ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2053375

АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫМ
ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛОТЫ

Имя изобретателя: Горлов А.А.; Игнатьевский Е.А.; Лазарев Л.Я.; Москаленко В.В.
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Энтэк"

Использование: в теплоэнергетике для получения электрической энергии путем утилизации теплоты различных низкопотенциальных природных источников, например геотермальных.

Сущность изобретения: корпус 1 с внутренней горизонтальной опорой 2 снабжен крышкой 3. Между корпусом 1 и крышкой 3 установлена глухая съемная перегородка 4, отделяющая камеру с нормальным атмосферным давлением (выше перегородки) от камеры с давлением, равным давлению в конденсаторе. Турбина 5 с паровпуском и выхлопным патрубком и генератор 6 связаны между собой своими роторами 7 и 8 с помощью зубчатых колес. Насос 9 с рабочим колесом, входным и выходным патрубками размещен под горизонтальной опорой. Рабочее колесо насоса установлено на собственном роторе 10, который связан с роторами турбины и генератора 6 коническим зубчатым колесом, причем оси роторов турбины 5, генератора 6 и насоса 9 расположены взаимно перпендикулярно. Соосно с генератором установлен фальшвал 11, связанный коническим зубчатым колесом с роторами турбины 5 и насоса 9. Парогенератор 12 размещен вне корпуса в зоне источника теплоты и связан с выходным патрубком насоса 9 и входным патрубком турбины 5 трубопроводами 13 и 14. Теплообменник конденсатора 15 размещен вне корпуса в зоне приемника теплоты и связан с выхлопным патрубком турбины и конденсатосборником 16 гибкими трубопроводами 17 и 18. Конденсатосборник 16 расположен в нижней части корпуса и выполнен в виде цилиндра, поперечное сечение которого намного меньше поперечного сечения корпуса. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии путем утилизации теплоты различных низкопотенциальных природных источников, например геотермальных или искусственных, образующихся, например, при сжигании древесных отходов на лесозаготовках.

Известна электроэнергетическая установкас низкопотенциальным источником теплоты, содержащая корпус с крышкой и внутренней горизонтальной опорой, турбину с паровпуском и выхлопным патрубком и электрический генератор, размещенные в корпусе над опорой и связанные между собой роторами, оси которых расположены вертикально, насос с рабочим колесом, входным патрубком и выходным патрубком, соединенным с входом парогенератора, выход которого соединен с паровпуском турбины, конденсатор с теплообменником и конденсатосборником жидкой фазы рабочего тела цикла, клеммы подключения потребителя электроэнергии, связанные с электрическим генератором через преобразователь, блок запуска и блок регулирования.

Эта установка является наиболее близкой к предлагаемому изобретению, но из-за ряда конструктивных особенностей не обеспечивает оптимальных значений КПД отдельных своих узлов и всего цикла в целом, а и надежности работы насосного агрегата и системы регулирования.

Задача, на решение которой направлено изобретение, повышение экономичности и надежности установки при работе с низкопотенциальным источником теплоты.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, обеспечение различных чисел оборотов турбины электрогенераторов и насоса, а и обеспечение различных выходных частот электрического тока без использования трансформатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в автономном источнике электрической энергии с низкопотенциальным источником теплоты, содержащем корпус с крышкой и внутренней горизонтальной опорой, над которой размещены связанные между собой посредством роторов электрический генератор и турбина с паровпуском и выхлопным патрубком, а и насос с рабочим колесом и входным и выходным патрубками, парогенератор, конденсатор с теплообменником и конденсатосборником, преобразователь и блоки запуска и регулирования, при этом парогенератор входом и выходом подсоединен соответственно к выходному патрубку насоса и паровпуску турбины, теплообменник конденсатора подсоединен к выхлопному патрубку турбины и конденсатосборнику, а электрический генератор через преобразователь и блоки запуска и регулирования посредством клемм подключен к потребителю электроэнергии, установлен дополнительный электрогенератор, при этом валы роторов турбины и насоса установлены вертикально, а валы роторов электрогенераторов горизонтально, причем опоры валов электрогенераторов закреплены на внутренней горизонтальной опоре, насос и конденсатосборник размещены в корпусе под горизонтальной опорой, парогенератор и теплообменник конденсатора вне корпуса, соответственно в зонах источника и приемника теплоты, а роторы турбины электрогенераторов и насоса связаны между собой посредством конической зубчатой передачи.

Наличие двуходового регулирующего клапана обеспечивает пропуск рабочего тела через основной паропровод на турбину или через обводный паропровод помимо турбины в конденсатор.

Проведенные расчеты установок малой мощности для различных рабочих тел показали, что максимальное значение КПД цикла можно обеспечить в большинстве случаев только при различных числах оборотов основных элементов установки. Применение схемы с взаимно перпендикулярным расположением роторов позволяет реализовать конструкцию с различным числом оборотов генератора насоса и турбины, причем здесь возможны различные комбинации генератор-турбина, насос; генератор, турбина-насос. В предложенной схеме вместо фальшвала можно установить второй генеpатоp с другой выходной частотой электрического тока. Так, например, на лесозаготовках днем работает второй генератор и обеспечивает промышленную частоту в 400 Гц для электроинструмента, вечером работает первый генератор и обеспечивает бытовые потребности электрическим током в 50 Гц. Во многих случаях для обеспечения безкавитационной работы насоса необходимо на входном патрубке обеспечить гарантированный подпор столбом жидкости. Это требование наиболее просто может быть реализовано изменением конструкции корпуса установки организацией в нижней его части цилиндрической шахты, в которую помещается насос, подшипниковая опора (одна или обе) и ротор насоса.

На чертеже приведена принципиальная конструктивная схема предлагаемого устройства.

Корпус 1 с внутренней горизонтальной опорой 2 снабжен крышкой 3. Между корпусом и крышкой установлена глухая съемная перегородка 4, отделяющая камеру с нормальным атмосферным давлением (выше перегородки) от камеры с давлением, равным давлению в конденсаторе (ниже перегородки). Турбина 5 с паровпуском и выхлопным патрубком и генератор 6 связаны между собой своими роторами 7 и 8 с помощью конических зубчатых колес, насос 9 с рабочим колесом, входным и выходным патрубком размещен под горизонтальной опорой, рабочее колесо насоса установлено на собственно роторе 10, который связан с роторами турбины и генератора коническим зубчатым колесом, причем оси роторов турбины, генератора и насоса расположены взаимно перпендикулярно, соосно с генератором установлен на своих подшипниках фальшвал 11, связанный коническим зубчатым колесом с ротором турбины и насоса, парогенератор 12 размещен вне корпуса в области источника теплоты и связан с выходным патрубком насоса и входным патрубком турбины трубопроводами 13 и 14.

Теплообменник конденсатора 15 размещен вне корпуса в области приемника теплоты и связан с выхлопным патрубком турбины и конденсатосборником 16. Конденсатосборник 16 расположен в нижней части корпуса и выполнен в виде цилиндра, поперечное сечение которого намного меньше поперечного сечения корпуса. Клеммы 19 подключения потребителя электроэнергии размещены на наружной стороне корпуса 1 и связаны с генератором 6 через преобразователь 20. В завсимости от соотношения между характеристиками генератора и потребителя электроэнергии преобразователь 20 обеспечивает или выпрямление тока, или изменение его частоты и т.п. Блок запуска 21 установки предназначен для ввода установки в режим в начале работы. Блок регулирования 22 при изменении давления в магистрали 23 воздействует на приводной механизм 24 двухходового регулирующего клапана 25, меняя соотношения расходов рабочего тела между основным паропроводом 26 и обводным паропроводом 27 турбины.

АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Перед эксплуатацией установки из камеры, образуемой корпусом 1 и перегородкой 4, должен быть откачан воздух, давление в этой камере должно быть приблизительно равно давлению паров рабочего тела при температуре насыщения, определяемого для каждого случая расчетным путем.

При помещении парогенератора 12 в источник теплоты рабочее тело испаряется, образующийся пар по трубопроводу 14 поступает в двухходовый регулирующий клапан 25 и через основной трубопровод 26 к турбине 5. Обводной трубопровод 27 в этот момент закрыт. Пар приводит во вращение ротор 7 турбины и связанные с ним коническими зубчатыми колесами ротор 8 генератора и ротор 10 насоса. Вырабатываемая в результате этого электроэнергия поступает к потребителю через преобразователь 20 и клеммы 19.

Отработавший в турбине пар через трубопровод 17 поступает в теплообменник 15, где конденсируется, отдавая теплоту наружному преемнику теплоты, образовавшийся конденсат поступает по трубопроводу 18 в нижнюю часть корпуса 1 и конденсатосборник 16, насос 9, рабочее колесо которого закреплено на роторе 10, который связан коническим зубчатым колесом с ротором турбины 7, забирает жидкость через свой входной патрубок из конденсатосборника 16 и направляет ее по трубопроводу 13 опять в парогенератор 12.

Блок запуска 21 обеспечивает начало циркуляции рабочего тела через парогенератор 12 при включении установки в работу, когда мощности турбины недостаточно для привода насоса 9, при этом используется внешний источник энергии (на чертеже не показан).

Блок регулирования 22 обеспечивает работу установки при любой нагрузке с заданной частотой вращения.

При увеличении частоты вращения (например, при сборке нагрузки) возрастает давление рабочего тела в выходном патрубке насоса 9, через магистраль 23 это увеличение давления передается блоку регулирования 22, который в свою очередь воздействует через приводной механизм 24 на двухходовый регулирующий клапан 25 таким образом, что прикрывается основной паропровод 26 и больше открывается 27. При увеличении внешней нагрузки (частота вращения падает) прикрывается обводной паропровод 27 и больше открывается основной паропровод 26.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ с низкопотенциальным источником теплоты, содержащий корпус с крышкой и внутренней горизонтальной опорой, над которой размещены связанные между собой посредством роторов электрический генератор и турбина с паровпуском и выхлопным патрубком, а и насос с рабочим колесом и входным и выходным патрубками, парогенератор, конденсатор с теплообменником и конденсатосброником, преобразователь и блоки запуска и регулирования, при этом парогенератор входом и выходом подсоединен соответственно к выходному патрубку насоса и паровпуску турбины, теплообменник конденсатора подсоединен к выхлопному патрубку турбины и конденсатосборнику, а электрический генератор через преобразователь и блоки запуска и регулирования посредством клемм подключен к потребителю электроэнергии, отличающийся тем, что он содержит дополнительный электрогенератор, валы роторов турбины и насоса установлены вертикально, а валы роторов электрогенераторов горизонтально, причем опоры валов электрогенераторов закреплены на внутренней горизонтальной опоре, при этом насос и кондесатосборник размещены в корпусе под горизонтальной опорой, парогенератор и теплообменник конденсатора - вне корпуса соответственно в зонах источника и приемника теплоты, а роторы турбины, электрогенераторов и насоса связаны между собой посредством конической зубчатой передачи.

2. Источник электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что турбина снабжена обводным паропроводом с регулирующим клапаном.

Версия для печати
Дата публикации 31.10.2006гг

---

---