перехода пара в жидкую фазу происходит сильное разрежение. Поэтому вода из бака возврата конденсата 30 всасывается через трубку подпиточной воды 32 под действием мощной всасывающей силы, образованной разрежением, либо она может всасываться через сопловые отверстия 32а, выполненные на трубке подпиточной воды 32, либо она может всасываться через выпускной и всасывающий коллектор 37 и 39, таким образом вода может автоматически пополнять напорный бак воды 40.

Когда вода в напорном баке воды 40 достигает заданного максимального уровня, регулирующий клапан подпиточной воды 70 автоматически закрывается и подача подпиточной воды прекращается.

Настоящее изобретение имеет преимущества в том, что подача подпиточной воды может осуществляться еще быстрее, если уменьшить время образования разрежения внутри напорного бака воды 40, как показано на фиг.6, когда в верхней части напорного бака воды 40 дополнительно установлена распылительная трубка хладагента 100, вставленная внутрь, при этом на нижней части распылительной трубки хладагента 100 обеспечивается форсунка 101.

Благодаря этому, пар под давлением, заполняющий паровой слой 41 напорного бака воды 40, быстро выпускается в бак возврата конденсата 30, при этом форсунка 101 распылительной трубки хладагента 100 автоматически распыляет хладагент для ускорения перехода пара в жидкую фазу, что позволяет значительно снизить время образования разрежения.

По другому варианту осуществления для еще большего снижения времени образования разрежения внутри напорного бака воды 40, как показано на фиг.7, с внешней стороны напорного бака воды 40 установлена охлаждающая рубашка 110, сформированная двойной стенкой, которая с обеих сторон соединена с трубкой подачи хладагента 112, соответственно. При этом переход в жидкую фазу может быть ускорен за счет теплообменного процесса с хладагентом, подающимся через трубку подачи хладагента 112, который проходит через охлаждающую камеру 111, тем самым время образования разрежения уменьшается дополнительно.

Также настоящее изобретение имеет преимущества в том, что, как показано на фиг.8, в напорном баке воды 40 дополнительно могут быть установлены датчик температуры 120 или датчик давления 125, с помощью которых возможно своевременно распылять хладагент с помощью передачи управляющего сигнала контроллера, когда датчик температуры 120 или датчик давления 125 определит заданное значение, когда пар под давлением, находящийся в паровом слое 41 напорного бака 40, полностью будет выпущен в бак возврата конденсата 30.

Изобретение относится к энергетике. Насосное устройство использует давление пара для подачи воды в парогенератор энергетической установки. Пар под давлением, генерируемый парогенератором, используется в энергетической установке для более быстрой и надежной подачи воды в парогенератор без использования крупногабаритного насоса и конденсатора. Изобретение позволяет значительно снизить стоимость за счет исключения различных крупногабаритных насосов и за счет снижения потребления энергии. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Насосное устройство, использующее давление пара для подачи воды в энергетическую установку, включающее:

турбину (20), соединенную с парогенератором (10) с помощью паровой трубки (11);

турбогенератор (25), вырабатывающий электроэнергию за счет вращения турбины (20);

бак возврата конденсата (30), соединенный с турбиной (20) конденсатной трубкой (31) для сбора пара, использованного для вращения турбины (20);

напорный бак воды (40), соединенный с баком возврата конденсата (30) с помощью трубки подпиточной воды (32);

трубку подачи пара под давлением (50), установленную между парогенератором (10) и напорным баком воды (40);

трубку подачи воды (60), установленную между напорным баком воды (40) и парогенератором (10);

регулирующий клапан подпиточной воды (70), установленный в магистрали трубки подпиточной воды (32);

регулирующий клапан давления подачи (80), установленный в магистрали трубки подачи пара под давлением (50); и

регулирующий клапан подачи воды (90), установленный в магистрали трубки подачи воды (60),

отличающееся тем, что дополнительно включает распылительную трубку хладагента (100), соединенную с внутренним пространством верхней части напорного бака воды (40) для автоматического распыления хладагента, когда пар под давлением в паровом слое (41) напорного бака воды (40) выпускается в бак возврата конденсата (30).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка подпиточной воды (32) установлена таким образом, что с одной стороны она соединена с верхней частью напорного бака воды (40), а с другой стороны входит внутрь бака возврата конденсата (30), причем передний конец ее участка, входящего внутрь бака возврата конденсата, выполнен открытым.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка подпиточной воды (32) установлена таким образом, что с одной стороны она соединена с верхней частью напорного бака воды (40), а с другой стороны входит внутрь бака возврата конденсата (30), при этом передний конец ее участка, входящего внутрь бака возврата конденсата, выполнен закрытым, а на внешней поверхности этого участка выполнено множество сопловых отверстий (32а).

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка подпиточной воды (32) установлена таким образом, что с одной стороны она соединена с верхней частью напорного бака воды (40), а с другой стороны входит внутрь бака возврата конденсата (30), при этом имеется выпускной и всасывающий коллектор (37), передний конец которого закрыт, а другой конец которого соединен с переходником (36), установленным на переднем конце участка трубки подпиточной воды, входящей внутрь бака возврата конденсата, причем на внешней поверхности выпускного и всасывающего коллектора (37) выполнено множество сопловых отверстий (37а).

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка подпиточной воды (32) установлена таким образом, что с одной стороны она соединена с верхней частью напорного бака воды (40), а с другой стороны входит внутрь бака возврата конденсата (30), при этом передний конец участка трубки подпиточной воды, входящей внутрь бака возврата конденсата, соединен с тройником (38), два других патрубка которого соединены с выпускным и всасывающим коллектором (39), на внешней поверхности которого выполнено множество сопловых отверстий (39а).

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно включает охлаждающую рубашку (110) с охлаждающей камерой (111), которая выполнена за счет двойной стенки с внешней стороны напорного бака воды (40), при этом охлаждающая рубашка (110) с двух сторон соединена с трубкой подачи хладагента (112).

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно включает датчик температуры (120) или датчик давления (125), установленный на напорном баке воды 40.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что парогенератор 10 выполнен с возможностью генерирования пара за счет нагрева воды с использованием источника энергии (1) в виде источника ядерной или тепловой энергии.