Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10665
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_423662.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=423662&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB423662A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявления: 6 июля 1933 года.
№ 19183/33.
423,662 Полная спецификация слева: 30 мая 1934 г.
Полная спецификация принята: 6 февраля 1935 г.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Усовершенствования в отношении установок генерации ртутных паров. Мы, КАР Лу БАУМАНН из
Нортвудхауса, Барнфилд, Манчестер, графство Ланкастер, АЛЬБЕРТ СТАББС из Райлстона, 390, Уилбрахам
Роуд, Чорлтонкум-Харди, Манчестер, графство Ланкастер, оба подданные короля Великобритании, и
АССОЦИИРОВАННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ЛИМИТЕД из Краун Хаус, Олдвич,
Вестминстер, британская компания, настоящим заявляем, что суть данного изобретения заключается в
следующем: Изобретение относится к ртутным котлам и имеет одной из своих целей создание улучшенной
конструкции котла, в которой количество ртути, необходимое для успешной работы котла, значительно
меньше, чем было необходимо в известных котлах той же парообразующей мощности. Изобретение также
относится к генераторным установкам, работающим по бинарному жидкостному циклу для генерации паров
ртути, которые после совершения работы в турбине или другом первичном двигателе передаются в
Конденсатор, в котором ртуть передает скрытую теплоту конденсации воде или другой низкотемпературной
среде, циркулирующей в ней в качестве охлаждающей среды, для испарения этой среды, так что пар или
другой пар, в свою очередь, может быть использован для выполнения работы, не контактируя с ртутью.
Другие цели изобретения заключаются в создании улучшенных конструкций и улучшенного расположения
различных составляющих элементов бинарной установки для генерации жидкости, так что количество ртути,
необходимое для установки, сводится к минимуму, в то время как эффективность установки значительно
выше, чем это было возможно ранее в подобных установках, при этом расположение позволяет эффективно
использовать практически всю теплоту печи и продукты сгорания.
В ранее использовавшихся ртутных котлах для топки в основном применялось измельченное топливо, а
сгорание происходило при давлении, близком к атмосферному. В таких котлах требовалась сравнительно
большая камера сгорания со стенками, охлаждаемыми воздухом или водой, и для уменьшения количества
ртути, необходимой для таких котлов, конструкция барабана котла и циркуляционных труб, контактирующих с
топочными газами, представляла определенные трудности. Для экономии ртути стенки ртути,
контактирующие с нагревательной поверхностью, должны быть достаточно тонкими, а при использовании
труб круглого сечения с очень малым диаметром длина труб должна быть короткой, чтобы поддерживать
естественную циркуляцию с достаточно высокой скоростью.
Использовались трубки типа «Филд» общей длиной около 5-6 футов, однако такое ограничение по длине
трубок препятствовало их применению для охлаждения стенок печи ртутным теплоносителем, где
требовалось охлаждение более чем на 6 футов ниже уровня котла, а в случаях, когда требовалось
охлаждение до уровня примерно в 15 футов ниже уровня котла, приходилось прибегать к менее
эффективному водяному охлаждению стенок печи.
Согласно изобретению, горение в ртутном котле происходит при давлении, значительно превышающем
атмосферное. При такой конструкции камера сгорания может быть относительно небольшой, так что ее стенки
могут охлаждаться ртутью; Таким образом, для котла требуется лишь относительно небольшое количество
ртути. Ртутный котел может работать на мазуте, газе или другом подходящем топливе, подаваемом под
давлением, превышающим давление сгорания, а воздух для сгорания может подаваться в горелку под
соответствующим давлением с помощью воздушного компрессора, который может приводиться в движение
газовой турбиной, получающей рабочую жидкость из продуктов сгорания, выходящих из ртутного котла.
Топливо также может подаваться компрессором или насосом, приводимым в движение газовой турбиной,
которая получает продукты сгорания, выходящие из котла. Выхлопные газы могут использоваться перед
подачей в газовую турбину для передачи тепла жидкой ртути, подаваемой в ртутный котел, а когда котел
используется в составе двухфазной жидкостной установки, газы перед подачей в газовую турбину могут также
передавать часть своего тепла одному или нескольким элементам пароперегревателя, через которые
проходит пар или другой пар цикла. Жидкортутный нагреватель или экономайзер и элемент или элементы
пароперегревателя для Пар или другой парообразный продукт может подаваться параллельно по
газопроводу от ртутного котла к газовой турбине, или же они могут подаваться последовательно по этому же
газопроводу таким образом, чтобы один из них контактировал с более горячими продуктами сгорания,
выходящими из ртутного котла. После выполнения работы в выхлопной газовой турбине продукты сгорания,
поступая в дымовую трубу, при желании могут быть использованы для нагрева сжатого воздуха для сгорания,
подаваемого в масляную горелку, но обычно температура воздуха, подаваемого компрессором, делает такой
нагрев ненужным или практически неэффективным.
Газы, выходящие из газовой турбины, также могут быть с успехом использованы для нагрева питательной
воды или другой жидкости, подаваемой в парогенератор или другой парогенератор, составляющий другую
часть бинарного жидкостного цикла. Давление воды в этом газонагреваемом подогревателе питательной
воды может быть значительно ниже давления, соответствующего температуре насыщения, при которой в
конечном итоге будет получен пар, из-за ограничения температуры газов из выхлопной трубы газовой
турбины.
Пары ртути, испаряющиеся в ртутном котле, могут подаваться в ртутную турбину или другой первичный
двигатель, а на выходе из этого первичного двигателя пары поступают в ртутный конденсатор, охлаждающей
средой которого является другая жидкость бинарного гидродинамического цикла.
Предпочтительно, пары ртути охлаждаются водой, которая, в свою очередь, испаряется, а полученный пар
удобно подается в паровую турбину или другое паропотребляющее устройство. Жидкая ртуть,
сконденсированная в конденсаторе, может проходить через нагреватель жидкой ртути и, таким образом,
возвращаться в ртутный котел. Разместив ртутный конденсатор над ртутным котлом, жидкая ртуть будет
возвращаться в котел под действием силы тяжести, и необходимость в питательных насосах отпадает. В
качестве альтернативы, ртутный конденсатор может быть расположен на таком уровне относительно ртутного
котла, что для перекачки ртути из конденсатора в котел может потребоваться насос.
Пар или другой пар, образующийся при охлаждении жидкой ртути, поступает в вышеупомянутый
пароперегреватель и подается в турбину или другой первичный двигатель. Пар, отходящий от паровой
турбины, предпочтительно поступает в конденсационный резервуар, откуда он может быть отведён и
подаётся через соответствующий подогреватель питательной воды, расположенный на пути продуктов
сгорания ртутного котла, предпочтительно после того, как эти газы будут отведены из выхлопной газовой
турбины.
Дополнительные подогреватели питательной воды могут быть установлены в контуре конденсата между
пароконденсатором и парогенератором или ртутным конденсатором, либо до, либо после, либо и до, и после
прохождения сконденсированного пара через подогреватель питательной воды, нагреваемый продуктами
сгорания. Эти дополнительные подогреватели питательной воды могут нагреваться паром и удобно
снабжаются паром, отбираемым из паровой турбины на различных ее ступенях. При необходимости в контур
конденсата могут быть установлены насосы для отвода конденсата из пароконденсатора, а также для подачи
питательной воды в парогенератор, находящийся в поднятом положении против давления в нем. При
реализации изобретения ртутный котел, подогреватель жидкой ртути и пароперегреватель могут быть удобно
выполнены в виде единого несколько вытянутого цилиндрического барабана, причем общая камера
расположена на одном из его концов. В качестве альтернативы, барабан может быть построен из множества
коротких цилиндрических секций, сваренных вместе или соединенных парами фланцев, причем последнее
расположение обеспечивает большую продольную гибкость. Продукты сгорания под давлением могут
проходить через теплопоглощающие части котла, жидкортутный нагреватель и пароперегреватель. Выходной
конец барабана может быть напрямую соединен с входным трубопроводом газовой турбины, при этом газы,
отходящие от этой турбины, проходят по соответствующему трубопроводу в дымоход.
Один из вариантов ртутного котла согласно изобретению включает горизонтально расположенный наружный
цилиндрический кожух и внутренний цилиндрический кожух, внутренний диаметр которого лишь немного
меньше внутреннего диаметра наружного кожуха. Камера сгорания расположена внутри внутреннего кожуха, а
пространство между двумя кожухами 115 заполнено ртутью и служит, главным образом, водоотводным
каналом для ртути во время ее циркуляции внутри котла.
В небольшой степени эта ртутная стенка между двумя оболочками будет обеспечивать охлаждение стенок
печи. Циркуляционные трубки для ртути расположены внутри внутренней оболочки, сообщаясь между
верхней и нижней частями пространства между оболочками; эти трубки проходят через нагревательное
пространство от его дна до верха. Трубки сконструированы таким образом, чтобы иметь большую
нагревательную поверхность по отношению к их площади поперечного сечения, так что максимальный
тепловой эффект достигается при минимальном количестве ртути, но в то же время площади поперечного
сечения трубок, а также пространство между внутренней и внешней оболочками котла поддерживаются
достаточно большими, чтобы обеспечить практически свободную естественную циркуляцию ртути. Благодаря
использованию сгорания под давлением, нагревательная поверхность котла поглощает тепло с большей
скоростью, чем при естественной циркуляции и сгорании при практически атмосферном давлении. Трубки
изогнуты в продольном направлении и расположены таким образом, чтобы практически равномерно
покрывать площадь поперечного сечения внутренней оболочки, и подпружинены в нужном положении внутри
внутреннего котла. Корпус, концы труб привариваются к этому корпусу. Эта сварка производится до того, как
внутренний корпус будет вставлен во внешний. Некоторые из труб расположены внутри нагревательного
пространства котла близко к внутренней стенке внутреннего корпуса таким образом, что сплошная стенка из
труб проходит по всей длине корпуса. Эта стенка из труб служит для защиты корпуса от прямого лучистого
тепла топки и дымовых газов, а трубы образуют стояки для ртути, при этом пространство между внутренним и
внешним корпусами образует нисходящий трубопровод для ртути.
Камера сгорания простирается от одного конца внутреннего кожуха примерно на одну треть его длины, и в
этой части ртуть циркулирует только вниз по пространству между двумя кожухами и вверх по стенкам труб.
Оставшаяся часть котла практически полностью заполнена трубами по всему поперечному сечению,
расстояние между трубами достаточно лишь для обеспечения практически свободного прохождения дымовых
газов.
При описанной выше конструкции трубок, часть внутренней оболочки, в которой просверлены отверстия для
трубок, будет эффективно охлаждаться благодаря относительно большой площади поверхности,
контактирующей с дымовыми газами благодаря трубкам в их практически прямых концевых участках. Таким
образом, теплопоглощающая поверхность, как правило, концентрируется в верхней и нижней частях
нагревательной камеры, в то время как верхняя и нижняя части внутренней оболочки, где трубки крепятся к
оболочке, остаются относительно холодными. Если требуется дополнительное охлаждение внутренней
оболочки в этих точках, между трубками на их концах можно ввести огнеупорный материал.
Для уменьшения количества ртути, необходимой в котловых трубах, они имеют относительно небольшую
площадь поперечного сечения.
Такое малое поперечное сечение может быть получено либо путем использования трубки малого диаметра,
либо, если используется трубка большого диаметра, путем сплющивания трубки по большей части ее длины.
Такое сплющивание не только уменьшает внутренний объем трубок, но и увеличивает их гибкость. Трубки
предпочтительно сплющиваются таким образом, чтобы обеспечить максимальную гибкость изгиба, т.е.
главная ось поперечного сечения трубки должна быть перпендикулярна плоскости изогнутой трубки, чтобы
напряжения расширения трубок в рабочих условиях могли без труда восприниматься. Это сплющивание
также позволяет легче устанавливать трубки в нужное положение во время сборки котла. Стенки сплющенных
трубок должны быть достаточно толстыми, чтобы обеспечить сохранение площади поперечного сечения при
всех рабочих условиях. Однако большая толщина не является необходимой даже при высокой температуре
кипения ртути, благодаря ее низкому давлению кипения. Кроме того, из-за использования сгорания под
давлением в котле, давление стремится изменить поперечное сечение. Разница давлений внутри трубки и
снаружи трубки, представляющая собой перепад давления, существенно низка и может составлять,
например, порядка 80 фунтов.
на квадратный дюйм только тогда, когда давление в топочной камере составляет 60 фунтов на квадратный
дюйм абсолютного давления, а давление кипящей ртути-95 составляет около 140 фунтов на квадратный дюйм
абсолютного давления.
Если сплющивание труб и/или возникающее давление могут привести к изменению их формы, трубы могут
быть усилены ребрами жесткости, расположенными внутри них и проходящими вдоль главной оси. Такие
ребра жесткости могут представлять собой металлические полосы подходящей ширины, и они могут быть
пробиты для обеспечения соединения между двумя сторонами трубы. Пробитые отверстия также могут
использоваться для обеспечения зазора вдоль малой оси трубы.
Ребра жесткости удобно вставлять в трубы после того, как они будут сплющены по всей длине. Они могут
располагаться в центральных частях труб, а концевые части затем сворачиваются в круглое сечение для
подготовки к сварке в круглые отверстия во внутренней оболочке. Изгиб труб в дугообразную форму удобно
осуществлять после того, как концевые части свернуты в круглую форму.
Благодаря циркуляции ртути по трубкам диаметром 120 мм на концах, где они приварены к внутренней
оболочке, облегчается вход и выход ртути из трубок. Прохождение ртути может быть дополнительно
облегчено за счет увеличения зазора между внутренней и внешней оболочками в области, где во внутренней
оболочке просверлены отверстия для размещения концов трубок.
Внутренний и внешний кожухи котла, которые 130 423,662 могут иметь диаметр порядка семи или восьми
футов и быть изготовлены из кованой стали, могут иметь длину восемнадцать футов и толщину около двух и
трех дюймов соответственно. Внутренний кожух не подвергается тем же давлениям, что и внешний, и поэтому
может иметь несколько более тонкие стенки, чем внешний, несмотря на то, что в его верхней и нижней частях
просверлены отверстия для размещения концов циркуляционных трубок. Хотя внутренний кожух
подвергается более высоким температурам, чем внешний, а также давлению трубок, он подвергается гораздо
меньшему давлению рабочей жидкости благодаря давлению воздуха, поддерживаемому в камере сгорания.
Предпочтительно, чтобы внешняя поверхность внутреннего кожуха и внутренняя поверхность внешнего
кожуха были обработаны таким образом, чтобы кольцевое пространство между ними имело практически
одинаковую толщину, например, около четверти дюйма. Таким образом, достигается практически точная
толщина ртути по всей длине котла. Такая обработка кожухов влечет за собой большие затраты при
изготовлении котла, но эти затраты Компенсация достигается за счет экономии количества необходимой
ртути. Прокладки на внутренней поверхности наружной оболочки и/или на внешней поверхности внутренней
оболочки предпочтительно оставляют выступающими во время механической обработки, чтобы обеспечить
опору для внутренней оболочки и облегчить ее направление во наружную оболочку. Такие прокладки
предпочтительно располагаются по всей окружности оболочек и имеют зазоры по всей длине для
обеспечения сообщения между различными секциями и обеспечения циркуляции ртути вдоль котла, если
может возникнуть тенденция к неравномерной циркуляции. Между прокладками и оболочками предусмотрен
небольшой зазор, чтобы избежать чрезмерных напряжений, когда внутренняя оболочка нагревается быстрее,
чем наружная.
В альтернативном варианте конструкции корпуса котла внутренний и внешний корпуса могут быть выкованы
ступенчато, при этом последовательные отрезки каждого корпуса длиной около трех футов увеличиваются в
диаметре на величину, равную удвоенной толщине пространства между корпусами.
Примерно полдюйма. Ступенчатые участки расположены таким образом, что при сборке двух оболочек
короткий отрезок на конце каждого ступенчатого участка на внешней стороне внутренней оболочки совпадает
с соответствующим коротким отрезком на внутренней стороне внешней оболочки.
Концы внутренней и внешней оболочек соединены между собой, чтобы закрыть пространство между ними на
каждом конце. Предпочтительно на одном конце каждая оболочка имеет выступающий наружу поперечный
фланец, и эти фланцы могут быть обработаны таким образом, чтобы плотно прилегать друг к другу на
значительной части своих внешних периферий. Фланцы предпочтительно сварены между собой по внешним
перифериям и могут быть дополнительно скреплены болтами. Фланцы удобно расположены на конце котла,
выходящем в камеру сгорания, который в случае ступенчатой формы оболочек котла предпочтительно
находится на большем конце, и этот конец может быть закрыт круглой пластиной, закрепленной на фланцах.
Удобно, что эта пластина крепится к фланцам оболочки болтами 80, закрепленными на ней и опирающимися
на другом конце на кольцевой элемент, зацепляющийся с противоположной стороной фланцев. Эти болты
могут использоваться для облегчения скрепления фланцев оболочки. Выходной конец дымохода внутренней
оболочки предпочтительно приварен к концу внешней оболочки вдоль совпадающих внутренних поверхностей
этих пластин. Внешняя оболочка может быть выполнена с выступающим наружу фланцем под углом 90
градусов, к которому можно присоединить жидкортутный нагреватель и/или пароперегреватель, образуя его
продолжение.
Закрывающая пластина со стороны камеры сгорания котла может быть выпуклой как наружу, так и внутрь, и
снабжена, предпочтительно в центре, куполообразной частью, в которой размещена газовая или другая
подходящая горелка. В пластине также предусмотрены воздухозаборные каналы вторичного воздуха, через
которые воздух для сгорания может подаваться под давлением от воздушного компрессора, и эти
воздухозаборники предпочтительно расположены таким образом, чтобы равномерно распределять воздух
для сгорания по камере сгорания и, таким образом, поддерживать охлаждение всей головки камеры сгорания.
При желании головку можно дополнительно защитить от лучистого тепла топки, расположив некоторые из
труб котла таким образом, чтобы обеспечить теплопоглощающую поверхность вблизи горящей головки.
Купол, в котором размещена горелка, и воздухозаборные каналы могут быть приварены к закрывающей
пластине.
Котел может быть снабжен одним или несколькими входными коллекторами для сконденсированной ртути,
возвращаемой в него из конденсатора, и в одном из конструктивных вариантов эти 120 коллекторов
представляют собой трубы, имеющие в основном полукруглое сечение и приваренные вдоль их продольных
кромок к внешней поверхности внешней оболочки котла. Сообщение между коллекторами и пространством
125 между внутренней и внешней оболочками обеспечивается путем проделывания отверстий во внешней
оболочке внутри пространства, заключенного в коллекторах. Коллекторы могут быть закрыты со стороны
камеры сгорания котла 130 423,662 пластинами соответствующей формы, приваренными по периметру к
коллекторам и к внешней оболочке. Другие концы таких коллекторов предпочтительно соединены
непосредственно с выходными отверстиями коллекторов для сконденсированной ртути.
Котел также снабжен ртутным паропроводом, который может быть приварен к верхней части внешней
оболочки котла. Этот паропровод, который предпочтительно проходит по всей длине котла и может быть
значительно больше входных патрубков, также имеет в основном полукруглое сечение и приварен к внешней
стороне внешней оболочки в ее верхней части вдоль ее продольных сторон.
В наружной оболочке, в пространстве под коллектором, предусмотрено несколько отверстий для обеспечения
связи последнего с ртутным пространством котла.
Предпочтительно, чтобы коллектор для паров ртути простирался вбок над областью в верхней части котла,
покрывая все верхние концы циркуляционных трубок ртути, и удобно, чтобы была предусмотрена пара
входных коллекторов для ртути. Эти коллекторы расположены ниже коллектора для паров ртути и
предпочтительно расположены по обе стороны от него таким образом, чтобы подавать сконденсированную
ртуть из ртутного нагревателя или экономайзера в нисходящие трубы котла, то есть в пространство между
внутренней и внешней цилиндрическими оболочками.
Поскольку подаваемая жидкая ртуть относительно холодная (ее температура может быть ниже точки кипения
ртути), это в некоторой степени способствует усилению естественной циркуляции ртути внутри котла.
Вместо сверления круглых отверстий во внешней оболочке для обеспечения сообщения между ртутным
пространством котла и коллекторами подачи конденсированной ртути, а также коллектором ртутного пара, во
внешней оболочке можно сделать кольцевые прорези, которые затем можно расширить наружу. Такая
альтернативная конструкция не ослабляет оболочку так, как это делают сверления отверстий, поскольку
практически весь металл оболочки сохраняется. Кроме того, расположение металла способствует
сохранению первоначальной прочности внешней оболочки по окружности.
В альтернативном варианте коллектора, который более конкретно применим к конструкции коллектора для
ртутных паров, наружный корпус котла выковывается, образуя купол, простирающийся почти до каждого
конца корпуса. Купол может быть усилен ребрами жесткости или ребрами, закрепленными, предпочтительно
сваркой, снаружи и/или внутри купола. Внутренние ребра вызывают меньшее напряжение в корпусе из-за
разницы температур, которой подвергается корпус, поскольку они нагреваются одновременно с корпусом в
той же степени, и поэтому предпочтительнее внешних ребер. Там, где используются внутренние ребра, в
ребрах предусмотрены отверстия, или части их периферии вырезаны для обеспечения беспрепятственного
сообщения между обеими сторонами каждого ребра. 70 Ртутный нагреватель с конденсацией или ртутный
экономайзер может быть сконструирован примерно так же, как ртутный котел, так что емкость нагревателя
для ртути относительно невелика, а 75 емкость для теплоносителя относительно велика. В предпочтительном
варианте ртутного экономайзера нагревательная поверхность обеспечивается множеством соединенных
трубок. на своих концах соответственно к входному и выходному коллекторам 80 и проходят параллельно
через цилиндрический кожух, через который могут проходить дымовые газы, выходящие из ртутного котла.
Кожух экономайзера удобно изготавливается из стальной пластины 85, свернутой в цилиндрическую форму,
по существу того же диаметра, что и внешний кожух котла. Предпочтительно, кожух имеет на одном конце
поперечный фланец, благодаря чему он может быть герметично закреплен 90 к фланцу на выходе дымовых
газов из внешнего кожуха котла. Циркуляционные трубки для жидкой ртути могут быть свернуты в практически
плотную плоскую спираль, при этом один конец трубки выступает 95 практически радиально наружу от
внутреннего конца спирали, а другой конец трубки выступает от ее внешнего конца на той же или
противоположной стороне свернутой трубки, по существу диаметром 100 метров в противоположном
направлении по спирали. Сворачивая трубки в спиральную форму, площадь поперечного сечения
цилиндрического кожуха может быть удобно заполнена, а концы трубок входят и выходят из спиралей. и,
проходя радиально и диаметрально поперек спиралей, удобно действуют как разделители между соседними
спиралями. В одном из вариантов конструкции экономайзера выступающие концы трубок приварены к
расположенным напротив друг друга рядам отверстий, проходящих продольно в цилиндрическом корпусе.
Удобно предусмотрено четыре таких ряда отверстий, равномерно расположенных по окружности корпуса,
противоположные концы одной трубки закреплены в отверстиях двух диаметрально противоположных рядов,
а противоположные концы соседних трубок закреплены в отверстиях двух других рядов. Внешние стороны
этих рядов отверстий заключены в четыре коллектора, которые могут быть в основном аналогичны описанным
выше коллекторам полукруглого сечения в связи с ртутным котлом и приварены по краям к внешней стороне
цилиндрического корпуса. Два нижних коллектора представляют собой входные коллекторы для
конденсированной ртути, а два верхних — выходные коллекторы. В предпочтительной конструкции верхние
коллекторы расположены в Они выравниваются с входными коллекторами ртутного котла и привариваются к
ним на своих смежных концах. Такая конструкция минимизирует количество соединений, и, следовательно,
уменьшаются и потенциальные источники утечки ртути. В качестве альтернативного варианта,
соприкасающийся конец внешней оболочки котла и оболочки экономайзера может быть сварен вместе без
использования фланцев, а выходные коллекторы экономайзера и входные коллекторы котла могут быть
изготовлены из цельных пластин, прокатанных до практически полукруглого поперечного сечения и
приваренных вдоль продольных кромок как к оболочке котла, так и к оболочке экономайзера.
В другом варианте конструкции ртутного экономайзера :20 концы трубок могут проходить через отверстия в
цилиндрическом корпусе на небольшое расстояние, где они могут быть закреплены в цилиндрических или
трубчатых коллекторах, расположенных на некотором расстоянии от корпуса.
В местах прохождения труб через корпус экономайзера они свариваются герметичным способом. Для
обеспечения гибкости соединений труб между коллекторами и корпусом экономайзера трубы могут быть
изогнуты поперечно в своих участках между корпусом экономайзера и коллекторами.
Поскольку оболочка экономайзера является продолжением стенки печи и подвергается внутреннему
воздействию давления сгорания, предпочтительно, чтобы она имела описанную выше цилиндрическую
форму. Трубки экономайзера могут иметь круглое сечение, в этом случае они предпочтительно имеют
относительно небольшой диаметр, чтобы свести к минимуму количество ртути, или они могут быть сплющены
тем же способом, что описан выше в связи с трубками ртутного котла. Сплющивание предпочтительно
осуществляется в направлении, перпендикулярном оси спирали, чтобы обеспечить максимальную гибкость
спирали и уменьшить сопротивление факельному горению топочных газов. Сплющенные трубки могут быть
усилены распорками, расположенными поперек их главных осей, как это предлагается в связи с трубками
котла. Такие распорки могут проходить по всей длине спирали или могут быть ограничены только наиболее
горячими участками. Свободная циркуляция ртути в трубках экономайзера не затрудняется ребрами
жесткости в той же степени, как в трубках котла, поскольку циркуляция ртути в экономайзере имеет
принудительный характер, тогда как в котле циркуляция Вместо сварки секции экономайзера к секции котла
эти узлы могут быть скреплены болтами в местах соприкосновения поперечных фланцев; такая конструкция
обеспечивает определенную степень гибкости между секциями. Такое расположение не представляет особых
трудностей в изготовлении, поскольку при сборке необходимо лишь обеспечить газонепроницаемое
соединение 70 между двумя частями.
Пароперегреватель может иметь существенно схожую конструкцию с ртутным экономайзером и может быть
соединен аналогичным образом с концом ртутного экономайзера или между этим экономайзером и ртутным
котлом либо сваркой и/или болтами, как предлагается в случае экономайзера, либо любым другим
подходящим способом. Однако в пароперегревателе нет необходимости выравнивать спиральные трубки,
поскольку не требуется учитывать экономию количества рабочей среды. В качестве альтернативы
пароперегреватель может быть расположен внутри корпуса ртутного экономайзера, при этом чередующиеся
спиральные трубки соединены своими концами с одной и той же парой коллекторов, одна пара которых
служит для входа и выхода жидкой ртути, а другая пара — для входа и выхода пара.
Узел, включающий ртутный котел, ртутный экономайзер и пароперегреватель, предпочтительно свободно
установлен на нескольких горизонтально расположенных опорах. Один конец узла может быть закреплен, так
что цилиндрические оболочки могут скользить в продольном направлении в опорах, снимая продольные
напряжения I 00, которые могут возникать.
Выходной конец цилиндрического корпуса пароперегревателя может быть соединен с широким концом
сужающегося трубопровода, который, в свою очередь, соединен с газовой турбиной любой подходящей
формы.
Пароконденсаторный агрегат с ртутным теплообменником может иметь любую желаемую форму, при этом
вход ртути к нему соединен с выходом ртутной турбины. Предпочтительно, чтобы все соединения между
различными трубопроводами для ртути были сварены, чтобы минимизировать риск утечки, таким образом,
ртутный контур полностью замкнут, и ртуть не теряется во время работы установки.
Станет очевидно, что электростанция, построенная и сконструированная, как описано выше, будет работать с
очень высокой степенью эффективности, и в то же время количество необходимого количества ртути будет
сведено к минимуму.
Конструкция и расположение различных составных частей описанной выше электростанции могут быть
значительно изменены в рамках изобретения, при этом изобретение предусматривает применение сжигания
под давлением к различным типам ртутных котлов, помимо тех, которые описаны в частности. 130 423,662
Дата: 6 июля 1933 г.
A S CACHEEMAILLE.
Дипломированный патентный поверенный, Норфолк-стрит, Стрэнд, 2, Лондон, Западная Колумбия.
Представитель заявителей.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Усовершенствования в отношении установок генерации ртутных паров. Мы, Карл Баум Акс Н., из
Нортвудхауса, Барнфилд, Урмстон, графство Ланкастер, Альберт Стиббс, из Райлстона, 390, Уилбрахам
Роуд, Чорлтонкум-Хирди, Манчестер, графство Ланкастер, оба подданные короля Великобритании, и
компания ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, из Краун Хаус, Олдвич, город Вестминстер,
британская компания, настоящим заявляем, что характер данного изобретения и способ его осуществления
будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении: Изобретение относится к ртутным котлам и
имеет одной из своих целей обеспечение улучшенной конструкции котла, в котором количество ртути,
необходимое для успешной работы котла, значительно меньше, чем было необходимо в известных котлах той
же парообразующей мощности. Изобретение применимо к генерирующим установкам, работающим на
бинарном жидкостном цикле для генерации Пары ртути, которые после совершения работы в турбине или
другом первичном двигателе поступают в конденсатор, где передают свою скрытую теплоту испарения воде
или другой низкотемпературной среде, циркулирующей в ней в качестве охлаждающей среды, для испарения
этой среды, так что образующийся пар или другой пар, в свою очередь, может быть использован для
совершения работы, не вступая в контакт с ртутью. Другие цели изобретения заключаются в создании
улучшенных конструкций и улучшенном расположении различных компонентов.
элементы установки для генерации бинарных жидкостей, так чтобы количество ртути, необходимое для
работы установки, было минимальным.
При этом эффективность установки значительно выше, чем это было возможно ранее на подобных
предприятиях, поскольку данная конструкция позволяет эффективно использовать практически все тепло
печи и продукты сгорания.
В ранее использовавшихся ртутных котлах.
Для топки печей в основном использовалось измельченное топливо, а горение происходило при температуре,
близкой к атмосферной. В таких котлах, следовательно, требовалась сравнительно большая камера сгорания
со стенками, охлаждаемыми воздухом или водой, и для уменьшения количества ртути, необходимой для
таких котлов, конструкция барабана котла и циркуляционных труб, контактирующих с топочными газами,
представляла некоторые трудности. Для экономии ртути стенки ртути, контактирующие с нагревательной
поверхностью, должны быть сравнительно тонкими, и при использовании труб круглого сечения с довольно
малым диаметром, длина труб должна быть короткой, чтобы поддерживать естественную циркуляцию с
достаточно высокой скоростью. Использовались трубы типа «Филд» общей длиной около 5-6 футов, но такое
ограничение длины труб не позволяло использовать их для ртутного охлаждения стенок печей, где было
желательно охлаждать более чем на 6 футов ниже самого котла и где охлаждение до точки, расположенной
примерно на 15 футов ниже самого котла. Однако, несмотря на желательную необходимость, пришлось
прибегнуть к менее эффективному водяному охлаждению стенок печи. 80 Согласно изобретению, горение в
ртутном котле организовано таким образом, чтобы происходить при давлении, значительно превышающем
атмосферное. При такой организации камера сгорания 85 может быть относительно небольшой, так что ее
стенки могут охлаждаться ртутью без чрезмерного увеличения количества ртути, необходимого для котла.
Ртутный котел может работать на 90 мазуте, газе или другой подходящей горелке, при этом топливо подается
под давлением, превышающим давление сгорания, а воздух для сгорания может подаваться к горелке под
подходящим давлением воздушным компрессором 95, который может удобно приводиться в движение
газовой турбиной, получающей рабочую жидкость из продуктов сгорания, выходящих из ртутного котла.
Топливо также может подаваться компрессором или насосом, приводимым в движение 100 газовой турбиной,
которая получает продукты сгорания, выходящие из котла.
Для более ясного понимания изобретения следует обратиться к прилагаемым чертежам, на которых, на фиг.
1, схематически показана компоновка установки для производства бинарных жидкостей с использованием
ртутного котла в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 представлен вид с торца, частично в поперечном сечении 423662 одного из типов ртутных котлов,
изготовленных в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе и в проекции, демонстрирующий другой тип ртутного котла,
сконструированного в соответствии с изобретением.
Рис. 4 представляет собой поперечное сечение по линии ITV-IV на рис. 3.
На рис. 5 представлен вид, аналогичный рис. 3, демонстрирующий альтернативную конструкцию.
На рис. 6 представлен частичный поперечный разрез, демонстрирующий один из способов конструкции торца
котла.
На рис. 7 представлен вид, аналогичный рис. 6, демонстрирующий альтернативную конструкцию.
На рис. 8 представлен продольный разрез котла, демонстрирующий расположение внешних ребер,
поддерживающих часть внешней оболочки.
Рис. 9 представляет собой поперечное сечение по линии IX-IX на рис. 8.
На рис. 10 представлен вид, аналогичный рис. 9, демонстрирующий альтернативную конструкцию, в которой
предусмотрены внутренние ребра.
На фиг. 11 представлен поперечный разрез экономайзера или нагревателя, предназначенного для
использования с ртутным котлом в соответствии с настоящим изобретением.
На рис. 12 представлен аналогичный вид, демонстрирующий модификацию.
Прежде всего, обратимся к рис. 1. На нем показан ртутный котел 1, нагреваемый масляной горелкой 2 и
имеющий воздухопровод 3, давление воздуха поддерживается компрессором 4.
Отработанные газы из камеры сгорания ртутного котла 1 проходят через дымоход 5 в дымовую трубу;
дымоход 5 может содержать газовую турбину 6, механически соединенную с воздушным компрессором 4.
Пары ртути из котла 1 используются для привода турбины 7, отработанные газы которой проходят через
теплообменник 8, затем через ртутный нагреватель 9 или экономайзер и оттуда обратно в ртутный котел 1.
В теплообменнике 8 тепло передается от паров ртути в ртутном контуре к воде в паровом контуре, благодаря
чему достигается двойной эффект: конденсация ртути и образование пара.
Пар из теплообменника 8 проходит через пароперегреватель 9a к паровой турбине 10, отработанный пар
которой поступает в конденсатор 11. Конденсат из конденсатора проходит через подогреватель питательной
среды 12, нагретый паром от турбины 10, экономайзера 13, насоса подачи воды 6014 и пароподогревателей
15 и 16, в теплообменник 8.
В некоторых случаях может быть целесообразно предусмотреть теплообмен между отходящими газами в
дымоходе-5 и воздухом, подаваемым по воздуховоду 3; однако обычно в этом нет необходимости.
Давление воды в подогревателе питательной среды 13 может быть значительно ниже давления,
соответствующего температуре насыщения, при которой в конечном итоге будет получен пар, из-за
ограничения температуры газов в отходящих газах. Из-за высокой удельной плотности жидкой ртути в
некоторых случаях может потребоваться перекачивать ртуть из теплообменника 8 в котел 1. Однако
необходимости в насосе можно избежать, расположив теплообменник S на более высоком уровне, чем котел
1, так что ртуть будет поступать из теплообменника 80 в котел под действием силы тяжести.
Ртутный котел 1, жидкортутный ртутный нагреватель 9 и пароперегреватель 9a могут быть удобно выполнены
в виде единого несколько вытянутого цилиндрического барабана 85, камера сгорания которого расположена
на одном из его концов. В качестве альтернативы, барабан может быть построен из множества коротких
цилиндрических секций, сваренных вместе или соединенных между собой парами фланцев 90, причем
последнее расположение обеспечивает большую продольную гибкость.
Продукты сгорания под давлением могут проходить через теплопоглощающие части котла, жидкостный
ртутный нагреватель и пароперегреватель. Выходной конец барабана может быть напрямую соединен с
входным трубопроводом газовой турбины, а газы, отходящие от этой турбины, проходят через подходящий
трубопровод в дымовую трубу.
На фиг. 2 в поперечном разрезе показан один из вариантов ртутного котла согласно изобретению,
включающий горизонтально расположенный наружный цилиндрический кожух 17 и внутренний
цилиндрический кожух 518 105, внешний диаметр которого лишь немного меньше внутреннего диаметра
наружного кожуха. Камера сгорания расположена внутри внутреннего кожуха, а пространство между двумя
кожухами 110 заполнено ртутью и служит, главным образом, для циркуляции ртути внутри котла. В небольшой
степени эта стенка, заполненная ртутью, охлаждает стенки топки.
Внутри внутреннего кожуха 18 расположены циркуляционные трубки 19 для ртути, обозначенные только
толстыми линиями. Они соединяют верхнюю и нижнюю части 120, обеспечивая связь между ними и
пространством между кожухами. Эти трубки проходят через нагревательное пространство снизу вверх. Трубки
сконструированы таким образом, чтобы обеспечить большую площадь нагрева по отношению к их
поперечному сечению 125, что позволяет достичь максимального нагрева при минимальном количестве ртути.
При этом площадь поперечного сечения трубок, а также пространство между внутренним и внешним 130
423,662 кожухами котла остаются достаточно большими, чтобы обеспечить практически свободную
естественную циркуляцию ртути.
Благодаря использованию сгорания под давлением, нагревательная поверхность котла поглощает тепло с
большей скоростью, чем при естественной циркуляции и сгорании при давлении, близком к атмосферному.
Трубы изогнуты в продольном направлении, как показано на рисунке, и расположены таким образом, чтобы
практически равномерно покрывать поперечное сечение внутренней оболочки, и подпружинены в нужном
положении внутри внутренней оболочки котла, при этом концы труб приварены к этой оболочке.
Сварка выполняется до того, как внутренний корпус будет вставлен во внешний. Часть трубок расположена
внутри нагревательного пространства котла близко к внутренней стенке внутреннего корпуса таким образом,
что сплошная стенка из трубок проходит по всей длине корпуса. Эта стенка из трубок служит для защиты
корпуса от прямого лучистого тепла топки и дымовых газов, а трубки образуют стояки для ртути, при этом
пространство между внутренним и внешним корпусами образует нисходящий канал для ртути.
Камера сгорания простирается от одного конца внутренней оболочки примерно на одну треть ее длины, и в
этой части ртуть циркулирует только по пространству между двумя оболочками и вверх по боковым трубкам
19, которые приблизительно выстилают внутреннюю оболочку. Оставшаяся часть котла практически
Соседние файлы в папке патенты