ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2008 года по МПК F02G5/02 F24J3/00 

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.

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.

1. Энергоустановка, состоящая 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, отличающаяся тем, что 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.2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что кавитационно-вихревой теплогенератор установлен непосредственно перед входом в теплообменник отбора тепла от газовыхлопа двигателя.3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергоустановка выполнена с возможностью регулирования мощности кавитационно-вихревого теплогенератора при стабилизированных (заданных) оборотах приводного вала двигателя.4. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что с валом двигателя кинематически связан электрогенератор, причем в установке электрогенератор и/или теплогенератор выполнены с возможностью регулирования соотношения между мощностями, отбираемыми ими от двигателя.5. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что вал двигателя кинематически связан с дополнительным валом отбора механической энергии, например, кинематически сообщенным с трансмиссией мобильного средства.