СИСТЕМА СМАЗКИ И СПОСОБ СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2020 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам смазки вращающихся элементов энергетических установок, например, парогазовой установки выработки тепловой и механической энергии.

Известна установка для выработки механической и тепловой энергии (см. патент РФ 2651918 опубл. 24.04.2018), выбранная в качестве наиболее близкого аналога, содержащая камеру сгорания и парогазовую турбину, газоотводящую систему, которая состоит из последовательно соединенных через углекислотный компрессор блоков утилизации тепла и воды и тепла и диоксида углерода, причем выход парогазовой турбины последовательно соединен с блоком утилизации тепла и воды, углекислотным компрессором и блоком утилизации тепла и диоксида углерода, причем блок утилизации тепла и воды включает теплообменник регенеративного нагревателя воды, теплообменник регенеративного нагревателя диоксида углерода и кислорода, теплообменник потребителя тепла и регенеративного нагревателя углеродсодержащего топлива, выполненный с возможностью передачи тепла потребителю тепла и теплообменнику регенеративного нагревателя углеродсодержащего топлива, расположенному на линии подачи топлива в камеру сгорания, теплообменник теплоносителя передачи тепла внешней среде и теплообменник холодильной машины, а блок утилизации тепла и диоксида углерода включает теплообменник потребителя тепла, теплообменник теплоносителя передачи тепла внешней среде, теплообменник холодильной машины, теплообменник регенеративного нагревателя углеродсодержащего топлива и теплообменник регенеративного нагревателя кислорода, а вход парогазовой турбины соединен с выходом камеры сгорания, которая соединена через теплообменник регенеративного нагревателя диоксида углерода и кислорода, теплообменник регенеративного нагревателя кислорода и насос-регулятор кислорода с источником кислорода, через теплообменник регенеративного нагревателя углеродсодержащего топлива, теплообменник регенеративного нагревателя углеродсодержащего топлива в блоке утилизации тепла и диоксида углерода и топливный насос-регулятор - с источником углеродсодержащего топлива, через теплообменник регенеративного нагревателя воды и водяной насос-регулятор - с накопителем воды, а через теплообменник регенеративного нагревателя диоксида углерода и кислорода и углекислотный насос-регулятор - с накопителем жидкого диоксида углерода, причем камера сгорания выполнена с возможностью работы при давлении, составляющим по меньшей мере 7,5 МПа, парогазовая турбина выполнена с возможностью выпуска отработавших газов с давлением 0,2-0,9 МПа, углекислотный компрессор выполнен с возможностью сжатия газа до по меньшей мере 3,5 МПа, а водяной и углекислотный насосы-регуляторы выполнены с возможностью обеспечения закачивания воды и диоксида углерода с давлением по меньшей мере 7,5 МПа. К недостаткам можно отнести высокую теплонапряженность движущихся элементов конструкции, а также недостаточное (низкий коэффициент использования сред) использование сред, циркулирующих в установке.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков наиболее близкого аналога.

Технический результат заключается в снижении теплонапряженности движущихся элементов конструкции энергетической установки, повышение использования сред, циркулирующих в установке, а также повышение надежности установки, при этом повышается надежность установки за счет использования тех же сред, которые циркулируют в установке.

Технический результат достигается системой смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии, содержащей накопитель (6) воды, выход которого соединен с входом циркуляционного насоса (9) водяного контура, который выполнен с возможностью подачи воды к первому (10) и второму (11) подшипниковым узлам парогазовой турбины (2), причем второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) соединен с блоком (4) утилизации тепла и воды, который соединен со входом накопителя (6) воды, кроме того система смазки содержит накопитель (8) жидкого диоксида углерода, выход которого соединен с циркуляционным насосом (12) контура диоксида углерода, который выполнен с возможностью подачи жидкого диоксида углерода к первому (13) и второму (14) подшипниковым узлам углекислотного компрессора (3), причем второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) соединен с баком-сепаратором (7) таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в него диоксида углерода, а бак-сепаратор (7) содержит два выхода и выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи жидкого диоксида углерода через первый выход и насос (15) отвода жидкого диоксида углерода из бака-сепаратора (7) в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а также выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3), причем каждый подшипниковый узел содержит по меньшей мере один подшипник.

Бак-сепаратор (7) выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в блок (4) утилизации тепла и воды.

Первый подшипниковый узел (10) парогазовой турбины (2) располагается со стороны высокого давления парогазовой смеси, поступающей в парогазовую турбину (2) из камеры сгорания (1), а второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) располагается со стороны низкого давления парогазовой смеси.

Первый подшипниковый узел (13) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне выхода углекислотного компрессора (3), а второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне входа углекислотного компрессора (3).

Кроме того, технический результат достигается способом смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии, включающим систему смазки подшипников, по которому по меньшей мере часть воды из накопителя (6) воды циркуляционным насосом (9) водяного контура направляют к первому подшипниковому узлу (10) парогазовой турбины (2) и далее направляют ко второму подшипниковому узлу (11) парогазовой турбины (2), после которого воду направляют в блок (4) утилизации тепла и воды, кроме того по меньшей мере часть жидкого диоксида углерода из накопителя (8) жидкого диоксида углерода циркуляционным насосом (12) контура жидкого диоксида углерода направляют к первому подшипниковому узлу (13) углекислотного компрессора (3) и далее направляют ко второму подшипниковому узлу (14) углекислотного компрессора (3), после которого диоксид углерода направляют в бак-сепаратор (7), где диоксид углерода разделяют на жидкий и газообразный, при этом жидкий диоксид углерода из бака-сепаратора (7) насосом (15) отвода жидкого диоксида углерода направляют в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а газообразный диоксид углерода из бака-сепаратора (7) направляют по линии (16) отвода газообразного диоксида углерода в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3).

Газообразный диоксид углерода из бака-сепаратора (7) направляют по линии (16) отвода газообразного диоксида углерода в блок (4) утилизации тепла и воды.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.

На фигуре представлена схема установки, на которой обозначены следующие элементы: 1. камера сгорания;

2. парогазовая турбина;

3. углекислотный компрессор;

4. блок утилизации тепла и воды;

5. блок утилизации тепла и диоксида углерода;

6. накопитель воды;

7. бак-сепаратор;

8. накопитель жидкого диоксида углерода;

9. циркуляционный насос водяного контура;

10. первая опора подшипников парогазовой турбины;

11. вторая опора подшипников парогазовой турбины;

12. циркуляционный насос контура диоксида углерода;

13. первая опора подшипников углекислотного компрессора;

14. вторая опора подшипников углекислотного компрессора;

15. насос отвода жидкого диоксида углерода из бака-сепаратора;

16. линия отвода газообразного диоксида углерода из бака-сепаратора.

Установка для выработки механической и тепловой энергии, включает в себя камеру сгорания (1), парогазовую турбину (2) и газоотводящую систему. При этом, газоотводящая система состоит из последовательно соединенных через углекислотный компрессор (3) блока (4) утилизации тепла и воды и блока (5) утилизации тепла и диоксида углерода. Выход парогазовой турбины (2) последовательно соединен с блоком (4) утилизации тепла и воды, углекислотным компрессором (3) и блоком (5) утилизации тепла и диоксида углерода.

Блок (4) утилизации тепла и воды соединен с накопителем (6) воды, а блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода соединен с накопителем (8) жидкого диоксида углерода. При этом, установка включает в себя систему смазки подшипников, которая содержит накопитель воды (6), выход которого соединен с входом циркуляционного насоса (9) водяного контура, который выполнен с возможностью подачи воды к первому (10) и второму (11) подшипниковым узлам парогазовой турбины (2), что позволяет снизить теплонапряженность движущихся элементов парогазовой турбины (2), а именно подшипниковых узлов и ротора парогазовой турбины (2), а также повышается эффективность использования сред, циркулирующих в установке, что также повышает надежность установки за счет использования той же воды, некоторое количество которой проходит через парогазовую турбину (2) с отработанными газами, то есть в случае прорыва некоторого количества воды или пара из подшипниковых узлов (10, 11) во внутрь в проточную часть парогазовой турбины (2) не произойдет отказа этой парогазовой турбины (2) или других элементов конструкции установки выработки тепловой и механической энергии. Причем второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) соединен с блоком (4) утилизации тепла и воды, который соединен со входом накопителя воды (6), что позволяет подводить к подшипниковым узлам (10, 11) воду, охлажденную в блоке (4) утилизации тепла и воды, таким образом достигается снижение теплонапряженности движущихся элементов конструкции энергетической установки, а именно подшипниковых узлов (10, 11) и ротора парогазовой турбины (2), кроме того повышается использования сред, циркулирующих в установке.

Кроме того, система смазки содержит накопитель (8) жидкого диоксида углерода, выход которого соединен с циркуляционным насосом (12) контура диоксида углерода, который выполнен с возможностью подачи жидкого диоксида углерода к первому (13) и второму (14) подшипниковым узлам углекислотного компрессора (3), что позволяет снизить теплонапряженность движущихся элементов углекислотного компрессора (3), а именно подшипниковых узлов и ротора углекислотного компрессора (3), а также повышается использования сред, циркулирующих в установке, что также повышает надежность установки за счет использования сжиженного углекислого газа, некоторое количество которой проходит через углекислотный компрессор (3) с отработанными газами, то есть в случае прорыва некоторого количества диоксида углерода из подшипниковых узлов (13, 14) в проточную часть углекислотного компрессора (3) не произойдет отказа этого компрессора (3) или других элементов конструкции установки выработки тепловой и механической энергии. Причем второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) соединен с баком-сепаратором (7) таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в него диоксида углерода. Бак-сепаратор (7) содержит два выхода и выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи жидкого диоксида углерода через первый выход и насос отвода жидкого диоксида углерода (15) из бака-сепаратора (7) в блок утилизации тепла и диоксида углерода (5), а также выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в газоотводящую систему установки для выработки механической и тепловой энергии перед углекислотным компрессором (3), при этом обеспечивается подвод к подшипниковым узлам (13, 14) диоксида углерода, охлажденного в блоке (5) утилизации тепла и диоксида углерода, таким образом достигается снижение теплонапряженности движущихся элементов конструкции энергетической установки, а именно подшипниковых узлов (13, 14) и ротора углекислотного компрессора (3), кроме того повышается использования сред, циркулирующих в установке.

Дополнительно, бак-сепаратор (7) может быть выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в блок (4) утилизации тепла и воды.

Первый подшипниковый узел (10) парогазовой турбины (2) располагается со стороны высокого давления, составляющим по меньшей мере 7,5 МПа, парогазовой смеси, поступающей в парогазовую турбину (2) из камеры сгорания (1), а второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) располагается со стороны низкого давления, составляющим по меньшей мере 0,2-0,9 МПа, парогазовой смеси, что также снижает теплонапряженность движущихся элементов конструкции энергетической установки, за счет того, что часть парогазовой турбины (2), имеющая большую температуру, охлаждается водой, имеющей более низкую температуру, что также повышает надежность установки.

Первый подшипниковый узел (13) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне выхода углекислотного компрессора (3), а именно в зоне высокого давления углекислого газа, составляющим по меньшей мере 3,5 МПа, а второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне входа углекислотного компрессора (3), а именно в зоне низкого давления углекислого газа, составляющим по меньшей мере 0,2-0,9 МПа, что также снижает теплонапряженность движущихся элементов конструкции энергетической установки, за счет того, что часть углекислотного компрессора (3), имеющая большую температуру, охлаждается диоксидом углерода, имеющим более низкую температуру, что также повышает надежность установки.

Система смазки работает следующим образом.

Во время работы устройства выработки тепловой и механической энергии горячие газы из камеры сгорания (1) установки для выработки тепловой и механической энергии направляют на вход в парогазовую турбину (2), от куда они поступают в блок (4) утилизации тепла и воды. В блоке (4), отработанные газы охлаждаются до температуры, необходимой для конденсации воды из отработанных газов и далее сконденсированная вода, направляется в накопитель (6) воды. В свою очередь, отработанные газы из блока (4) утилизации тепла и воды, содержащие в качестве основного составляющего диоксид углерода, направляют на вход в углекислотный компрессор (3), который сжимает газ и подает его в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, где он охлаждается до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода. После конденсации диоксид углерода из блока (5) утилизации тепла и диоксида углерода поступает в накопитель (8) жидкого диоксида углерода.

По меньшей мере часть охлажденной воды из накопителя (6) воды циркуляционным насосом (9) водяного контура направляют к первому подшипниковому узлу (10) парогазовой турбины (2), где за счет трения происходит нагрев этой воды, и далее эту воду направляют ко второму подшипниковому узлу (11) парогазовой турбины (2), после которого воду направляют в блок (4) утилизации тепла и воды, что позволяет снизить теплонапряженность движущихся элементов конструкции установки, а именно подшипниковых узлов и ротора парогазовой турбины (2), а также повышается использования сред, циркулирующих в установке, что также повышает надежность установки за счет использования той же воды, некоторое количество которой проходит через парогазовую турбину (2) с отработанными газами, то есть в случае прорыва некоторого количества воды из подшипниковых узлов (10, 11) во внутрь проточной части парогазовой турбины (2) не произойдет отказа этой парогазовой турбины (2) или других элементов конструкции установки выработки тепловой и механической энергии. Кроме того, по меньшей мере часть жидкого диоксида углерода из накопителя (8) жидкого диоксида углерода циркуляционным насосом (12) контура жидкого диоксида углерода направляют к первому подшипниковому узлу (13) углекислотного компрессора (3), где за счет трения происходит нагрев диоксида углерода, и далее этот диоксид углерода направляют ко второму подшипниковому узлу (14) углекислотного компрессора (3), в котором за счет трения диоксид углерода также нагревается, по меньшей мере частично переходя в газообразное состояние, что позволяет снизить теплонапряженность движущихся элементов конструкции установки, а именно подшипниковых узлов и ротора углекислотного компрессора (3), а также повышается использования сред, циркулирующих в установке, что также повышает надежность установки за счет использования сжиженного углекислого газа, некоторое количество которой проходит через углекислотный компрессор (3) с отработанными газами, то есть в случае прорыва некоторого количества диоксида углерода из подшипниковых узлов (13, 14) в проточную часть углекислотного компрессора (3) не произойдет отказа этого компрессора (3) или других элементов конструкции установки выработки тепловой и механической энергии. При этом подача жидкого диоксида углерода к подшипниковым узлам (13, 14) углекислотного компрессора (3) регулируется таким образом, чтобы обеспечивалось поддержание необходимого температурного режима подшипниковых узлов (13, 14) без чрезмерного перехода диоксида углерода из жидкого состояния в газообразное. После второго подшипникового узла (14) углекислотного компрессора (3) диоксид углерода направляют в бак-сепаратор (7), где диоксид углерода разделяют на жидкий и газообразный, при этом жидкий диоксид углерода из бака-сепаратора (7) насосом (15) отвода жидкого диоксида углерода направляют в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а газообразный диоксид углерода из бака-сепаратора (7) направляют по линии (16) отвода газообразного диоксида углерода в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3), например, в блок (4) утилизации тепла и воды, при этом обеспечивается подвод к подшипниковым узлам (13, 14) диоксида углерода, охлажденного в блоке (5) утилизации тепла и диоксида углерода, таким образом достигается снижение теплонапряженности движущихся элементов конструкции энергетической установки, а именно подшипниковых узлов (13, 14) и ротора углекислотного компрессора (3), кроме того повышается использования сред, циркулирующих в установке, а кроме того, за счет разделения диоксида углерода на жидкий и газообразный и подача газообразного перед углекислотным компрессором (3), а жидкого в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, позволяет также уменьшить затраты энергии на возвращение диоксида углерода в цикл установки выработки тепловой и механической энергии.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам смазки вращающихся элементов энергетических установок, например парогазовой установки выработки тепловой и механической энергии. Система смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии содержит накопитель (6) воды, выход которого соединен с входом циркуляционного насоса (9) водяного контура, который выполнен с возможностью подачи воды к первому (10) и второму (11) подшипниковым узлам парогазовой турбины (2). Причем второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) соединен с блоком (4) утилизации тепла и воды, который соединен со входом накопителя (6) воды. Кроме того, система смазки содержит накопитель (8) жидкого диоксида углерода, выход которого соединен с циркуляционным насосом (12) контура диоксида углерода, который выполнен с возможностью подачи жидкого диоксида углерода к первому (13) и второму (14) подшипниковым узлам углекислотного компрессора (3). Второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) соединен с баком-сепаратором (7) таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в него диоксида углерода, а бак-сепаратор (7) содержит два выхода и выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи жидкого диоксида углерода через первый выход и насос (15) отвода жидкого диоксида углерода из бака-сепаратора (7) в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а также выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3). Каждый подшипниковый узел содержит по меньшей мере один подшипник. Также раскрыт способ смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии. Технический результат заключается в снижении теплонапряженности движущихся элементов конструкции энергетической установки, повышении эффективности использования сред, циркулирующих в установке, а также повышении надежности установки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии, содержащая накопитель (6) воды, выход которого соединен с входом циркуляционного насоса (9) водяного контура, который выполнен с возможностью подачи воды к первому (10) и второму (11) подшипниковым узлам парогазовой турбины (2), причем второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) соединен с блоком (4) утилизации тепла и воды, который соединен со входом накопителя (6) воды, кроме того, система смазки содержит накопитель (8) жидкого диоксида углерода, выход которого соединен с циркуляционным насосом (12) контура диоксида углерода, который выполнен с возможностью подачи жидкого диоксида углерода к первому (13) и второму (14) подшипниковым узлам углекислотного компрессора (3), причем второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) соединен с баком-сепаратором (7) таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в него диоксида углерода, а бак-сепаратор (7) содержит два выхода и выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи жидкого диоксида углерода через первый выход и насос (15) отвода жидкого диоксида углерода из бака-сепаратора (7) в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а также выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3), причем каждый подшипниковый узел содержит по меньшей мере один подшипник.

2. Система смазки по п. 1, отличающаяся тем, что бак-сепаратор (7) выполнен с возможностью подачи газообразного диоксида углерода через второй выход и линию отвода газообразного диоксида углерода (16) в блок (4) утилизации тепла и воды.

3. Система смазки по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что первый подшипниковый узел (10) парогазовой турбины (2) располагается со стороны высокого давления парогазовой смеси, поступающей в парогазовую турбину (2) из камеры сгорания (1), а второй подшипниковый узел (11) парогазовой турбины (2) располагается со стороны низкого давления парогазовой смеси.

4. Система смазки по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первый подшипниковый узел (13) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне выхода углекислотного компрессора (3), а второй подшипниковый узел (14) углекислотного компрессора (3) расположен на стороне входа углекислотного компрессора (3).

5. Способ смазки подшипников установки для выработки тепловой и механической энергии, включающий систему смазки подшипников по любому из предыдущих пунктов, по которому по меньшей мере часть воды из накопителя (6) воды циркуляционным насосом (9) водяного контура направляют к первому подшипниковому узлу (10) парогазовой турбины (2) и далее направляют ко второму подшипниковому узлу (11) парогазовой турбины (2), после которого воду направляют в блок (4) утилизации тепла и воды, кроме того, по меньшей мере часть жидкого диоксида углерода из накопителя (8) жидкого диоксида углерода циркуляционным насосом (12) контура жидкого диоксида углерода направляют к первому подшипниковому узлу (13) углекислотного компрессора (3) и далее направляют ко второму подшипниковому узлу (14) углекислотного компрессора (3), после которого диоксид углерода направляют в бак-сепаратор (7), где диоксид углерода разделяют на жидкий и газообразный, при этом жидкий диоксид углерода из бака-сепаратора (7) насосом (15) отвода жидкого диоксида углерода направляют в блок (5) утилизации тепла и диоксида углерода, а газообразный диоксид углерода из бака-сепаратора (7) направляют по линии (16) отвода газообразного диоксида углерода в газоотводящую систему установки для выработки тепловой и механической энергии перед углекислотным компрессором (3).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что газообразный диоксид углерода из бака-сепаратора (7) направляют по линии (16) отвода газообразного диоксида углерода в блок (4) утилизации тепла и воды.