ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2013 года по МПК F01K17/02 F01C1/16 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к парогазовым энергоустановкам.

В настоящее время важными проблемами в создании и эксплуатации энергетических установок являются проблемы повышения их КПД и улучшения условий экологичности, особенно при эксплуатации в специфических условиях ограниченного и/или замкнутого пространства.

Известна парогазовая установка (см. патент РФ №2142565, МПК F01K 23/10 по заявке №96108097 от 18.04.1996 г.), включающая газотурбинную установку с электрогенератором и источником пара.

Известна паровая энергетическая установка, содержащая паровую машину, выходной вал, который связан с электрической машиной, систему управления (см. патент РФ №2144984 МПК F01C 1/16 по заявке №97122296/06 от 30.12.1997 г.).

Известна энергетическая установка, содержащая паровую машину, кинематически связанную с электрогенератором, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан электрогенератором, и/или водяным насосом (см. патент РФ №2393358, МПК F01K 16/02 по заявке №2009102132 от 26.10.2010 - прототип).

Недостатком известных устройств является низкий КПД и недостаточная экологичность установок.

Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД энергоустановки и эффективности ее работы.

Указанная цель достигается тем, что в известной паровой энергетической установке, содержащей паровую машину с системой подачи компонентов топлива, кинематически связанную с электрогенератором, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан с электрогенератором, и/или водяным насосом, согласно изобретению вход системы смазки и охлаждения подшипников энергоустановки соединен с системой подачи газообразного горючего, а выход с фильтрами грубой и тонкой очистки газообразного горючего и далее через компрессор и клапаны закольцован с системой подачи.

Кроме того, в качестве фильтра грубой очистки используется электростатический фильтр, а в качестве фильтра тонкой очистки - мембранный диффузионный фильтр.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что появляется возможность использовать высокие охлаждающие и смазывающие способности газообразного горючего (водорода) для системы охлаждения и смазки подшипников энергоустановки, что повышает эффективность ее работы и увеличивает КПД.

Кроме того, использование компрессора возвращает существенную часть горючего, что так же повышает КПД энергоустановки в целом.

Принципиальная схема энергоустановки показана на фиг.1, где:

1 - парогазогенератор;

2 - турбонасосный агрегат;

3 - турбина;

4 - водяной насос;

5 - электрогенератор;

6 - магистраль входа системы смазки и охлаждения подшипников;

7 - емкость горючего;

8 - емкость окислителя;

9 - магистраль выхода системы смазки и охлаждения подшипников;

10 - фильтр грубой очистки горючего;

11- расширительная емкость;

12 - пневмоклапан;

13 - фильтр тонкой очистки горючего;

14 - компрессор;

15 - обратный клапан;

16 - магистраль утилизации сбросного потока (ретанта).

Энергоустановка включает в себя высокотемпературный кислородно-водородный парогазогенератор 1, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат 2, включающий турбину 3 и блок водяного насоса 4. Валы турбины 3, водяного насоса 4, электрогенератора 5 кинематически связанны между собой. Магистраль входа системы смазки и охлаждения подшипников 6 соединена с системой подачи горючего от емкости горючего 7, а магистраль выхода - с фильтром грубой очистки горючего 10, расширительной емкостью 11, пневмоклапаном 12, фильтром тонкой очистки горючего 13, и далее через компрессор 14 и обратный клапан 15 закольцована с системой подачи газообразного горючего от емкости горючего 7.

Работа энергоустановки начинается с подачи компонентов топлива (газообразных кислорода и водорода) от емкостей 7 и 8 в парогазогенератор 1, где они сгорают с образованием высокотемпературного (~900°) водяного пара. Обладая высокой энергетикой, высокотемпературный пар приводит в действие турбину 3 турбонасосного агрегата 2 и кинематически связанные с ней водяной насос 4 и электрогенератор 5.

Одновременно по магистрали входа системы смазки и охлаждения подшипников 6 газообразное горючее (водород) подается в опоры роторов энергоустановки, которые представляют собой газодинамические подшипники.

При работе энергоустановки в газообразное горючее через уплотнения опор роторов энергоустановки после срабатывания в газодинамических подшипниках возможно попадание твердых фракций и газов, отработавших на турбине. Для предотвращения этого, согласно изобретению, предусмотрены фильтры грубой и тонкой очистки газообразного горючего 10 и 13, после очистки в которых можно повторно использовать газообразное горючее.

Газообразное горючее после срабатывания в газодинамических подшипниках по магистрали выхода системы смазки и охлаждения подшипников 9 подается в фильтр грубой очистки 10, представляющий собой электростатический фильтр. Фильтр грубой очистки 10 удаляет из газообразного горючего возможные включения твердых фракций, после чего оно попадает в расширительную емкость 11.

Из расширительной емкости 11 при открытии пневмоклапана 12 газообразное горючее подается в фильтр тонкой очистки 13, который выполнен в виде мембранного диффузионного фильтра. Мембранный диффузионный фильтр позволяет отделить газообразное горючее от других газовых примесей с чистотой 99,9999% об.

После фильтра тонкой очистки 13 газообразное горючее компрессором 14 подается через обратный клапан 15 обратно в емкость горючего 7.

Сбросной поток (ретант) по магистрали 16 направляется на дальнейшую утилизацию.

Таким образом, благодаря использованию изобретения, повышается КПД энергоустановки и повышается экологичность.

Энергетическая установка содержит паровую машину с системой подачи компонентов топлива, кинематически связанную с электрогенератором. Паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного. На выходе паровой машины установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан с электрогенератором и/или водяным насосом. Вход системы смазки и охлаждения подшипников установки соединен с системой подачи газообразного горючего, а выход - с фильтрами грубой и тонкой очистки газообразного горючего. Далее через компрессор и клапаны закольцован с системой подачи. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия энергоустановки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая установка, содержащая паровую машину с системой подачи компонентов топлива, кинематически связанную с электрогенератором, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан с электрогенератором, и/или водяным насосом, отличающаяся тем, что вход системы смазки и охлаждения подшипников установки соединен с системой подачи газообразного горючего, а выход с фильтрами грубой и тонкой очистки газообразного горючего и далее через компрессор и клапаны закольцован с системой подачи.

2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве фильтра грубой очистки используется электростатический фильтр, а в качестве фильтра тонкой очистки - мембранный диффузионный фильтр.