Изобретение относится к теплогенерирующим установкам, использующим тепловую энергию горения топлива главным образом для нагревания теплоносителя систем теплоснабжения, паргенерирования, горячего водоснабжения и т.п. В вариантах исполнения такие установки могут также использоваться для целей генерирования как тепловой, так и электрической энергии, например, как аварийные установки.
Широко известны энергогенерирующие, например, передвижные установки для получения горячей воды и пара типа ППУА (изготавливаемые ОАО «Первомайскхиммаш» п.Первомайский Тамбовской области), используемые для выполнения ремонтных работ на нефтепромыслах. Недостаток таких установок - трудность обеспечения пожарной безопасности при использовании горелок с открытым пламенем для разогрева теплоносителя - аналог.
Известны также когенерирующие установки на базе ДВС, в которых тепловая энергия контуру циркуляции теплоносителя системы потребления тепловой энергии передается через теплообменники охлаждения двигателя и теплообменник отбора тепла от газовыхлопа двигателя, а вал двигателя кинематически связан с электрогенератором, см. например когенерационные установки МАДЕК, выпускаемые фирмой FG Wilson (Великобритания), на мощности от 10 до 8000 кВт - прототип.
В этих установках сжигание происходит в замкнутых камерах ДВС, а отбор тепла от газовыхлопа резко снижает температуру выхлопных газов, что обеспечивает высокую пожаробезопасность таких энергогенерирующих установок.
Недостаток этих установок заключается в снижении теплопередачи теплообменника отбора тепла от газовыхлопа за счет отложения на его теплообменные поверхности нагара от выхлопных газов, что требует достаточно частой периодической их очистки. Другой недостаток этих установок заключается в невозможности увеличения потока тепловой энергии в ситуациях, когда не требуется выработка электрической энергии, особенно в случаях, когда теплоноситель в контуре его циркуляции содержит растворы солей (соли вводятся для обеспечения незамерзания воды или содержатся в ней естественным образом), отлагающиеся на теплообменных поверхностях.
Отсутствует и возможность изменения соотношения между вырабатываемыми потоками тепловой и электрической энергии, в том числе необходимого и при регулировании мощности ДВС, которая часто требуется в разнообразных условиях эксплуатации установок этого типа.
Цель изобретения - устранение недостатков прототипа и получение возможности работы на теплоносителях, содержащих растворы солей в воде, (например, для исключения их замерзания при отрицательной температуре, что необходимо, например, при выполнении ремонтных и аварийных работ); устранения или, по меньшей мере, существенного замедления отложений на теплообменнике отбора тепла от газовыхлопа двигателя; расширение функциональных возможностей энергоустановки за счет получения возможности регулирования соотношения мощностей, вырабатываемых потоков тепловой и электрической энергий.
Поставленная задача решается тем, что
- в энергоустановке, состоящей из теплового двигателя, например ДВС, с по меньшей мере одним валом отбора механической энергии, теплообменников охлаждения двигателя, теплообменника отбора тепла от газовыхлопа, сообщенных по теплу через контур циркуляции теплоносителя с по меньшей мере одним потребителем тепловой энергии, вал теплового двигателя кинематически связан с приводным валом кавитационно-вихревого теплогенератора, который через его по меньшей мере входной и выходной гидравлические каналы сообщен с указанным контуром циркуляции теплоносителя, например воды;
- кавитационно-вихревой теплогенератор установлен непосредственно перед входом в теплообменник отбора тепла от газовыхлопа двигателя;
- энергоустановка выполнена с возможностью регулирования приводной мощности кавитационно-вихревого теплогенератора при стабилизированных (заданных) оборотах приводного вала двигателя;
- с валом двигателя кинематически связан электрогенератор, причем в установке электрогенератор и/или кавитационно-вихревой теплогенератор выполнены с возможностью регулирования соотношения между мощностями, отбираемыми ими от двигателя;
- вал двигателя кинематически связан с дополнительным валом отбора механической энергии, например, кинематически сообщенным с трансмиссией мобильного средства.
На фиг.1 и 2 даны примеры выполнения предложенного устройства.
В энергоустановке тепловой двигатель 1, например ДВС, см. фиг.1, с валом отбора механической энергии 2, снабжен теплообменником охлаждения двигателя 3 и теплообменником отбора тепла от газовыхлопа 4, сообщенных по теплу через контур циркуляции теплоносителя 5 с по меньшей мере одним потребителем 6 тепловой энергии, вал 2 теплового двигателя кинематически связан с приводным валом 7 кавитационно-вихревого теплогенератора 8 через его по меньшей мере входной 9 и выходной 10 гидравлические каналы, сообщенные последовательно и/или параллельно с указанным контуром циркуляции 5 теплоносителя, например воды.
Кавитационно-вихревой теплогенератора 8 установлен непосредственно перед входом теплообменника 4 отбора тепла от газовыхлопа двигателя. В варианте исполнения по фиг.1 теплообменник 4 подключен непосредственно к выходному каналу 10 теплогенератора 8, что за счет высокочастотного возбуждения теплоносителя при его прохождении через теплогенератор 8 (происходящего при протекающих в нем кавитационных процессах) приводит и к высокочастотному возбуждению теплообменных поверхностей теплообменника 4 и их самоочистке в процессе прохождения как отработанных газов (с одной стороны), так и солевого раствора-теплоносителя (с другой стороны). В общем случае теплообменники 3 и 4 могут быть установлены в контуре 5 и в других зонах наибольшего воздействия кавитационных процессов на теплоноситель, т.е. могут быть расположены, например, в канале рециркуляции теплоносителя 11, во входном канале 9 теплогенератора 8 за его регулирующими дросселями 12 и 13 (при их наличии в конкретной конструкции) и др.
Энергоустановка выполнена с возможностью регулирования мощности кавитационно-вихревого теплогенератора при стабилизированных (заданных) оборотах приводного вала двигателя, что в примере выполнения по фиг.1 достигается дросселями 12 и 13 или/и регулированием оборотов вала 7 теплогенератора 8 относительно оборотов вала 2 двигателя 1 за счет использования коробки передач (или вариатора) 14, установленных между валами 2 и 7.
С валом 2 двигателя 1 кинематически связан электрогенератор 15, причем в установке электрогенератор и/или кавитационно-вихревой теплогенератор выполнены с возможностью регулирования соотношения между мощностями, отбираемыми ими от двигателя за счет устройств 12, 13 или 14.
Мощность электрогенератора 15 может также регулироваться и широко известными электротехническими средствами, например изменением тока возбуждения и др.
С валом 2 двигателя 1 дополнительно кинематически связан (с возможностью режима включения/отключения) дополнительный вал 16, см. фиг 2, отбора механической энергии, например, кинематически сообщенный через дополнительную коробку передач 17 с трансмиссией мобильного средства (не показана).
Энергоустановка может быть снабжена средствами автоматического управления, например процессором 18, см. фиг.1, воздействующим на рабочие параметры установки.
При работе на замкнутый контур 5 циркуляции теплоносителя в нем поддерживается избыточное давление посредством редуктора 19 и колпака (демпфера) 20. При работе на открытый контур циркуляции 21 вентиль 22 закрыт, а вход редуктора 19 подключен к соответствующему источнику теплоносителя, например воды. В этом случае энергоустановка может работать в режиме горячего водоснабжения или парогенерирования.
Таким образом при запуске двигателя 1 теплоноситель в контуре 5 или 21 разогревается за счет отбора тепла от двигателя посредством теплообменника 3, отбора тепла от выхлопных газов за счет теплообменника 4 и разогрева кавитационно-вихревым телогенератором 8, приводимым валом 2 двигателя. При необходимости требуемая часть мощности двигателя может передаваться на электрогенератор 15 или наоборот.
При снижении потребности в тепловой энергии рассмотренная многофункциональная энергоустановка позволяет увеличивать мощность электрогенератора 15.
Самоочистка теплообменников за счет воздействия на них высокочастотного спектра, возбужденного в теплогенераторе 8 теплоносителя, позволяет повысить время безостановочной работы установки при различных типах теплоносителей.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
МОБИЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ | 2010 |
|
RU2425993C1 |
КОГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА | 2012 |
|
RU2520796C2 |
ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ГИДРОСИСТЕМЫ | 2004 |
|
RU2279018C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2344355C1 |
КОГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА | 2021 |
|
RU2758020C1 |
АВТОНОМНАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 2010 |
|
RU2450148C2 |
МОБИЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ | 2008 |
|
RU2365831C1 |
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ (АСЖ) | 2002 |
|
RU2215244C1 |
ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ПРИВОДНОЙ КАВИТАЦИОННЫЙ | 1999 |
|
RU2201562C2 |
КОГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2019 |
|
RU2725583C1 |
Изобретение относится к системам теплоснабжения, в частности к теплогенерирующим установкам. Энергоустановка состоит из теплового двигателя, например ДВС, с по меньшей мере одним валом отбора механической энергии, теплообменников охлаждения двигателя, теплообменника отбора тепла от газовыхлопа, сообщенных по теплу через контур циркуляции теплоносителя с по меньшей мере одним потребителем тепловой энергии, в которой вал теплового двигателя кинематически связан с приводным валом кавитационно-вихревого теплогенератора, который через его, по меньшей мере, входной и выходной гидравлические каналы, сообщен с указанным контуром циркуляции теплоносителя, например воды. При этом для самоочистки теплообменников кавитационно-вихревой теплогенератор установлен непосредственно перед входом в теплообменник отбора тепла от газовыхлопа двигателя, установка выполнена с возможностью регулирования мощности кавитационно-вихревого теплогенератора при стабилизированных (заданных) оборотах приводного вала двигателя, а также с возможностью регулирования соотношения между мощностями, отбираемыми от двигателя на вырабатываемые тепловую и электрическую энергии. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик, расширение функциональных возможностей путем регулирования соотношения мощностей, вырабатываемых потоком тепловой и электрической энергий. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 1999 |
|
RU2164615C1 |
ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА | 2001 |
|
RU2201560C2 |
УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОЖНОГО ПОКРОВА ЖИВОТНЫХ | 2013 |
|
RU2551157C1 |
US 4736111 А, 05.04.1988 | |||
Шланговое соединение | 0 |
|
SU88A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОТА ИЗ КИЗИЛА | 2010 |
|
RU2417643C1 |
ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ ПРОИЗВОДНЫХ ГАММА-АМИНО-АЛЬФА, БЕТА-НЕНАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ | 2009 |
|
RU2512499C2 |
Авторы
Даты
2008-06-10—Публикация
2006-08-04—Подача