ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F01K11/04 

Изобретение относится к энергетике, в частности к паросиловым установкам, преобразующим тепловую энергию в механическую. За счет применения герметично закрытого рабочего контура данная установка может работать на низкокипящих жидкостях. В связи с этим область применения изобретения распространяется на многие отрасли деятельности. Паросиловая установка может работать от тепла вод геотермальных источников, а также при использовании тепла, получаемого от солнца, при отводе тепла от охлаждаемых объектов на производстве строительных материалов, стекла, металлов. Установка может применяться на транспорте, используя тепло отработавших газов от двигателей внутреннего сгорания и в отдельных случаях, как самостоятельный двигатель, работающий от тепла горения многих видов топлива. В теплое время года установка может работать от тепла окружающей среды с применением в конденсаторной зоне низкотемпературного тела, например сухого льда. В холодное время года в герметично закрытом корпусе можно применять вещества, кипящие значительно ниже температуры замерзания воды, и воду водоемов можно также использовать как нагревающий теплоноситель.

Известна паросиловая установка, содержащая установленные на основании в опорах парогенератор и конденсатор, разделенные перегородкой с клапанами, конденсаторный насос, турбину и направляющий аппарат, которые заключены в герметичный корпус, вращающийся вместе с валом, теплоподводящее и теплоотводящее устройства (авт. св. N 1768768 А I, кл. F 01 К 11/04, 1990).

Недостатком указанной паросиловой установки является ее пониженный КПД из-за потерь энергии, затрачиваемой на работу конденсаторного насоса.

Изобретение направлено на повышение КПД установки паросиловой установки за счет снижения параметров работы конденсаторного насоса.

Поставленная задача достигается тем, что паросиловая установка, содержащая установленные на основании в опорах парогенератор и конденсатор, разделенные перегородкой с клапанами, конденсаторный насос, турбину и направляющий аппарат, которые заключены в герметичный корпус, вращающийся вместе с валом, теплоподводящее и теплоотводящее устройства, при этом парогенератор разделен на секции, одна из которых сообщается с турбиной и через клапаны с другими изолированными друг от друга секциями парогенератора, связанными через клапаны с конденсатором, при этом парогенератор снабжен датчиком рабочих параметров, связанным с регулятором подачи греющего теплоносителя. Введение в установку регулятора и разделение парогенератора на секции позволяет снизить параметры работы насоса.

На чертеже представлена схема установки.

Паросиловая установка, содержащая основание 1 с опорами 2, в которых вращается вал 3. Вал 3 сочленен с герметично закрытым корпусом 4 паросиловой установки. Внутренняя полость герметично закрытого корпуса 4 разделена перегородкой 5 на две полости, в которых размещены парогенератор 6 и конденсатор 7, а парогенератор содержит изолированные друг от друга перегородками 8 секцию 9, секцию 10 и секцию 11. Между секциями парогенератора 9 и 10 в перегородке 8 находится клапан 12, между секциями 9 и 11 в перегородке 8 находится клапан 13, между секцией 10 и конденсатором 7 в перегородке 5 находится клапан 14, между секцией 11 и конденсатором 7 в перегородке 5 находится клапан 15. Возможно отделение секции 11 полостью секции 10 от зоны подвода теплоносителя к секции 10 и отделение секции 10 полостью секции 10 от зоны подвода теплоносителя к секции 11. Секция 11 изолируется по периферии парогенератора 6 теплоизоляционным слоем 16 от зоны подвода теплоносителя к секции парогенератора 10. Секция парогенератора 10 изолируется по периферии парогенератора теплоизоляционным слоем 17 от зоны подвода теплоносителя к секции парогенератора 11. В перегородке 5 в зоне расположения секции парогенератора 9 находится отверстие 18, за которым находится направляющий аппарат 19 и турбина 20, установленная на валу 21, размещенные в корпусе 22. Корпус 22 изолирует рабочие части турбины 20 от конденсатора 7. Для получения гарантированного минимального давления в парогенераторе 6 перед началом подачи пара к турбине 20 в отверстие 18 может быть установлен клапан 23, автоматически открывающийся при повышении разности давлений между полостями конденсатора 7 и парогенератора 6 до заданного уровня. Турбина 20 и направляющий аппарат 19 показаны схематично и могут представлять собой как одно, так и многоступенчатую турбину. Возможно выполнение турбины без направляющего аппарата. Возможно сопряжение турбины и направляющего аппарата через механизмы, позволяющие вращаться турбине и направляющему аппарату в противоположные направления, в этом случае вал 21 может быть сочленен с герметично закрытым корпусом 4 паросиловой установки, а сам корпус 4 паросиловой установки будет полностью изолирован от окружающей среды ( не показано). За турбиной 20 находится конденсатор 7, к торцу конденсатора 7 с его внутренней стороны может быть установлен центробежный насос 24 для прокачки конденсата к парогенератору, а с наружной стороны - насос 25 для прокачки охлаждающего вещества. В корпусе основания паросиловой установки располагаются теплоподводящие и теплоотводящие устройства. Теплоподводящее к парогенератору устройства 26 подводит тепло секции парогенератора 11, теплоподводящее к парогенератору устройство 27 подводит тепло к секции парогенератора 10. Теплоотводящее устройство 28 отводит тепло от конденсатора. Теплоподводящее и теплоотводящее устройства изображены схематично и могут быть выполнены в виде теплообменных устройств с различными видами теплообмена. Вне герметично закрытого корпуса 4 паросиловой установки расположен датчик рабочих параметров 29, связанный с регулятором подачи греющего теплоносителя 30, который содержит толкатель 31 из магнитомягкого материала с пружиной 32, опирающийся в двуплечий рычаг 33, и клапаны подачи греющего теплоносителя 34 для секции парогенератора 11, и 35 для секции парогенератора 10, открывающие и закрывающие отверстия подачи греющего теплоносителя 36 для секции парогенератора 11, и 37 для секции парогенератора 10. Датчик рабочих параметров 29 реагирует на изменение температуры в парогенераторе 6. Можно применять датчиком рабочих параметров магнитное устройство, изготовленное из термомагнитного материала, теряющего свои магнитные свойства при достижении окружающей средой температуры точки Кюри для данного вещества. Датчик рабочих параметров 29 паросиловой установки находится на максимально близком расстоянии от парогенератора. Возможно размещение датчика рабочих параметров 29 на парогенераторе в виде непрерывного обруча, взаимодействующего с подпружиненным толкателем 31, упирающимся в двуплечий рычаг 33, связанный с клапанами подачи греющего теплоносителя. Существуют дополнительные варианты исполнения датчика. Первый дополнительный вариант предусматривает изготовление датчика рабочих параметров в виде термостата сильфонного типа, заполненного веществом, расширяющимся при определенной температуре. Второй дополнительный вариант предусматривает изготовление датчика в виде термостата, изготовленного из биметаллического материала, реагирующего на изменение температуры. Третий дополнительный вариант предусматривает изготовление датчика в виде магнитного устройства, например электромагнитная катушка с сердечником толкателем, включающимся и выключающимся при подаче электричества через реле времени с предварительно экспериментально рассчитанными интервалами времени (перечисленные дополнительные варианты исполнения датчиков рабочих параметров на чертеже не представлены). Датчик рабочих параметров паросиловой установки для большей точности работы установки максимально изолируется от горячей и холодной теплообменных зон перегородками 38, которые также разделяют зоны разогрева секций парогенератора 10 и 11.

Паросиловая установка работает следующим образом.

Особенность работы данной паросиловой установки заключается в установлении цикличного режима работы. Первый цикл работы паросиловой установки начинается с подачи греющего теплоносителя через теплоподводящее устройство 27 к секции парогенератора 10, он нагревает стенки секции парогенератора 10, жидкость в секции 10 испаряется и через клапаны 12 поступает в секцию парогенератора 9, в которой повышается давление до заданной величины, при этом клапан 23 открывается, а клапан 13 закрывается. Через открывшийся клапан 23, отверстие 13 и направляющий аппарат 19 пар поступает в турбину 20. Под действием реактивной силы паросиловая установка начинает вращаться. Отработавший пар поступает из корпуса 22 на холодные стенки конденсатора 7 в насос 24, где конденсируется. Конденсат насосом 24 подается между корпусами 22 и 4, а затем через клапан 15 поступает в секцию парогенератора 11. Вследствие убывания жидкости из секции парогенератора 10 температура в зоне размещения датчика рабочих параметров 29 начнет повышаться и при достижении температуры точки Кюри для данного термомагнитного материала датчик рабочих параметров 29 теряет свое свойство притягивать подпружиненный толкатель 31, передающий усилие через двуплечий рычаг 33 на клапаны 34 и 35. Клапан подачи греющего теплоносителя 34 открывает отверстие подачи греющего теплоносителя 36 к секции парогенератора 11, а клапан подачи греющего теплоносителя 35 закрывает отверстие подачи греющего теплоносителя 37 к секции парогенератора 10. На этом первый цикл работы паросиловой установки завершается. Второй цикл работы паросиловой установки начинается после закрытия отверстия подачи греющего теплоносителя через теплоподводящее устройство 27 и начала подачи греющего теплоносителя через теплоподводящее устройство 26 к секции парогенератора 11, он нагревает стенки секции парогенератора 11, жидкость в секции парогенератора 11 испаряется и через клапан 13 поступает в секцию парогенератора 9, из которой пар поступает к направляющему аппарату 19, турбине 20, затем конденсируется в конденсаторе 7 и через клапан 14 поступает в секцию парогенератора 10. Клапаны паросиловой установки 12 и 15 во время второго цикла работы паросиловой установки закрываются. Вследствие накопления охлажденного конденсата в секции парогенератора 10 в зоне нахождения датчика рабочих параметров 29 температура стенок парогенератора падает и датчик рабочих параметров 29 вновь начинает притягивать подпружиненный толкатель 31, который через двуплечий рычаг 33 передает усилие клапанам подачи греющего теплоносителя 34 и 35. Клапан 34 закрывает отверстие подачи греющего теплоносителя 36 к секции парогенератора 11, а клапан подачи греющего теплоносителя 35 открывает отверстие подачи греющего теплоносителя 37 к секции парогенератора 10. На этом второй цикл работы паросиловой установки завершается.

Использование: в энергетике, в частности в паросиловых установках. Сущность изобретения: паросиловая установка содержит замкнутый, герметичный жидкостно-паровой контур, включающий паровую турбину, направляющий аппарат, парогенератор, конденсатор, теплопроводящее и теплоотводящее устройства, датчик рабочих параметров, связанный с регулятором подачи греющего теплоносителя. Парогенератор разделен на три секции. Секция 9 с постоянным повышенным давлением и секция 10 и 11 с попеременно меняющимся давлением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Паросиловая установка, содержащая установленные на основании в опорах парогенератор и конденсатор, разделенные перегородкой с клапанами, конденсаторный насос, турбину и направляющий аппарат, которые заключены в герметичный корпус, вращающийся вместе с валом, теплоподводящее и теплоотводящее устройства, отличающаяся тем, что парогенератор разделен на секции, одна из которых сообщается с турбиной и через автоматические впускные для данной секции клапаны с другими изолированными друг от друга секциями парогенератора, связанными через автоматические впускные для данных секций клапаны с конденсатором, при этом автоматические впускные клапаны выполнены в виде клапанов, регулирование работой которых осуществляется от воздействия давления рабочей среды на впускную и выпускную стороны запорных элементов клапанов, при этом парогенератор снабжен датчиком рабочих параметров, связанным с регулятором подачи греющего теплоносителя. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что датчик рабочих параметров выполнен в виде кольца из термомагнитного материала, расположенного по периферии парогенератора, который взаимодействует с подпружиненным толкателем из магнитомягкого материала, упирающегося в двухплечий рычаг, связанный с клапаном подачи греющего теплоносителя.