ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F03B17/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение, описанное в данном документе, относится к энергоустановке и, более конкретно, к энергоустановке, содержащей охлаждаемую текучую среду.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В энергоустановках выхлоп газотурбинного двигателя или другие виды энергии (т.е. энергия, вырабатываемая в тепловых установках на ископаемом топливе, ядерных энергоустановках, геотермальных и/или солнечных энергоустановках) используются для создания пара, как правило, находящегося под одним или более из высокого, среднего и низкого давлений, в теплоутилизационном парогенераторе (ТУПГ), работающем с одним, двумя или тремя уровнями давлений. В случае наличия трех давлений этот пар проводится в паровые турбины высокого, среднего и низкого давления, где он используется для выработки энергии. Несмотря на эффективность такой конструкции протечка текучей среды с высокой энергией из паровой турбины высокого давления к турбине среднего давления может привести к ухудшению производительности, так как паровая турбина среднего давления обычно работает при повышенных температурах, аналогичных температурам в секции высокого давления, но при увеличенных диаметрах. Это может привести к увеличению механических напряжений, которые могут вызвать повреждение или снижение срока службы компонентов. Таким образом, часто существует необходимость в охлаждении секции среднего давления паровой турбины путем использования сравнительно холодного пара, полученного от внешних источников.

[0003] Указанное охлаждение протечки с охлаждением в итоге секции среднего давления достигается путем извлечения сравнительно холодного пара под давлением из промежуточных местоположений в паровой турбине высокого давления. Однако такое решение может привести к потере производительности, так как используемый для охлаждения пар в ином случае мог бы быть использован для получения на выходе полезной энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В соответствии с одним аспектом изобретения предложена энергоустановка, которая содержит компоненты для получения энергии от текучих сред, находящихся под высоким и средним давлениями, тракт, который ограничен между указанными компонентами и вдоль которого к одному из указанных компонентов, предназначенному для получения энергии от текучих сред под средними давлениями, проходит нагретая текучая среда, и контур, проточно соединенный с указанным трактом для обеспечения охлаждения части нагретой текучей среды, прежде чем указанная часть нагретой текучей среды достигнет указанного одного компонента, предназначенного для получения энергии от текучих сред под средними давлениями.

[0005] В соответствии с другим аспектом изобретения предложена энергоустановка, которая содержит первый и второй компоненты для получения энергии от первой и второй текучих сред, находящихся соответственно под первым и вторым давлениями, причем указанное второе давление меньше первого давления, промежуточные компоненты, ограничивающие тракт, вдоль которого от первого компонента ко второму компоненту проходит третья текучая среда, имеющая первую температуру, и контур, проточно соединенный с указанным трактом для обеспечения подвергания части третьей текучей среды воздействию четвертой текучей среды, имеющей вторую температуру, которая ниже первой температуры, или их объединения, прежде чем указанная часть третьей текучей среды достигнет второго компонента.

[0006] В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложена энергоустановка, которая содержит паровую турбину высокого давления, предназначенную для получения энергии от пара высокого давления, паровую турбину среднего давления, предназначенную для получения энергии от пара среднего давления, уплотнения, ограничивающие тракт, вдоль которого от паровой турбины высокого давления к паровой турбине среднего давления проходит протечка пара, имеющая высокую температуру, и контур, проточно соединенный с указанным трактом для обеспечения подвергания части протечки воздействию выхлопа, выходящего из одной из паровых турбин высокого и среднего давления, или объединения части протечки пара с указанным выхлопом, прежде чем указанная часть протечки пара достигнет паровой турбины среднего давления.

[0007] Эти и другие преимущества и особенности изобретения станут более понятны из нижеследующего описания при его рассмотрении совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Рассматриваемое изобретение конкретно указано и четко изложено в формуле изобретения, приведенной в заключительной части описания. Вышеуказанные и другие особенности и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания при его рассмотрении совместно с прилагаемым единственным чертежом, причем

[0009] Фиг.1 изображает схематический вид части энергоустановки, имеющей конфигурацию «высокое давление - низкое давление».

[0010] В подробном описании рассмотрены варианты выполнения изобретения, а также его преимущества и отличительные особенности, приведенные в качестве примера со ссылкой на чертеж.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В соответствии с единственным чертежом на фиг.1 предложена энергоустановка 10. Указанная энергоустановка 10 может быть энергоустановкой любого типа, такой как энергоустановка с комбинированным циклом, тепловая установка на ископаемом топливе, ядерная энергоустановка, геотермальная и/или солнечная энергоустановка. Однако для ясности и краткости изложения энергоустановка 10 описана ниже как энергоустановка с комбинированным циклом. Следует понимать, что это описание является исключительно иллюстративным.

[0012] Энергоустановка 10 содержит первый компонент 20 и второй компонент 30, предназначенные для получения энергии от первой и второй текучих сред, находящихся соответственно под первым и вторым давлениями, причем указанное второе давление меньше первого давления. Энергоустановка 10 дополнительно содержит промежуточные уплотнительные компоненты 40 и контур 50. Указанные промежуточные уплотнительные компоненты 40 могут быть выполнены с обеспечением ограничения тракта 41, вдоль которого от первого компонента 20 ко второму компоненту 30 проходит третья текучая среда 410, имеющая первую температуру. Контур 50 проточно соединен с трактом 41 для обеспечения подвергания части 411 третьей текучей среды 410 воздействию четвертой текучей среды 412. В соответствии с вариантами выполнения контур 50 проточно соединен с трактом 41 для обеспечения объединения части 411 третьей текучей среды 410 с четвертой текучей средой 412. Данное воздействие или объединение происходит прежде, чем часть 411 третьей текучей среды 410 достигнет второго компонента 30. Четвертая текучая среда 412 подается при второй температуре, которая ниже первой температуры, так что четвертая текучая среда обеспечивает охлаждение указанной части 411 третьей текучей среды 410.

[0013] Первый и второй компоненты 20 и 30 могут содержать соответственно паровые турбины высокого и среднего давления. По существу, первая и вторая текучие среды могут содержать соответственно пар высокого и среднего давления. Промежуточные уплотнительные компоненты 40 могут содержать уплотнения 42, расположенные между первым и вторым компонентами 20 и 30. Уплотнения 42 могут представлять собой уплотнения любого типа или комбинации из уплотнений 42 различных типов. В соответствии с вариантами выполнения уплотнения 42 могут содержать лабиринтные уплотнения, расположенные между первым и вторым компонентами 20 и 30. Третья текучая среда 410 может содержать протечку пара, которая протекает от первого компонента 20 ко второму компоненту 30. Четвертая текучая среда 412 может содержать выхлоп, выходящий из первого и/или второго компонентов 20 и 30, или другой аналогичный элемент.

[0014] Контур 50 содержит первый канал 51, который входит в тракт 41 в первом местоположении 52, второй канал 53, который входит в тракт 41 во втором местоположении 54 между первым местоположением 52 и вторым компонентом 30, и смесительную камеру 55. Смесительная камера 55 может представлять собой камеру, трубные соединения и/или любое другое устройство для смешения потоков, при этом она проточно соединена с первым и вторым каналами 51 и 53. В соответствии с вариантами выполнения смесительная камера 55 может быть выполнена с образованием внутреннего пространства 56, в котором часть 411 третьей текучей среды 410 может быть подвергнута воздействию четвертой текучей среды 412 или объединена с ней.

[0015] В соответствии с другими вариантами выполнения к смесительной камере 55 может быть присоединен теплообменник 60 любой конфигурации. Таким образом, тепло может быть извлечено по меньшей мере из части 411 третьей текучей среды 410 у теплообменника 60 или внутри него. В соответствии с другими вариантами выполнения теплообменник 60 может быть расположен в смесительной камере 55 или может полностью заменять ее. По существу, теплообменник 60 может быть непосредственно или с помощью дополнительных средств проточно соединен с первым и вторым каналами 51 и 53.

[0016] В соответствии с другими вариантами выполнения контур 50 может подвергать приблизительно три доли части 411 третьей текучей среды 410 воздействию приблизительно восьми долей четвертой текучей среды 412 с достижением процентного соотношения текучих сред, составляющего приблизительно 3:8. В соответствии с альтернативными вариантами выполнения контур 50 может объединять приблизительно три доли части 411 третьей текучей среды с приблизительно восемью долями четвертой текучей среды 412 также с достижением процентного соотношения текучих сред, составляющего приблизительно 3:8. Таким образом, если третья текучая среда 410 подается при температуре, равной приблизительно 1000°F (537°C), a четвертая текучая среда 412 подается при температуре, равной приблизительно 600°F (315°C), то после объединения указанных текучих сред часть 411 третьей текучей среды 410 достигнет второго компонента 30 при температуре, равной приблизительно 700-750°F (371-398°C). Естественно, следует понимать, что данные пропорции смешения являются исключительно иллюстративными и могут зависеть от различных факторов, таких как параметры настройки распределительного клапана (рассмотренного ниже). В случае воздействия четвертая текучая среда 412, нагретая частью 411 третьей текучей среды 410, может быть подана к дополнительному вырабатывающему энергию компоненту для исключения сброса или потери добавленного к ней тепла.

[0017] В первом канале 51, втором канале 53 и/или магистрали, по которой проходит четвертая текучая среда 412, либо вдоль них могут быть выполнены регулирующие клапаны 70 для достижения заранее заданных и/или необходимых температур смешения и массовых расходов. Эти клапаны 70 могут быть присоединены к активному управляющему устройству 80, которое определяет соответствующие конфигурации в зависимости по меньшей мере от условий нагрузки.

[0018] Несмотря на то что изобретение подробно описано применительно только к ограниченному числу вариантов выполнения, следует понимать, что оно не ограничено указанными описанными вариантами выполнения. Напротив, изобретение может быть изменено с включением любого числа вариантов, модификаций, замен или эквивалентных конструкций, которые не описаны выше, но соответствуют сущности и объему изобретения. Кроме того, несмотря на то что описаны различные варианты выполнения, следует понимать, что в аспекты изобретения могут входить лишь некоторые из описанных вариантов выполнения. Таким образом, изобретение не ограничено вышеприведенным описанием, а ограничено только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Предложена энергоустановка (10), которая содержит компоненты (20, 30) для получения энергии от текучих сред, находящихся под высоким и средним давлениями, тракт (41), который ограничен между указанными компонентами (20, 30) и вдоль которого к одному из компонентов (30), предназначенному для получения энергии от текучих сред под средними давлениями, проходит нагретая текучая среда, и контур (50), проточно соединенный с указанным трактом (41) для обеспечения охлаждения части (411) нагретой текучей среды, прежде чем указанная часть (411) нагретой текучей среды достигнет указанного одного компонента (30), предназначенного для получения энергии от текучих сред под средними давлениями. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергоустановка (10), содержащая
компоненты (20, 30) для получения энергии от текучих сред, находящихся под высоким и средним давлениями,
тракт (41), который ограничен между указанными компонентами (20, 30) и вдоль которого к одному из компонентов (30), предназначенному для получения энергии от текучих сред под средними давлениями, проходит нагретая текучая среда, и
контур (50), проточно соединенный с указанным трактом (41) для обеспечения охлаждения части (411) нагретой текучей среды, прежде чем указанная часть (411) нагретой текучей среды достигнет указанного одного компонента (30), предназначенного для получения энергии от текучих сред под средними давлениями.

2. Энергоустановка (10) по п.1, в которой указанные компоненты (20, 30) содержат паровые турбины высокого и среднего давления, указанные текучие среды представляют собой пар высокого и среднего давления, а нагретая текучая среда представляет собой протечку пара.

3. Энергоустановка (10) по п.1, дополнительно содержащая уплотнения (42), расположенные между компонентами (20, 30) с обеспечением ограничения указанного тракта.

4. Энергоустановка (10) по п.1, в которой контур содержит
первый канал (51), входящий в тракт (41) в первом местоположении (52),
второй канал (53), входящий в тракт (41) во втором местоположении (54) между первым местоположением (52) и указанным одним компонентом (30), предназначенным для получения энергии от текучих сред под средними давлениями, и
смесительную камеру (55), которая проточно соединена с указанными первым и вторым каналами (51, 53) и в которой указанная часть (411) нагретой текучей среды подвергается воздействию сравнительно менее нагретой текучей среды или объединяется с ней.

5. Энергоустановка (10) по п.4, дополнительно содержащая теплообменник (60), присоединенный к смесительной камере (55) с обеспечением охлаждения по меньшей мере указанной части (411) нагретой текучей среды.

6. Энергоустановка (10) по п.1, в которой тепло, извлеченное из указанной части (411) нагретой текучей среды, проводится к выхлопу, выходящему из одного или более указанных компонентов.

7. Энергоустановка (10) по п.1, в которой контур содержит
первый канал (51), входящий в тракт (41) в первом местоположении (52),
второй канал (53), входящий в тракт (41) во втором местоположении (54) между первым местоположением (52) и указанным одним компонентом (30), предназначенным для получения энергии от текучих сред под средними давлениями, и
теплообменник (60), проточно соединенный с указанными первым и вторым каналами (51, 53) с обеспечением охлаждения указанной части (411) нагретой текучей среды.

8. Энергоустановка (10) по п.1, в которой контур (50) подвергает приблизительно три доли указанной части нагретой текучей среды воздействию приблизительно восьми долей сравнительно менее нагретой среды или объединяет их.

9. Энергоустановка (10), содержащая
первый и второй компоненты (20, 30) для получения энергии от первой и второй текучих сред, находящихся соответственно под первым и вторым давлениями, причем указанное второе давление меньше первого давления,
промежуточные компоненты (40), ограничивающие тракт, вдоль которого от первого компонента (20) ко второму компоненту (30) проходит третья текучая среда, имеющая первую температуру, и
контур (50), проточно соединенный с указанным трактом (41) для обеспечения подвергания части (411) третьей текучей среды воздействию четвертой текучей среды, имеющей вторую температуру, которая ниже первой температуры, или их объединения, прежде чем указанная часть (411) третьей текучей среды достигнет второго компонента (30).

10. Энергоустановка (10) по п.9, в которой первый и второй компоненты (20, 30) содержат соответственно паровые турбины высокого и среднего давления.