ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК F01K23/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики, конкретно к пароэнергетическим установкам малой мощности, и может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине.

Известна установка для производства электроэнергии, которая включает электрогенератор и двигатель, работающий на углеводородном топливе (Политехнический словарь, Гл. ред. И.И. Артоболевский. М.: Советская Энциклопедия, 1977, стр.351). В такой установке производство электроэнергии осуществляется путем работы двигателя, который потребляет топливо. Органическое топливо дорожает, а в труднодоступных местах и отсутствует, кроме того, следует считаться с экологическим загрязнением окружающей среды продуктами сгорания.

Известным техническим решением для производства электроэнергии является сооружение вблизи объекта электроснабжения фотоэлектрических панелей (Политехнический словарь, Гл. ред. И.И. Артоболевский. М.: Советская Энциклопедия, 1977, стр.538).

Действие установки основано на преобразовании светового потока в электрический ток. Недостатком таких систем является громоздкость (большие площади панелей) и малый кпд преобразования, который не превышает 16%. Кроме того, панели теряют свою чувствительность к свету со временем и являются весьма дорогими.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электроэнергетическая установка, включающая пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровой турбины, конденсатора паров воды, и сборника конденсата с дроссельным вентилем, электрогенератор с преобразователем тока и злектроаккумулятор (A.M. Литвин. Теоретические основы теплотехники. Изд. 4 перераб. и доп. Л.: Госэнергоиздат, 1960, стр.184).

Устройство работает следующим образом. С помощью топочного устройства происходит подогрев воды в паровом котле, где она кипит. Пар из парогенератора поступает в турбину, мощность с вала которой снимается электрогенератором. Электрогенератор подает ток в сеть или после преобразователя переменного тока в постоянный заряжает электроаккумулятор.

Для указанной установки требуется пар с высокими параметрами по давлению и температуре, соответственно большой расход топлива. Такие устройства эффективны при больших мощностях в одном агрегате. Установки выработки электроэнергии с мощностью ниже 100 кВт, построенные по данному принципу, неэффективны из-за низкого кпд паровой турбины с малым расходом пара (рост относительных потерь).

Задачей изобретения является создание компактной, автономной по потребляемой энергии из сети электроэнергетической установки, способной работать при низких потенциалах греющих сред (солнечное тепло летом и дополнительно к солнечному теплу топливо в виде дров зимой).

Поставленная задача достигается тем, что электроэнергетическая установка, включающая пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровой турбины, конденсатора паров воды и сборника конденсата с дроссельным вентилем, электрогенератор с преобразователем тока и электроаккумулятор, согласно изобретению снабжена солнцеприемными панелями с баком-сборником антифриза и жидкостным насосом, а также встроенным теплообменником, размещенным в паровом котле, пароводяной контур установки снабжен механическим вакуумным насосом и выполнен герметичным, а паровая турбина представляет собой детандер ротативного действия с двумя 8-образными фигурными ротарами, вращающимися навстречу друг другу.

Схема электроэнергетической установки представлена на фиг.1. На Фиг.2 изображена схема проточной части паровой турбины-детандера. Установка включает пароводяной контур из парового котла 1 с топочным устройством 2, паровую турбину 3, конденсатор паров воды 4, сборник конденсата 5, дроссельный вентиль 6, электрогенератор 7 с преобразователем тока 8 и электроаккумулятором 9, солнцеприемные панели 10, бак - сборник антифриза 11, жидкостной насос 12, встроенный теплообменник 13, механический вакуумный насос 14, турбину 3 с двумя 8 и образными фигурными роторами 15.

Установка работает следующим образом. С помощью солнцеприемной панели 10 летом и топочного устройства 2 зимой, подогревают воду в паровом котле 1 до температуры 50-90°С. Далее с помощью механического вакуумного насоса 14, питаемого от электроаккумулятора 9 откачивают из герметичного пароводяного контура (полости парового котла 1, паровой турбины 3, конденсатора паров 4, сборника конденсата 5) воздух. Падение давления над зеркалом нагретой воды в паровом котле 1 вызывает ее кипение и распределение паров воды по всем коммуникациям и аппаратам.

Конденсация паров воды вызывает движение потока пара от пароводяного котла 1 к конденсатору 4 через паровую турбину-детандер 3, что приводит во вращение фигурные роторы 15, момент движения которых передается на электрогенератор 7. На Фиг.1 изображен конденсатор воздушного охлаждения с электровентилятором. При наличии у потребителя воды конденсатор может быть кожухотрубным водяным. Ток, снимаемый с электрогенератора 7, идет в сеть или через преобразователь 8 в электроаккумулятор 9. В летнее время года подогрев воды в парогенераторе осуществляется за счет нагрева и циркуляции антифриза в контуре солнцеприемной панели 10 бака-сборника антифриза 11, жидкостного насоса 12 и встроенного теплообменника 13 парового котла 1. Конденсат водяных паров собираемся в сборнике конденсата 5 и дросселируется через вентиль 6 в пароводяной котел 1.

Таким образом, выработка электроэнергии в солнцеиспользующей электроэнергетической установке может осуществляться круглый год.

Работоспособность предложенной солнцеиспользующей электроэнергетической установки подтверждается расчетом.

Вырабатываемая мощность турбиной-детандером определяется разностью давлений на входе и выходе из него и расходом пара S по формуле

N=0,133S(P_вх-P_вых),

где P_вх и P_вых: - упругости паров воды на входе и выходе из турбины-детандера, мм рт. ст.

Расход пара через проточную часть в варианте индивидуального пользования составляет 150 л/с по условиям всасывания. При температуре воды в паровом котле +72°С давление паров воды на входе P_вх =255 мм рт.ст., соответственно давление паров на выходе будет составлять 41,2 мм рт.ст. при температуре конденсации 34,6°С.

Учитывая, что адиабатный кпд двухроторной турбины составит порядка 0,5, полученная мощность на валу будет равна 2,1 кВт.

Расход энергии на вспомогательный насос составит 500 Вт, а на вентилятор конденсатора 200 Вт. Тогда полезная мощность будет равна 1,4 кВт.

Такой мощности вполне достаточно для работы холодильника, телевизора и даже осветительных приборов.

Электроэнергетическая установка может использоваться в сельском хозяйстве, медицине. Установка, включает пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровую турбину, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, электрогенератор с преобразователем тока и электроаккумулятором, отличается тем, что установка снабжена солнцеприемными панелями с баком-сборником антифриза и жидкостным насосом, а также встроенным теплообменником, размещенным в паровом котле, пароводяной контур установки снабжен механическим вакуумным насосом и выполнен герметичным, а паровая турбина представляет собой детандер ротативного действия с двумя 8-образными фигурными роторами, вращающимися навстречу друг другу. Изобретение позволяет создать компактную автономную электроэнергетическую установку, способную работать при низких потенциалах греющих сред. 1 ил.

Электроэнергетическая установка, включающая пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровой турбины, конденсатора паров воды и сборника конденсата с дроссельным вентилем, электрогенератор с преобразователем тока и электроаккумулятор, отличающаяся тем, что установка снабжена солнцеприемными панелями с баком-сборником антифриза и жидкостным насосом, а также встроенным теплообменником, размещенным в паровом котле, пароводяной контур установки снабжен механическим вакуумным насосом и выполнен герметичным, а паровая турбина представляет собой детандер ротативного действия с двумя 8-образными фигурными роторами, вращающимися навстречу друг другу.