СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ПАРОВОЙ ВИНТОВОЙ МАШИНОЙ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/16 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, конкретно к паровым винтовым машинам (ПВМ) для привода, например, электрогенераторов.

Известна силовая установка с паровой винтовой машиной, содержащая источник острого пара, соединенный с паровой винтовой машиной, выход которой связан с выпускной магистралью (см. патент СССР N 1838632, F 01 C 1/16, 1991 г.)
Недостатком этой установки является то, что для получения достаточной мощности необходимо создать соответствующий перепад давления на ПВМ. Это не всегда возможно по условиям эксплуатации установки. Часто бывает, что пар, потребляемый из выпускной магистрали для технологических нужд предприятия, должен иметь достаточно высокое давление, причем постоянное по времени, например 3...6 ата, в то время, как в паровом котле обычно поддерживается давление 8...10 ата. При этом пара в котле вырабатывается в несколько раз больше, чем может пропустить через себя ПВМ. В этих условиях ПВМ используется неэффективно, поскольку перепада давления в 4...5 ата недостаточно для получения ее номинальной мощности. При этом пар, который нельзя пропустить через ПВМ, редуцируют, и его энергия давления безвозвратно теряется.

Целью изобретения является повышение мощности ПВМ в указанных выше условиях, т.е. при малом перепаде давления, но при большом расходе пара.

Поставленная задача решается тем, что силовая установка, содержащая источник острого пара, соединенный с ПВМ, выход которой связан с выпускной магистралью, дополнительно содержит пароструйный компрессор (термокомпрессор) с двумя входами для пара с высоким и с низким давлением и одним выходом, причем вход с высоким давлением подключен к источнику острого пара, вход с низким давлением - к выходу ПВМ, а выход к выпускной магистрали.

Кроме того, в выпускную магистраль может быть подключен регулятор давления.

Кроме того, в выпускную магистраль может быть подключен аккумулятор пара.

На чертеже представлена схема силовой установки.

Установка содержит источник 1 острого пара, соединенный с ПВМ 2. ПВМ 2 содержит в корпусе два винтовых ротора, между которыми происходит объемное расширение пара с производством механической мощности. ПВМ приводит во вращение, например, электрогенератор 3. Источник 1 также подключен к пароструйному компрессору 4, который имеет вход 5 для пара высокого давления, вход 6 для пара низкого давления и выход 7, который подключен к выпускной магистрали 8 силовой установки. Пароструйный компрессор 4 содержит сопло 9, камеру смешения, включающую входной участок 10 и цилиндрический участок 11, диффузор 12.

В выпускную магистраль 8 может быть также подключен аккумулятор 13 пара.

В выпускную магистраль 8 может быть также подключен регулятор 14 давления. Тип этого регулятора может быть "до себя" или "после себя", при этом он поддерживает соответственно постоянное давление в магистрали 8 до регулятора 14 или после регулятора 14.

Установка работает следующим образом. Острый насыщенный или влажный пар из источника 1 поступает в ПВМ 2, которая приводит во вращение, например, электрогенератор 3. Особенность работы ПВМ заключается в том, что повышение влажности пара благоприятно сказывается на повышении КПД и не вызывает в отличие от паровых турбин эрозию поверхности роторов ПВМ. Влага, содержащаяся в паре, затекает в зазоры между роторами и корпусом и уменьшает перетечки пара, повышая КПД. Малая скорость парокапельной среды в полостях между роторами ПВМ обусловливает отсутствие эрозионного воздействия капель на поверхность роторов. Перепад давления между впускной и выпускной системой ПВМ определяет ее мощность. Поэтому целесообразно понизить, насколько это возможно, давление на выпуске ПВМ, например, до давления 1,5 ата. Пар с этим давлением поступает на вход 6 пароструйного компрессора. Острый пар, например, с давлением 9 ата от источника 1 поступает также на вход 5 пароструйного компрессора. В сверхзвуковом сопле 9 происходит расширение острого пара, в результате чего скорость значительно увеличивается, а давление падает. Благодаря этому происходит подсос влажного пара низкого давления, который по входному участку 10 камеры смешения поступает в ее цилиндрический участок 11, где оба потока перемешиваются, и их скорости выравниваются. В диффузоре 12 скорость смеси пара понижается, а давление ее возрастает. Это происходит вследствие того, что при эжектировании двухфазной среды кроме обычного эжектирования также происходит обмен количества движения и энергии между газообразной и жидкой фазой. В результате наблюдается явление термокомпрессии, т. е. повышение давления пара с одновременным снижением его температуры. Таким образом, в пароструйном компрессоре часть тепловой энергии острого пара преобразуется в кинетическую энергию струи. В диффузоре 12 кинетическая энергия смеси частично преобразуется в потенциальную энергию давления, в результате чего из пароструйного компрессора выходит пар со средним давлением, например, 3,5 ата. Таким образом, в заявленной силовой установке можно получить значительно более высокую сущность, чем это следует из перепада давления в источнике 1 и выпускной магистрали 8. Это достигается за счет увеличенного расхода пара по сравнению с расходом ПВМ. При отборе пара из магистрали 8 для технологических нужд часто бывает необходимо поддерживать постоянное давление в магистрали 8. В этом случае на выходе 7 пароструйного эжектора 4 может быть установлен регулятор 14 давления, который поддерживает постоянное давление пара в магистрали 8. В ряде случаев для обеспечения устойчивой работы термокомпрессора необходимо поддержание постоянного давления на выходе 7. В этом случае регулятор 14 поддерживает постоянное давление на выходе 7 и переменное давление в магистрали 8.

Чтобы снизить амплитуду изменения давления в выпускной магистрали 8 при изменении режима работы силовой установки, целесообразно к магистрали 8 подключить аккумулятор 13 пара.

Силовая установка (СУ) с паровой винтовой машиной (ПВМ) предназначена для привода электрогенераторов СУ, содержащая источник острого пара, соединенный с ПВМ, выход которой связан с выпускной магистралью, дополнительно содержит пароструйный компрессор (термокомпрессор), один вход которого подключен к источнику острого пара, другой вход -к выходу ПВМ, а выход - к выпускной магистрали. К выпускной магистрали может быть дополнительно подключены аккумулятор пара и регулятор давления. Такое выполнение силовой установки позволит повысить ее мощность. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Силовая установка с паровой винтовой машиной, содержащая источник острого пара, соединенный с паровой винтовой машиной, выход которой связан с выпускной магистралью, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пароструйный компрессор с двумя входами для пара с высоким и низким давлением и одним выходом, причем вход с высоким давлением подключен к источнику острого пара, вход с низким давлением - к выходу паровой винтовой машины, а выход - к выпускной магистрали. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в выпускную магистраль дополнительно подключен регулятор давления. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в выпускную магистраль дополнительно подключен аккумулятор пара.