ДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ТЕПЛА Российский патент 2023 года по МПК F02C1/10 G01P3/44 

Изобретение относится к детандерной установке для получения электрической энергии посредством термодинамического замкнутого процесса, содержащей приводимое в действие посредством расширяющейся рабочей среды термодинамического замкнутого процесса детандерное устройство и генератор, который приводится в действие посредством детандерного устройства.

В подобных детандерных установках имеется проблема, состоящая в том, чтобы как можно точнее регистрировать скорость вращения генератора, так как частота вырабатываемого генератором переменного напряжения зависит от скорости вращения генератора и подача электрической энергии в распределительную сеть имеет смысл только в том случае, если частота вырабатываемого генератором переменного напряжения совпадает с частотой сети распределительной сети.

В детандерной установке описанного в начале типа эта задача решается согласно изобретению посредством того, что детандерная установка снабжена датчиком скорости вращения, который связан с вращающимся пропорционально ротору генератора валом детандерной установки и который выполнен в виде электрического генераторного датчика, который вырабатывает электрический сигнал датчика, причем электрический генераторный датчик вырабатывает в качестве сигнала датчика электрическое напряжение, регистрируемое путем непосредственного измерения напряжения и являющееся по существу пропорциональным скорости вращения генератора.

В предлагаемой в изобретении детандерной установке генераторный датчик является простой конструктивной частью, которая может связываться с любым, вращающимся пропорционально вращению ротора генератора валом детандерной установки, чтобы вырабатывать в качестве сигнала датчика электрическое напряжение, которое позволяет делать вывод о скорости вращения ротора генератора. При этом, в принципе, в качестве электрического сигнала датчика может оцениваться как ток, так и напряжение. Однако оценка тока является все же более затратной, так как он должен протекать через потребителя и тем самым больше не является пропорциональным скорости вращения генератора. По этой причине изобретение обладает особым преимуществом, поскольку в качестве электрического сигнала датчика вырабатывается сигнал напряжения, регистрируемый путем непосредственного измерения напряжения и является по существу пропорциональным скорости вращения генератора (что дает повышение точности измерения скорости вращения генератора). При этом такое напряжение может регистрироваться, в частности, без протекания значительного тока, а значит без дополнительных схемотехнических затрат.

Особо предпочтительно решение согласно изобретению может реализовываться в том случае, если генераторный датчик расположен в полном корпусе детандерной установки и, прежде всего, подвержен в нем воздействию рабочей среды и/или смазочного материала.

Это решение имеет большое преимущество, состоящее в том, что генераторный датчик может быть простым образом интегрирован в детандерную установку, и, кроме того, преимущество, состоящее в том, что при интеграции генераторного датчика не требуется принимать никаких мер для того, чтобы защищать его от смазочных материалов и/или рабочей среды замкнутого процесса.

Другое предпочтительное решение предусматривает, что генераторный датчик имеет ротор датчика с постоянным намагничиванием, который взаимодействует с имеющим статорные обмотки статором, причем при вращающемся роторе датчика в статорных обмотках статора возникает зависящее от скорости вращения ротора датчика напряжение, которое представляет собой сигнал датчика.

Это решение имеет, прежде всего, преимущество, состоящее в том, что вследствие постоянного намагничивания ротора датчика возникающее в статорных обмотках напряжение является по существу пропорциональным, прежде всего пропорциональным, скорости вращения ротора датчика, так что сигнал датчика позволяет простым образом сделать вывод о скорости вращения ротора датчика и, следовательно, также о скорости вращения ротора генератора для выработки электрической энергии.

Помимо этого, является предпочтительным, если для реализации постоянного намагничивания ротор датчика имеет содержащий редкоземельные элементы магнитный материал, так как магнитный материал такого рода открывает возможность обеспечения высокой постоянной намагниченности ротора датчика.

Является особо предпочтительным, если генераторный датчик выполнен так, что при скорости вращения генератора, которая приводит к частоте вырабатываемого переменного напряжения в диапазоне частоты сети потребляющей электрическую энергию распределительной сети, он вырабатывает напряжение в диапазоне между 30 В и 48 В, преимущественным образом между 40 В и 48 В.

Это решение имеет большое преимущество, состоящее в том, что выработка генераторным датчиком наиболее высокого напряжения в релевантном для оценки скорости вращения генератора для выработки электрической энергии диапазоне скорости вращения повышает точность при регистрации скорости вращения, не требуя применения электрических конструктивных частей, которые должны быть пригодными для напряжений выше 48 В, так что генераторный датчик и электронный блок обработки могут быть реализованы с выгодными по цене конструктивными частями.

В отношении монтажа ротора датчика генераторного датчика мыслимы самые разные возможности.

Например, было бы мыслимым, состыковывать ротор датчика с валом детандерной установки через передаточное средство.

Особо простое решение предусматривает, что ротор датчика генераторного датчика состыкован непосредственно с концом вала без возможности проворота и удерживается им.

Это существенно упрощает монтаж генераторного датчика, так как для ротора датчика не требуется никаких опор, а опирание ротора датчика генераторного датчика происходит через конец вала.

Особо целесообразное решение предусматривает, что ротор датчика расположен на соединенном с концом вала держателе ротора.

Для того чтобы держатель ротора можно было монтировать простым образом, оказалось особо целесообразным, если держатель ротора соединен с концом вала посредством центровочного винта.

Для того чтобы далее повышать точность центрирования держателя ротора относительно конца вала, оказалось предпочтительным, если держатель ротора отцентрирован относительно конца вала посредством центровочного конуса, так как подобный центровочный конус открывает возможность улучшения центрирования ротора датчика относительно конца вала и, прежде всего, возможность компенсации люфта резьбы.

Помимо этого, оказалось предпочтительным, если состыкованный с ротором датчика и удерживающий его конец вала центрировано направляется подшипником, так что сам конец вала движется тоже без значимых ошибок центрирования и не передает их на ротор датчика.

В этой связи является особо предпочтительным, если конец вала имеет от этого центрировано направляющего подшипника максимально расстояние, которое соответствует диаметру конца вала.

Наиболее точное центрирование ротора датчика относительно оси, вокруг которой он вращается, является преимуществом потому, что тем самым может быть реализован малый зазор между ротором датчика и статором, который, в свою очередь, необходим для выработки наиболее точного сигнала датчика.

Во взаимосвязи с предыдущим описанием возможностей монтажа генераторного датчика в детандерную установку было лишь определено, что он должен вращаться пропорционально вращению ротора вырабатывающего электрическую энергию генератора.

Предпочтительное решение предусматривает, что генераторный датчик расположен в полном корпусе детандерной установки.

Это решение имеет преимущество, состоящее в том, что за счет этого генераторный датчик простым образом защищен и в этом случае, кроме того, может располагаться также с непосредственным соединением с приводящим его в движение валом, так что проведение вала сквозь полный корпус не требуется.

Тогда генераторный датчик может быть расположен внутри полного корпуса еще в различных частях корпуса.

Например, является мыслимым расположение генераторного датчика в корпусе детандера.

В этом случае, преимущественным образом, предусмотрено, что генераторный датчик состыкован с винтообразным валом.

Особо простое и предпочтительное решение предусматривает, что генераторный датчик расположен в корпусе генератора.

Прежде всего, является преимуществом, если генераторный датчик состыкован с валом генератора вырабатывающего электрическую энергию генератора, так что он может непосредственно регистрировать скорость вращения вала генератора.

Особо выгодное решение предусматривает, что ротор датчика генераторного датчика состыкован с концом вала генератора и удерживается им.

В отношении монтажа статора в детандерную установку до сих пор не было приведено никаких, более подробных данных.

Так, предпочтительное решение предусматривает, что статор генераторного датчика стационарно удерживается на выступе полного корпуса детандерной установки.

Для того чтобы статор генераторного датчика был расположен как можно удобнее для технического обслуживания и при необходимости также удобнее для дооснащения, преимущественным образом, предусмотрено, что статор генераторного датчика удерживается на элементе корпуса, прежде всего на демонтируемом с полного корпуса элементе корпуса.

За счет этого, прежде всего, можно простым образом выполнять техническое обслуживание и при необходимости тоже простым образом дооснащать генераторный датчик.

Для того чтобы можно было простым образом направлять сигнал датчика к устройству управления детандерной установки, преимущественным образом, предусмотрено, что этот элемент корпуса снабжен электрическим проходным соединением, так что сигнал датчика может простым образом выводиться из полного корпуса.

Это означает, что, например, статор может быть стационарно расположен в выступе корпуса генератора или в выступе корпуса детандера или корпуса подшипника.

Во взаимосвязи с предыдущим описанием отдельных форм выполнения не было приведено никаких более подробных данных в отношении выполнения самого детандерного устройства.

Так, предпочтительное решение предусматривает, что детандерное устройство имеет по меньшей мере один приводимый в действие посредством расширяющейся рабочей среды винт детандера, посредством которого осуществляется приведение в действие генератора.

Кроме того, изобретение относится к установке для получения электрической энергии из тепла, прежде всего из промышленного отходящего тепла, содержащей приводимую в действие в термодинамическом замкнутом процессе детандерную установку, которая предпочтительно имеет один или несколько описанных ранее признаков.

Для того чтобы в установке согласно изобретению приводить в действие генератор так, чтобы происходила оптимальная подача выработанной им электрической энергии в электрическую распределительную сеть, преимущественным образом, предусмотрено управляющее замкнутым контуром процесса замкнутого контура, а также сетевым выключателем для соединения генератора с электрической распределительной сетью устройство управления, которое, таким образом, в состоянии приводить в действие детандерную установку и, следовательно, генератор так, что происходит оптимальная подача электрической энергии в электрическую распределительную сеть.

Устройство управления выполнено, прежде всего, так, что оно регистрирует выработанное генераторным датчиком напряжение, определяет из него величину скорости вращения генератора, и если скорость вращения генератора приводит к переменному напряжению, частота которого по существу совпадает с частотой сети электрической распределительной сети, посредством замыкания сетевого выключателя соединяет генератор с электрической распределительной сетью.

За счет этого обеспечивается, что устройство управления выполняет соединение между генератором и электрической распределительной сетью только в том случае, если гарантирована оптимальная подача выработанной электрической энергии в распределительную сеть.

Помимо этого, преимущественным образом, предусмотрено, что устройство управления управляет замкнутым контуром замкнутого процесса таким образом, что после выполнения соединения с распределительной сетью генератор преобразует предоставленное в распоряжение термодинамическому замкнутому процессу тепло в электрическую энергию с наиболее высоким коэффициентом полезного действия и подает ее в распределительную сеть.

Кроме того, из соображений безопасности предусмотрено, что устройство управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью генератора, и если частота выработанного переменного напряжения отличается от частоты сети, оказывает управляющее воздействие на замкнутый контур в смысле согласования скорости вращения генератора.

Другое предпочтительное решение предусматривает, что устройство управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью генератора, и если разность между частотой выработанного генератором переменного напряжения и частотой сети распределительной сети превышает пороговое значение, посредством размыкания сетевого выключателя отсоединяет генератор от распределительной сети, так что в любом возможном состоянии замкнутого процесса обеспечивается, что не будет никаких возмущающих воздействий на распределительную сеть.

Другое предпочтительное выполнение предусматривает, что при соединении генератора с распределительной сетью устройство управления подключает параллельно статорным обмоткам генератора блок конденсаторов.

Такой блок конденсаторов создает условия для того, чтобы при соединении между генератором и распределительной сетью реализовывать оптимальное согласование по мощности в отношении реактивной и активной мощности.

При этом блок конденсаторов выполнен, прежде всего, так, что каждый из его конденсаторов подключен параллельно статорным обмоткам генератора.

Для того чтобы при отсоединении генератора затормаживать генератор в отношении его скорости вращения, другое предпочтительное решение предусматривает, что при отсоединении генератора от распределительной сети устройство управления сохраняет параллельное включение статорных обмоток с блоком конденсаторов и дополнительно к нему подключает параллельно блок сопротивлений.

При этом такой блок сопротивлений выполнен, прежде всего, так, что каждое из отдельных сопротивлений такового подключено параллельно статорным обмоткам и подключенным параллельно им конденсаторам, чтобы принимать на себя выработанный генератором в сочетании с блоком конденсаторов ток и при этом затормаживать генератор в отношении его скорости вращения.

Для того чтобы, помимо этого, обеспечивать, чтобы запуск генератора в связи с запуском замкнутого контура замкнутого процесса происходил простым образом и как можно легче, другая предпочтительная форма выполнения решения согласно изобретению предусматривает, что для запуска генератора устройство управления отсоединяет его от блока конденсаторов и блока сопротивлений, так что генератор, со своей стороны, может запускаться независимо и без нанесения вреда со стороны блока генератора и блока сопротивлений.

В другом примере выполнения установки согласно изобретению, преимущественным образом, предусмотрено, что генератор связан с электрической распределительной сетью посредством блока преобразователей частоты.

Подобный блок преобразователей частоты создает возможность для приведения в действие генератора так, чтобы он вырабатывал электрическую энергию с частотой генератора, которая для того, чтобы эту электрическую энергию можно было подавать в распределительную сеть с частотой сети, не обязательно должна совпадать с частотой сети распределительной сети.

Это означает, что, прежде всего, замкнутый процесс, в котором расположена и приводится в действие детандерная установка, может использоваться для подачи электрической энергии в распределительную сеть еще более оптимально.

Помимо этого, блок преобразователей частоты создает возможность для того, чтобы выполнять соединение между генератором и распределительной сетью по существу без возникновения пиков напряжения.

При этом, прежде всего, предусмотрено, что блок преобразователей частоты преобразует выработанную генератором с частотой генератора электрическую энергию в электрическую энергию с частотой сети распределительной сети и запитывает ее.

При этом, преимущественным образом, предусмотрено, что блок преобразователей частоты преобразует электрическую энергию генератора в электрическую энергию для подачи в распределительную сеть, если частота генератора электрической энергии находится в рабочем диапазоне частоты блока преобразователей частоты, который простирается от минимальной частоты до наивысшей частоты.

Это означает, что при этом решении блок преобразователей частоты вступает в действие только, если частота генератора находится в пределах рабочего диапазона, и, следовательно, блок преобразователей частоты преобразует выработанную генератором электрическую энергию только в том случае, если она находится в рабочем диапазоне частоты, который выбран так, так что возможно целесообразное и эффективное преобразование выработанной генератором электрической энергии в электрическую энергию с частотой сети.

При этом, преимущественным образом, минимальная частота находится в диапазоне от 30 до 40 Гц, а наивысшая частота в диапазоне от 60 до 80 Гц.

Для того чтобы можно было стабильно эксплуатировать генератор, преимущественным образом, предусмотрено, что частота генератора является задаваемой для генератора с помощью блока преобразователей частоты, это означает, что генератор поддерживается на определенной частоте генератора, которая обеспечивает целесообразный и эффективный режим работы блока преобразователей частоты без возникновения опасности того, что генератор будет эксплуатироваться в отношении своей частоты генератора нестабильно и, следовательно, вследствие непостоянства режима работы в замкнутом процессе частота генератора будет варьироваться.

Помимо этого, является особо выгодным, если за счет взаимодействия устройства управления с блоком преобразователей частоты частота генератора является согласовываемой с высвобождаемой замкнутым процессом в генераторе мощностью.

Это означает, что при наличии устройства управления имеется возможность за счет устройства управления поддерживать частоту генератора на находящемся, прежде всего, в рабочем диапазоне частоты и стабильном значении.

Из соображений безопасности, помимо этого, предусмотрено, что, если частота генератора находится за пределами рабочего диапазона, устройство управления отсоединяет генератор от блока преобразователей частоты.

Другое предпочтительное решение предусматривает, что блок преобразователей частоты имеет промежуточную цепь постоянного тока и питающийся от нее второй преобразователь частоты для выработки электрической энергии с частотой сети.

При этом промежуточная цепь постоянного тока принципиально могла бы питаться от генератора через блок преобразователей частоты.

Тем не менее, является особо выгодным, если блок преобразователей частоты имеет выполненный с возможностью соединения с генератором первый преобразователь частоты для запитывания промежуточной цепи постоянного тока, так как при наличии подобного первого преобразователя частоты, с одной стороны, имеется возможность эффективного перевода вырабатываемой при частоте генератора электрической энергии в промежуточную цепь постоянного тока и, с другой стороны, имеется возможность поддержания генератора при частоте генератора, при необходимости с временной подачей электрической энергии в генератор, чтобы поддерживать его при определенной частоте генератора.

Таким образом, предыдущее описание соответствующих изобретению решений содержит, прежде всего, определенные пронумерованными ниже формами выполнения различные комбинации признаков:

1. Детандерная установка (30) для получения электрической энергии из тепла посредством термодинамического замкнутого процесса, содержащая приводимое в действие посредством расширяющейся рабочей среды термодинамического замкнутого процесса детандерное устройство (32) и генератор (34), который приводится в действие посредством детандерного устройства (32), причем детандерная установка (30) снабжена датчиком (120) скорости вращения, который связан с вращающимся пропорционально ротору (82) генератора (34) валом (98, 56, 58) детандерной установки (30) и который выполнен в виде электрического генераторного датчика (122), который вырабатывает электрический сигнал датчика.

2. Детандерная установка по форме 1 выполнения, причем электрический генераторный датчик (122) вырабатывает в качестве сигнала датчика электрическое напряжение.

3. Детандерная установка по форме 1 или 2 выполнения, причем генераторный датчик (122) расположен в полном корпусе детандерной установки (30) и, прежде всего, подвержен в нем воздействию рабочей среды и/или смазочного материала.

4. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем генераторный датчик (122) имеет ротор (124) датчика с постоянным намагничиванием, который взаимодействует с имеющим статорные обмотки статором (126), причем при вращающемся роторе (124) датчика в статорных обмотках статора (126) возникает зависящее от скорости вращения ротора (124) датчика напряжение, которое представляет собой сигнал датчика.

5. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем для реализации постоянного намагничивания ротор (124) датчика имеет содержащий редкоземельные элементы магнитный материал.

6. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем генераторный датчик (122) выполнен так, что при скорости вращения генератора (34), которая соответствует частоте вырабатываемого переменного напряжения, которая находится в диапазоне частоты сети распределительной сети, он вырабатывает напряжение в диапазоне между 30 В и 48 В, преимущественным образом между 40 В и 48 В.

7. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем ротор (124) датчика генераторного датчика (122) состыкован непосредственно с концом (96, 172, 182) вала без возможности проворота и удерживается им.

8. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем ротор (124) датчика генераторного датчика (122) расположен на соединенном с концом (96, 172, 182) вала держателе (162, 192) ротора.

9. Детандерная установка по форме 8 выполнения, причем держатель (162, 192) ротора соединен с концом (96) вала посредством центровочного винта (134).

10. Детандерная установка по форме 8 или 9 выполнения, причем держатель (192) ротора отцентрирован относительно конца (96) вала посредством центровочного конуса (194).

11. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем состыкованный с ротором (124) датчика генераторного датчика (122) и удерживающий его конец (96, 172, 182) вала центрировано направляется подшипником (102, 72, 76).

12. Детандерная установка по форме 11 выполнения, причем конец (96, 172, 182) вала имеет от этого центрировано направляющего подшипника (102, 72, 76) максимально расстояние, которое соответствует диаметру конца (96, 172, 182) вала.

13. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем генераторный датчик (122) расположен в полном корпусе (110) детандерной установки (30).

14. Детандерная установка по форме 13 выполнения, причем генераторный датчик (122) расположен в корпусе (62) детандера.

15. Детандерная установка по форме 14 выполнения, причем генераторный датчик (122) состыкован с винтообразным валом (56, 58).

16. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем генераторный датчик (122) расположен в корпусе (86) генератора.

17. Детандерная установка по форме 16 выполнения, причем генераторный датчик (122) состыкован с валом (98) генератора.

18. Детандерная установка по форме 17 выполнения, причем ротор (124) датчика генераторного датчика (122) состыкован с концом (96) вала генератора и удерживается им.

19. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем статор (136) генераторного датчика (120) удерживается на элементе (88) корпуса, прежде всего на демонтируемом с полного корпуса (110) элементе (88) корпуса.

20. Детандерная установка по форме 19 выполнения, причем элемент (88) корпуса снабжен электрическим проходным соединением (152).

21. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем статор (126) генераторного датчика (122) стационарно удерживается на выступе (94, 174, 184) полного корпуса (110) детандерной установки (30).

22. Детандерная установка по одной из предшествующих форм выполнения, причем детандерное устройство (32) имеет по меньшей мере один приводимый в действие расширяющейся рабочей средой винт (52, 54) детандера, посредством которого осуществляется приведение в действие генератора (34).

23. Установка для получения электрической энергии из тепла, прежде всего из отходящего тепла, содержащая приводимую в действие в термодинамическом замкнутом процессе детандерную установку (30), причем детандерная установка 30 выполнена по одной из форм 1-16 выполнения.

24. Установка по форме 23 выполнения, причем она имеет управляющее замкнутым контуром (10) процесса замкнутого контура, а также сетевым выключателем (206) для соединения генератора (34) с электрической распределительной сетью (210) устройство (200) управления.

25. Установка по форме 24 выполнения, причем устройство (200) управления регистрирует выработанное генераторным датчиком (122) напряжение, определяет из него величину скорости вращения генератора (34), и если скорость вращения генератора (34) приводит к переменному напряжению, частота которого соответствует частоте сети электрической распределительной сети (210), посредством замыкания сетевого выключателя (206) соединяет генератор (34) с электрической распределительной сетью (210).

26. Установка по одной из форм 23-25 выполнения, причем устройство (200) управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью (210) генератора (34), и если частота выработанного переменного напряжения отличается от частоты сети, оказывает управляющее воздействие на замкнутый контур (10) в смысле согласования скорости вращения генератора (34).

27. Установка по одной из форм 23-26 выполнения, причем устройство (200) управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью (210) генератора (34), и если разность между частотой выработанного генератором (34) переменного напряжения и частотой сети распределительной сети (210) превышает пороговое значение, посредством размыкания сетевого выключателя (206) отсоединяет генератор (34) от электрической распределительной сети (210).

28. Установка по одной из форм 23-27 выполнения, причем при соединении генератора (34) с распределительной сетью (210) устройство (200) управления подключает параллельно статорным обмоткам (254, 256, 258) генератора (34) блок (242) конденсаторов.

29. Установка по одной из форм 23-28 выполнения, причем при отсоединении генератора (34) от распределительной сети (210) устройство (200) управления сохраняет параллельное включение статорных обмоток (254, 256, 258) с блоком (242) конденсаторов и дополнительно к нему подключает параллельно блок (272) сопротивлений.

30. Установка по одной из форм 23-29 выполнения, причем для запуска генератора (34) устройство управления (200) отсоединяет его от блока (242) конденсаторов и блока (272) сопротивлений.

31. Установка по одной из форм 23-30 выполнения, причем генератор (34) связан с электрической распределительной сетью (210) посредством блока (300) преобразователей частоты.

32. Установка по форме 31 выполнения, причем блок (300) преобразователей частоты преобразует выработанную генератором (34) с частотой генератора электрическую энергию в электрическую энергию с частотой сети распределительной сети (210) и запитывает ее.

33. Установка по форме 31 или 32 выполнения, причем блок (300) преобразователей частоты преобразует электрическую энергию генератора (34) в электрическую энергию для подачи в распределительную сеть (210), если частота генератора находится в рабочем диапазоне частоты, который простирается от минимальной частоты до высокой частоты.

34. Установка по форме 33 выполнения, причем частота генератора является задаваемой для генератора (34) с помощью блока (300) преобразователей частоты.

35. Установка по одной из форм 32-34 выполнения, причем за счет взаимодействия устройства (200'') управления с блоком (300) преобразователей частоты частота генератора является согласовываемой с высвобождаемой замкнутым процессом в генераторе (34) мощностью.

36. Установка по одной из форм 31-35 выполнения, причем, если частота генератора находится за пределами рабочего диапазона частоты, устройство (200) управления отсоединяет генератор (34) от блока (300) преобразователей частоты.

37. Установка по одной из форм 31-36 выполнения, причем для выработки электрической энергии с частотой сети блок (300) преобразователей частоты имеет промежуточную цепь (304) постоянного тока.

38. Установка по форме 37 выполнения, причем блок (300) преобразователей частоты имеет выполненный с возможностью соединения с генератором (34) первый преобразователь (302) частоты для запитывания промежуточной цепи (304) постоянного тока.

Другие признаки и преимущества изобретения являются предметом последующего описания, а также графического изображения некоторых примеров выполнения.

На чертеже показано:

Фиг. 1 - схематическое изображение замкнутого процесса в использующей отходящее тепло установке с детандерной установкой,

Фиг. 2 - продольный разрез первого примера выполнения соответствующей изобретению детандерной установки,

Фиг. 3 - разрез первого примера выполнения соответствующей изобретению детандерной установки вдоль линии 3-3,

Фиг. 4 - увеличенное изображение области А на фиг. 2 в разрезе,

Фиг. 5 - разрез второго примера выполнения соответствующей изобретению детандерной установки аналогично фиг. 3,

Фиг. 6 - разрез третьего примера выполнения соответствующей изобретению детандерной установки аналогично фиг. 3,

Фиг. 7 - увеличенный разрез четвертого примера выполнения соответствующей изобретению детандерной установки аналогично фиг. 4,

Фиг. 8 - увеличенное изображение держателя ротора согласно четвертому примеру выполнения соответствующей изобретению детандерной установки,

Фиг. 9 - блок-схема процесса, которая показывает ввод в эксплуатацию изображенной на фиг. 1 детандерной установки во взаимосвязи с замкнутым процессом 10, в который вовлечена детандерная установка,

Фиг. 10 - фрагментарное схематическое изображение пятого примера выполнения установки согласно изобретению с детандерной установкой, и

Фиг. 11 - схематическое изображение шестого примера выполнения установки согласно изобретению с детандерной установкой аналогично фиг. 1.

Установка для получения электрической энергии из тепла, прежде всего для получения электрической энергии из отходящего тепла, содержит изображенный на фиг. 1 замкнутый процесс, прежде всего работающий с циклом Ренкина замкнутый процесс, в котором введенная в замкнутый цикл 10 рабочая среда сжимается компрессором 12, который приводится в действие двигателем 14.

В последующем теплообменнике 16 эта рабочая среда испаряется за счет тепла из теплового потока 18.

Подвод тепла осуществляется, например, при посредстве теплового потока 18 с помощью замкнутого контура 20 горячей воды, который тоже проходит через теплообменник 16 и в котором расположен насос 22 горячей воды для перекачки горячей воды в замкнутом контуре 20 горячей воды, который, со своей стороны, приводится в действие двигателем 24.

Испарившаяся в теплообменнике 16 за счет подвода теплового потока 18 рабочая среда подается в расположенную в замкнутом контуре 10, следуя за теплообменником 16, детандерную установку 30, которая содержит детандерное устройство 32, которое приводит в действие генератор для выработки тока.

После протекания через детандерное устройство 32 рабочая среда подводится в замкнутом контуре 10 к теплообменнику 36, в котором рабочая среда конденсируется, причем с помощью теплообменника 36 осуществляется отвод теплового потока 38.

Для этого предусмотрен, прежде всего, замкнутый контур 40 холодной воды, который тоже проходит через теплообменник 36, причем в замкнутом контуре 40 холодной воды расположен насос 42 холодной воды, который приводится в действие двигателем 44.

Прежде всего, компрессором 12 осуществляется изоэнтропическое, преимущественным образом идеальное изоэнтропическое, сжатие образованного теплообменником 36 жидкого насыщенного конденсата рабочей среды, и в теплообменнике 16 происходит по существу изобарное испарение переохлажденной системы вплоть до достижение парообразного насыщенного состояния, в котором затем рабочая среда подводится к детандерной установке 30, причем в детандерном устройстве 32 за счет расширения возникает механическая работа, посредством которой приводится в действие генератор 34.

В теплообменнике 36 происходит, наконец, изобарная, прежде всего полностью изобарная, конденсация рабочей среды за счет отвода теплового потока 38, так что затем к компрессору 12 может снова подводиться жидкий насыщенный конденсат.

В качестве рабочей среды применяются, прежде всего, органические рабочие среды, например R245fa, R1224yd(z), R1336mzz(Z), R1336mzz(E), R1233zd, R1234ze, R1234yf, R134a, R513a, R245fa и их смеси или подобные среды.

Такой замкнутый процесс служит, преимущественным образом, для использования промышленного отходящего тепла, которое получается, например, в диапазоне от 85°С до 700°С, причем с помощью описанного выше замкнутого процесса это отходящее тепло может оптимальным образом преобразовываться в электрическую энергию.

На фиг. 2-4 представлен первый пример выполнения примененной в описанном выше замкнутом процессе 10 детандерной установки 30.

Детандерное устройство 32 выполнено, например, в виде винтового детандера, который в одном примере выполнения выполнен в виде одновинтового детандера или который в изображенной в этом примере выполнения форме выполнения имеет, например, два сцепляющихся друг с другом винта 52 и 54 детандера, которые, со своей стороны, при посредстве выступающих за них с обеих сторон винтообразных валов 56 и 58 расположены в корпусе 62 детандера в отверстиях 53, 55 под винт и установлены с возможностью вращения вокруг параллельных друг другу осей 64 и 66 вращения, причем, например, для винтообразного вала 56 предусмотрены два комплекта 72 и 74 подшипников, а для винтообразного вала 58 предусмотрены два комплекта 76 и 78 подшипников.

При этом комплекты 72 и 76 подшипников расположены, например, со стороны высокого давления винтов 52 и 54 детандера, а комплекты 74 и 78 подшипников расположены со стороны низкого давления винтов 52, 54 детандера.

Детандерное устройство 32 состыковано с генератором 34, например, таким образом, что один из винтообразных валов, например винтообразный вал 56, введен в генератор 34 и образует вал 98 генератора, который держит ротор 82, который в этом случае установлен тоже с возможностью вращения вокруг оси 64 вращения.

Помимо этого, ротор 82 окружен статором 84, который расположен неподвижно в обозначенном в целом ссылочным обозначением 86 корпусе генератора, причем этот корпус 86 генератора, преимущественным образом, непосредственно примыкает к корпусу 62 детандера, например даже монолитно соединен с ним.

Корпус 86 генератора, преимущественным образом, на расположенной напротив корпуса 62 детандера стороне закрыт элементом 88 корпуса, выполненным, например, в виде съемной крышки корпуса.

Для улучшения ходовых качеств ротора 82 элемент 88 корпуса снабжен держателем 92 подшипника, который простирается, исходя от элемента 88 корпуса, например в виде цилиндрического выступа 94, в направлении конца 96 вала выполненного, прежде всего, в виде монолитного продолжения винтообразного вала 56 вала 98 генератора, и конец 96 вала с помощью подшипника 102 установлен с центрированием концентрично с осью 64 вращения, прежде всего оперт дополнительно к комплектам 72 и 74 подшипников, чтобы обеспечивать наиболее спокойный и точный ход вращающегося вокруг оси 64 вращения ротора 82.

В изображенном в виде примера на фиг. 2 и 3 детандерной устройстве 32 поступающая от теплообменника 16 и находящаяся под давлением нагретая рабочая среда входит во впуск 112 охватывающего корпус 62 детандера и корпус 86 генератора полного корпуса 110 детандерной установки 30, затем протекает через детандерное устройство 32, прежде всего через образованные винтами 52 и 54 детандера вместе с корпусом 32 детандера камеры, и затем после расширения поступает в корпус 86 генератора, так что с помощью расширяющейся рабочей среды в корпусе 86 генератора происходит охлаждение ротора 82 и статора 84, и через выпуск 114 выходит из корпуса 86 генератора (фиг. 2).

Выпуск 114 расположен в корпусе 86 генератора, преимущественным образом, на находящейся напротив детандерного устройства 32 стороне генератора 34.

В первом примере выполнения детандерной установки 30 для точной регистрации скорости вращения генератора 34 концу 96 вала 98 генератора придан датчик 120 скорости вращения, который расположен, преимущественным образом, в цилиндрическом выступе 94 элемента 88 корпуса и обращен к концу 96 вала, так что датчик 120 скорости вращения в состоянии регистрировать скорость вращения конца 96 вала.

При этом датчик 120 скорости вращения выполнен, преимущественным образом, в виде электрического генераторного датчика 122, ротор 124 датчика которого снабжен постоянным намагничиванием, преимущественным образом намагничиванием с большой напряженностью поля, которая может получаться, например, за счет применения магнитов с редкоземельными элементами, как, например, NdFeB или SmCo, которые обеспечивают высокую постоянную напряженность поля.

Ротор 124 датчика выполнен, например, многополюсным, прежде всего четырехполюсным или шестиполюсным.

Помимо этого, датчик 120 скорости вращения содержит окружающий ротор 124 датчика статор 126, который несет статорные обмотки и, со своей стороны, за счет центрирующего элемента 128 держится в цилиндрическом выступе 94 корпуса 86 генератора соосно с осью 64 вращения и без возможности проворота.

В датчике 120 скорости вращения является особо предпочтительным, если ротор 124 датчика состыкован непосредственно с концом 96 вала и удерживается им.

Для того чтобы направлять ротор 124 датчика генераторного датчика 122 с наиболее точным центрированием относительно оси 64 вращения, конец 96 вала находится как можно ближе к направляющему его с центрированием подшипнику 102, прежде всего на расстоянии от подшипника 102, которое меньше, чем диаметр конца 96 вала.

Для этого предусмотрен держатель 132 ротора, который держит ротор 124 датчика и посредством центровочного винта 134, который резьбовым участком 136 входит в находящуюся с концевой стороны резьбу 138 в конце 96 вала, центрирует относительно вала 98 генератора и состыкован с ним без возможности проворота.

Для того чтобы дополнительно создать условия для достаточного смазывания подшипника 102 с помощью проходящего через вал 98 генератора канала 142 для смазочного материала, центровочный винт 134 снабжен проходящим соосно с каналом 142 для смазочного материала каналом 144 для смазочного материала, а также проходящим радиально относительно канала 144 для смазочного материала каналом 146 для смазочного материала, которые простираются также сквозь держатель 132 ротора и имеют выпускные отверстия 148, которые позволяют смазочному материалу выходить на обращенной от ротора 82 стороне конца 96 вала вблизи от подшипника 102 в окруженное цилиндрическим выступом 94 и вмещающее в себя датчик 120 скорости вращения пространство, исходя из которого происходит смазывание подшипника 102.

Из этого следует, что датчик 120 скорости вращения выполнен так, что он бесперебойно и длительно работает как в окружении смазочного материала, так и в определенных случаях в приносимой попутно смазочным материалом рабочей среде замкнутого контура 10.

В представленном первом примере выполнения согласно фиг. 4 контактирование статорных обмоток статора 126 осуществляется с помощью проходного соединения 152, которое расположено, например, в проеме 154 элемента 88 корпуса и закрывает его, так что для подключения статорных обмоток статора 126 датчика 120 скорости вращения в распоряжении имеются два, находящихся за пределами корпуса 86 генератора контакта 156 и 158, которые через проходное соединение 152 соединены с ведущими к статору 126 и, прежде всего, к его статорным обмоткам линиями 162 и 164.

За счет того, что образующий датчик 120 скорости вращения генераторный датчик 122 имеет ротор 124 датчика с постоянным намагничиванием, датчик 120 скорости вращения вырабатывает в качестве сигнала датчика пропорциональное, прежде всего строго пропорциональное, скорости вращения вала 98 генератора напряжение.

При этом генераторный датчик 122 со своим ротором 124 датчика и статором 126 выполнен, преимущественным образом, так, что в том случае, если генератор 34 вырабатывает переменное напряжение с частотой, которая соответствует частоте сети питаемой от генератора 34 электрической распределительной сети 210, например около 50 Гц или 60 Гц, он вырабатывает в качестве сигнала датчика электрическое напряжение, которое находится ниже 48 В, однако, преимущественным образом, в диапазоне между 30 и 48 В, еще лучше в диапазоне между 40 и 48 В, чтобы, с одной стороны, можно было измерять скорость вращения вала 98 генератора в диапазоне релевантной частоты сети как можно точнее, то есть с помощью сигнала датчика с наиболее высоким напряжением, но чтобы, с другой стороны, предотвращалось применение высоковольтных компонентов, которые следовало бы применять при напряжениях выше 48 В.

Особо предпочтительное выполнение предусматривает, что генераторный датчик 122 является стандартным генератором с ротором с постоянным намагничиванием.

При этом выработанное генераторным датчиком 122 напряжение может быть, прежде всего, или переменным напряжением, или постоянным напряжением, каждое из которых может измеряться непосредственно, то есть без электрического преобразования.

Решение согласно изобретению пригодно, прежде всего, также для применения в существующих детандерных установках 30, если они выполнены так, что элемент 88 корпуса корпуса 86 генератора имеет держатель 92 подшипника, выполненный, прежде всего, в виде цилиндрического выступа 94, так что генераторный датчик 122 может быть встроен в цилиндрический выступ 94 также в последующем при простом снятии элемента 88 корпуса.

В изображенном примере выполнения генератор 34 с помощью сетевого выключателя 206, преимущественным образом, может подключаться к распределительной сети 210 для снабжения большого количества потребителей, причем эта распределительная сеть выполнена для передачи переменного тока с определенной стабильной частотой.

Измерение напряжения осуществляется с помощью представленного на фиг. 1 устройства 200 управления на предусмотренном для этого измерительном входе 202, который через соответствующую линию соединен с датчиком 120 скорости вращения, прежде всего с электрическими контактами 156 и 158.

Помимо этого, устройство 200 управления через выход 204 управляет сетевым выключателем 206, который соединяет электрический выход генератора 34 с обозначенной в целом ссылочным обозначением 210 электрической распределительной сетью, так что генератор 34 может подавать в нее выработанную электрическую энергию.

Помимо этого, устройство 200 управления выполнено, преимущественным образом, еще так, что оно через выход 212 управляет двигателем 14 компрессора 12, через выход 214 - двигателем 24 насоса 22 горячей воды и через выход 216 - двигателем 44 насоса 42 холодной воды.

Дополнительно предусмотрено, что устройство 200 управления через выход 218 управляет клапаном 222 переключения в байпасной линии 224 к детандерному устройству 32.

Кроме того, устройство 200 управления рациональным образом имеет еще вход 232, через который регистрируется состояние электрической распределительной сети 210, прежде всего в отношении ее частоты и напряжения.

Во втором примере выполнения соответствующей изобретению детандерной установки 30' (фиг. 5) те элементы, которые идентичны таковым первого примера выполнения, снабжены такими же самыми ссылочными обозначениями, так что в отношении описания таковых обращается внимание на изложения к первому примеру выполнения.

Как изображено на фиг. 5, в отличие от первого примера выполнения, выполненный в виде электрического генератора 122 датчик 120' скорости вращения расположен на винтообразном валу 56 на находящейся напротив винта 52 детандера стороне комплекта 72 подшипников, причем ротор 124 датчика состыкован с концом 172 вала и удерживается им, в то время как статор 126 стационарно размещен в выступе 174 корпуса 176 подшипника.

В остальном, генераторный датчик 122 функционирует таким же образом, как в первом примере выполнения, и соединен с устройством 200 управления таким же образом, как в первом примере выполнения.

В третьем примере выполнения соответствующей изобретению детандерной установки 30'' (фиг. 6) те элементы, которые идентичны таковым первого примера выполнения, снабжены такими же самыми ссылочными обозначениями, так что в отношении описания таковых обращается внимание на изложения к первому примеру выполнения.

Как изображено на фиг. 6, в отличие от первого примера выполнения, выполненный в виде электрического генератора 122 датчик 120'' скорости вращения расположен на винтообразном валу 58 на находящейся напротив винта 54 детандера стороне комплекта 76 подшипников, причем ротор 124 датчика состыкован с концом 182 винтообразного вала 58 и удерживается им, в то время как статор 126 стационарно размещен в выступе 184 корпуса 176 подшипника.

Так как винт 54 детандера взаимодействует с приводящим в действие генератор 34 винтом 52 детандера, его скорость вращения пропорциональна скорости вращения генератора 34, так что выработанное генераторным датчиком 122 напряжение тоже представляет собой репрезентативный для скорости вращения генератора 34 сигнал датчика.

В остальном, генераторный датчик 122 функционирует таким же образом, как в первом примере выполнения, и соединен с устройством 200 управления таким же образом, как в первом примере выполнения.

В четвертом примере выполнения решения согласно изобретению, изображенном на фиг. 7 и фиг. 8, улучшена и упрощена установка на опоры ротора 124 датчика работающего как датчик 120 скорости вращения генераторного датчика 122.

В остальном, в четвертом примере выполнения те части, которые идентичны таковым первого примера выполнения, снабжены такими же самыми ссылочными обозначениями, так что можно в полном объеме ссылаться на предыдущие изложения к первому примеру выполнения.

В четвертом примере выполнения держатель 132 ротора и центровочный винт 134 объединены в единый, завинченный в конец 96 вала держатель 192 ротора, который с одной стороны сам непосредственно держит ротор 124 датчика и имеет еще следующий за резьбовым участком 136 центровочный конус 194, который взаимодействует с центровочным конусом 286 на конце 96 вала, так что за счет этого происходит дополнительное центрирование держателя 192 ротора по отношению к оси 64 вращения, чтобы достигать улучшенного центрирования ротора 124 (фиг. 7 и 8).

За счет объединения держателя 132 ротора и центровочного винта 134 также, прежде всего, также отпадает возможно возникающий между ними зазор.

Кроме того, держатель 192 ротора содержит также еще проходящий параллельно оси 64 вращения канал 142 для смазочного материала и два, проходящих радиально по отношению к нему канала 146 для смазочного материала с выпускными отверстиями 148, которые расположены таким же образом, как в первом примере выполнения (фиг. 7, 8).

Запуск в работу описанных выше примеров выполнения соответствующих изобретению детандерных установок 30 осуществляется со стороны устройства 200 управления, например, согласно изображенному на фиг. 9 порядку.

На первом шаге S1 осуществляется постоянный контроль статуса распределительной сети 210, прежде всего в отношении напряжения и частоты в электрической распределительной сети, регистрируемого на входе 232.

После этого на шаге S2 осуществляется контроль всех компонентов замкнутого контура 10 и детандерной установки 30, то есть, прежде всего, детандерной установки 30 с генератором 34 и датчиком 120 скорости вращения.

На третьем шаге S3 осуществляется включение двигателя 44 насоса холодной воды, чтобы привести в действие замкнутый контур 40 холодной воды и таким образом обеспечить конденсацию рабочей среды в теплообменнике 36.

На дальнейшем шаге S4 осуществляется закрытие клапана 222 переключения для введения в действие байпасной линии 24 для детандерной установки 30, так что существенная часть нагретой в теплообменнике 16 рабочей среды течет не через детандерную установку 30, прежде всего не через детандерное устройство 32, а через байпасную линию 224.

Например, доля рабочей среды, которая течет через детандерное устройство 32, меньше 10% от всей, выходящей из теплообменника 16 нагретой рабочей среды.

На дальнейшем шаге S5 осуществляется включение двигателя 24 насоса 22 горячей воды, чтобы привести в действие замкнутый контур 20 горячей воды и таким образом прогреть теплообменник 16, чтобы рабочая среда в нем испарялась.

После этого на шаге S6 осуществляется включение двигателя 14 для работы компрессора 12, причем компрессор 12 сначала работает с малой производительностью, чтобы нагреть всю систему.

Затем, на следующем шаге S7 начинается регистрация скорости вращения генератора 34 с помощью датчика 120 скорости вращения, чтобы зарегистрировать, насколько быстро ускоряется генератор 34, который в этом случае работает без нагрузки и приводится в действие с помощью лишь малой доли рабочей среды.

На следующем шаге S8 выжидается определенное время, и вся система нагревается далее.

На следующем шаге S9 осуществляется открытие клапана 222 переключения, чтобы разорвать байпасную линию 224.

После разрыва байпасной линии 224 скорость вращения генератора 34 относительно быстро увеличивается, за чем следит датчик 120 скорости вращения, и после выявления скорости вращения генератора 34, при которой он вырабатывает переменное напряжение с частотой, которая на шаге S10 лишь незначительно еще отличается от частоты электрической распределительной сети 210, устройство 200 управления на шаге S11 замыкает сетевой выключатель 206, так что теперь генератор 24 работает под нагрузкой в распределительной сети 210 и в отношении своей скорости вращения стабилизируется самой распределительной сетью 210, так что на следующем шаге S12 лишь в качестве меры предосторожности с помощью датчика 120 скорости вращения и устройства 200 управления по-прежнему еще осуществляется отлеживание скорости вращения генератора 34.

Если при этом из скорости вращения генератора 34 получается переменное напряжение с частотой, которая отличается от частоты сети больше чем на предопределенное заданное значение, устройством 200 управления осуществляется регулировочное вмешательство в замкнутый контур 10, например активация байпасной линии 224 с помощью клапана 222 переключения, чтобы снова снизить скорость вращения генератора 34 или чтобы при необходимости посредством размыкания сетевого переключателя 206 отсоединить генератор 34 от распределительной сети 210.

В пятом примере выполнения установки согласно изобретению для получения электрической энергии из тепла, содержащей детандерную установку согласно одному из предыдущих примеров выполнения, те элементы, которые идентичны предыдущим элементам, снабжены такими же самыми ссылочными обозначениями, так что можно в полном объеме ссылаться на изложения к этим элементам.

В отличие от предыдущих примеров выполнения, к генератору 34 является подключаемым еще блок 242 конденсаторов, который имеет расположенные, например, по схеме треугольника конденсаторы 244, 246, 248, которые являются подключаемыми, прежде всего, параллельно отдельным статорным обмоткам 254, 256 и 258 генератора 34, причем для этого предусмотрен еще соединительный переключатель 260, который является управляемым через выход 262 устройства 200' управления.

Дополнительно к блоку конденсаторов 242 является подключаемым еще блок 272 сопротивлений, причем отдельные сопротивления 274, 276 и 278 блока 272 сопротивлений могут подключаться соответственно параллельно конденсаторам 244, 246, 248.

Для этого предусмотрен соединительный переключатель 280 сопротивлений, который соединен с выходом 282 устройства 200' управления и таким образом является управляемым через устройство 200' управления.

Пятый пример выполнения функционирует теперь так, что, как описано во взаимосвязи с первым примером выполнения, генератор 34 может включаться сетевым выключателем 206 в том случае, если он выдает переменное напряжение с частотой, которая соответствует частоте сети распределительной сети 210.

Для включения генератора 34 с помощью сетевого выключателя 206 в распределительную сеть 210 дополнительно с помощью соединительного переключателя 260 параллельно статорным обмоткам 254, 256 и 258 может подключаться также блок 242 конденсаторов, причем блок 242 конденсаторов со своими конденсаторами 244, 246 и 248 служит для того, чтобы выполнять согласование по мощности в отношении реактивной и активной мощностей.

При этом соединительный переключатель 260 замыкается устройством 200' управления в том случае, если сетевой выключатель 206 тоже замкнут и таким образом генератор 34 отдает электрическую энергию в распределительную сеть 210.

Если же сетевой выключатель 206 размыкается, то сначала соединительный переключатель 260 остается и далее замкнутым.

Дополнительно устройством 200' управления замыкается соединительный переключатель 280 сопротивлений, так что теперь отдельные сопротивления 274, 276 и 278 включены параллельно конденсаторам 244, 246 и 248.

Это приводит к тому, что, с одной стороны, к статорным обмоткам 254, 256 и 258 все еще приложено напряжение и, таким образом, при вращающемся далее роторе 82 генератора 34 происходит торможение ротора 82, так как еще вырабатываемая генератором 34 электрическая энергия преобразуется в сопротивлениях 274, 276 и 278 в тепло и, таким образом, имеет следствием торможение ротора 82 генератора 34.

Как только ротор 82 генератора 34 останавливается, соединительный переключатель 280 сопротивлений размыкается устройством 200' управления и, кроме того, устройством 200' управления размыкается соединительный переключатель 260, так что блок 242 конденсаторов тоже больше не подключен параллельно статорным обмоткам 254, 256 и 258 генератора 34.

При новом запуске в работу генератора 34 устройство 200' управления регистрирует с помощью датчика 120 скорости вращения вращательное движение ротора 82, причем, как описано, например, ранее, за счет приведения в действие замкнутого контура 10 скорость вращения ротора 82 увеличивается и таким образом увеличивается также частота вырабатываемого генератором 34 переменного напряжения.

Во время этой фазы статорные обмотки 254, 256 и 258 не соединены с блоком 242 конденсаторов.

Только тогда, когда со стороны устройства 200' управления с помощью сетевого выключателя 206 осуществляется подключение генератора 34 к распределительной сети 210, снова осуществляется соединение блока 242 конденсаторов с помощью соединительного переключателя 260, чтобы тоже, как уже было упомянуто выше, выполнить согласование по мощности.

Конечно, соединительный переключатель 280 сопротивлений остается по-прежнему разомкнутым, и таким образом блок 272 сопротивлений остается отсоединенным от блока 242 конденсаторов до тех пор, пока снова не произойдет размыкание сетевого выключателя 206. Только тогда с помощью соединительного переключателя 280 сопротивлений снова осуществляется подключение блока 272 сопротивлений к блоку 242 конденсаторов, что вызывает уже описанный эффект торможения ротора 82 генератора 34.

В шестом примере выполнения установки согласно изобретению с детандерной установкой, представленном на фиг. 11, вырабатываемая генератором 34 электрическая энергия через сетевой выключатель 206 подводится к блоку 300 преобразователей частоты. Он содержит первый преобразователь 302 частоты, который подает переменный ток, прежде всего трехфазный, выработанный генератором 34 переменный ток, в форме постоянного тока в промежуточную цепь 304 постоянного тока блока 300 преобразователей частоты.

Эта промежуточная цепь 304 постоянного тока, со своей стороны, опять же соединена со вторым преобразователем 306 частоты блока 300 преобразователей частоты, который, в свою очередь, преобразует постоянный ток промежуточной цепи 304 постоянного тока и подает в выходную цепь 308 переменного тока с соответствующей частоте распределительной сети 210 частотой сети.

В выходной цепи 308 переменного тока предусмотрены первый блок 312 индукторов и второй блок 314 индукторов, а между двумя блоками 312 и 314 индукторов расположен блок 316 конденсаторов, так что с помощью блоков 312 и 314 индукторов, а также блока 316 конденсаторов возможна оптимальная адаптация вырабатываемого вторым преобразователем 306 переменного тока к распределительной сети 210.

Выходная цепь 308 переменного тока является, помимо этого, соединяемой с распределительной сетью 210 еще через выходной выключатель 322.

В этом шестом примере выполнения устройство 200'' управления выполнено так, что оно с помощью сетевого выключателя 206 соединяет генератор 34 с первым преобразователем 302 частоты только тогда, когда генератор 34 вращается с минимальной скоростью вращения, которая регистрируется датчиком 120 скорости вращения.

Минимальная скорость вращения генератора 34 установлена по величине, например, так, чтобы выработанный переменный ток имел частоту генератора, которая приблизительно соответствует минимальной частоте, которая находится в диапазоне от 20 Гц до 30 Гц.

Начиная с этой минимальной частоты, достигнут рабочий диапазон частоты для первого преобразователя 302 частоты, так что после этого от первого преобразователя 302 частоты в промежуточную цепь 304 постоянного тока подается постоянный ток.

Таким образом, в этом рабочем диапазоне частоты второй преобразователь 306 частоты тогда тоже в состоянии вырабатывать в выходной цепи 308 переменного тока переменный ток, который имеет частоту, которая соответствует частоте сети распределительной сети 210.

Таким образом, устройство 200'' управления в состоянии управлять первым преобразователем 302 частоты через выход 342 так, чтобы оно, начиная с достижения минимальной частоты переменного тока, приводило в действие первый преобразователь 302 частоты так, чтобы его частота преобразователя на небольшое число герц, например на 1-3 Гц, была ниже, чем частота генератора, чтобы осуществлять отбор энергии от генератора 34 за счет его торможения и посредством этого подавать выработанную генератором 34 электрическую энергию в промежуточную цепь 304 постоянного тока.

В отличие от этого, второй преобразователь 306 частоты всегда эксплуатируется так, что он вырабатывает переменный ток точно с частотой сети распределительной сети 210 и подает в выходную цепь 308 переменного тока.

Таким образом, устройство 200'' управления в состоянии приводить в действие генератор 34 в диапазоне скорости вращения, который приводит к переменному току, который может варьироваться в рабочем диапазоне между названной минимальной частотой и наивысшей частотой, которая составляет, например, от 60 до 80 Гц, так как всего имеется возможность того, чтобы через первый преобразователь 302 частоты подавать выработанный переменный ток в промежуточную цепь 304 постоянного тока.

При этом устройство 200'' управления будет приводить в действие замкнутый процесс, прежде всего, так, чтобы в генераторе 34 имелся в распоряжении наиболее оптимальный выход энергии для подачи в распределительную сеть 210.

Если в распределительной сети 210 возникают проблемы, то устройство 202' управления в состоянии с помощью выходного выключателя 322 отсоединить второй преобразователь 306 частоты от сети и таким образом предотвратить нанесение ему ущерба.

Точно также устройство 200'' управления в состоянии отсоединить первый преобразователь 302 частоты от генератора 34, если его скорость вращения приводит к частотам генератора выработанного переменного тока, которые находятся за пределами рабочего диапазона, который простирается от минимальной частоты вплоть до наивысшей частоты.

В отличие от первого примера выполнения, шестой пример выполнения установки согласно изобретению может эксплуатироваться так, что шаги S1-S7 согласно фиг.9 выполняются устройством 200'' управления таким же образом, как описано во взаимосвязи с устройством 200 управления.

Однако выполнение шага S9 может осуществляться уже после намного более короткой продолжительности работы согласно шагу S8, и на шаге S10 уже при достижении соответствующей рабочему диапазону частоты генератора может осуществляться подача выработанной при частоте генератора электрической энергии в распределительную сеть 210 согласно S10.

После этого устройством 200'' управления осуществляется постепенное увеличение частоты генератора в пределах рабочего диапазона частоты, чтобы иметь возможность подачи в распределительную сеть 210 от генератора 34 еще большей электрической мощности.

При этом устройство 200'' управления, с одной стороны, будет оптимизировать ход событий в замкнутом процессе так, чтобы можно было получать в генераторе 34 как можно больше электрической энергии и подавать ее в распределительную сеть 210, причем на основании сигнала датчика 120 скорости вращения постоянно осуществляется адаптация первого преобразователя 302 частоты к частоте генератора, если она находится в рабочем диапазоне частоты.

Однако можно также с помощью устройства 200'' управления увеличивать частоту генератора только до определенной частоты, например до частоты сети, и затем поддерживать его при этой частоте.

Изобретение относится к детандерной установке для получения электрической энергии из тепла. Предложена детандерная установка (30) для получения электрической энергии из тепла посредством термодинамического замкнутого процесса, содержащая приводимое в действие посредством расширяющейся рабочей среды термодинамического замкнутого процесса детандерное устройство (32) и генератор (34), который приводится в действие посредством детандерного устройства (32). Детандерная установка (30) снабжена датчиком (120) скорости вращения, который связан с вращающимся пропорционально ротору (82) генератора (34) валом (98, 56, 58) детандерной установки (30) и который выполнен в виде электрического генераторного датчика (122), который вырабатывает электрический сигнал датчика, причем электрический генераторный датчик (122) вырабатывает в качестве сигнала датчика электрическое напряжение, регистрируемое путем непосредственного измерения напряжения и являющееся по существу пропорциональным скорости вращения генератора. Технический результат – упрощение и удешевление приема и обработки сигнала электрического генераторного датчика. 2 н. и 35 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Детандерная установка (30) для получения электрической энергии из тепла посредством термодинамического замкнутого процесса, содержащая приводимое в действие посредством расширяющейся рабочей среды термодинамического замкнутого процесса детандерное устройство (32) и генератор (34), который приводится в действие посредством детандерного устройства (32), отличающаяся тем, что детандерная установка (30) снабжена датчиком (120) скорости вращения, который связан с вращающимся пропорционально ротору (82) генератора (34) валом (98, 56, 58) детандерной установки (30) и который выполнен в виде электрического генераторного датчика (122), который вырабатывает электрический сигнал датчика, причем электрический генераторный датчик (122) вырабатывает в качестве сигнала датчика электрическое напряжение, регистрируемое путем непосредственного измерения напряжения и являющееся по существу пропорциональным скорости вращения генератора.

2. Детандерная установка по п. 1, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) расположен в полном корпусе детандерной установки (30) и, прежде всего, подвержен в нем воздействию рабочей среды и/или смазочного материала.

3. Детандерная установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) имеет ротор (124) датчика с постоянным намагничиванием, который взаимодействует с имеющим статорные обмотки статором (126), причем при вращающемся роторе (124) датчика в статорных обмотках статора (126) возникает зависящее от скорости вращения ротора (124) датчика напряжение, которое представляет собой сигнал датчика.

4. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что для реализации постоянного намагничивания ротор (124) датчика имеет содержащий редкоземельные элементы магнитный материал.

5. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) выполнен так, что при скорости вращения генератора (34), которая соответствует частоте вырабатываемого переменного напряжения, которая находится в диапазоне частоты сети распределительной сети, он вырабатывает напряжение в диапазоне между 30 В и 48 В, преимущественным образом между 40 В и 48 В.

6. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что ротор (124) датчика генераторного датчика (122) состыкован непосредственно с концом (96, 172, 182) вала без возможности проворота и удерживается им.

7. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что ротор (124) датчика генераторного датчика (122) расположен на соединенном с концом (96, 172, 182) вала держателе (162, 192) ротора.

8. Детандерная установка по п. 7, отличающаяся тем, что держатель (162, 192) ротора соединен с концом (96) вала посредством центровочного винта (134).

9. Детандерная установка по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что держатель (192) ротора отцентрирован относительно конца (96) вала посредством центровочного конуса (194).

10. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что состыкованный с ротором (124) датчика генераторного датчика (122) и удерживающий его конец (96, 172, 182) вала центрировано направляется подшипником (102, 72, 76).

11. Детандерная установка по п. 10, отличающаяся тем, что конец (96, 172, 182) вала имеет от этого центрировано направляющего подшипника (102, 72, 76) максимально расстояние, которое соответствует диаметру конца (96, 172, 182) вала.

12. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) расположен в полном корпусе (110) детандерной установки (30).

13. Детандерная установка по п. 12, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) расположен в корпусе (62) детандера.

14. Детандерная установка по п. 13, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) состыкован с винтообразным валом (56, 58).

15. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) расположен в корпусе (86) генератора.

16. Детандерная установка по п. 15, отличающаяся тем, что генераторный датчик (122) состыкован с валом (98) генератора.

17. Детандерная установка по п. 16, отличающаяся тем, что ротор (124) датчика генераторного датчика (122) состыкован с концом (96) вала генератора и удерживается им.

18. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что статор (136) генераторного датчика (120) удерживается на элементе (88) корпуса, прежде всего на демонтируемом с полного корпуса (110) элементе (88) корпуса.

19. Детандерная установка по п. 18, отличающаяся тем, что элемент (88) корпуса снабжен электрическим проходным соединением (152).

20. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что статор (126) генераторного датчика (122) стационарно удерживается на выступе (94, 174, 184) полного корпуса (110) детандерной установки (30).

21. Детандерная установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что детандерное устройство (32) имеет по меньшей мере один приводимый в действие расширяющейся рабочей средой винт (52, 54) детандера, посредством которого осуществляется приведение в действие генератора (34).

22. Установка для получения электрической энергии из тепла, прежде всего из отходящего тепла, содержащая приводимую в действие в термодинамическом замкнутом процессе детандерную установку (30), отличающаяся тем, что детандерная установка (30) выполнена по одному из пп. 1-21.

23. Установка по п. 22, отличающаяся тем, что она имеет управляющее замкнутым контуром (10) замкнутого процесса, а также сетевым выключателем (206) для соединения генератора (34) с электрической распределительной сетью (210) устройство (200) управления.

24. Установка по п. 23, отличающаяся тем, что устройство (200) управления регистрирует выработанное генераторным датчиком (122) напряжение, определяет из него величину скорости вращения генератора (34), и если скорость вращения генератора (34) приводит к переменному напряжению, частота которого соответствует частоте сети электрической распределительной сети (210), посредством замыкания сетевого выключателя (206) соединяет генератор (34) с электрической распределительной сетью (210).

25. Установка по одному из пп. 22-24, отличающаяся тем, что устройство (200) управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью (210) генератора (34), и если частота выработанного переменного напряжения отличается от частоты сети, оказывает управляющее воздействие на замкнутый контур (10) в смысле согласования скорости вращения генератора (34).

26. Установка по одному из пп. 22-25, отличающаяся тем, что устройство (200) управления отслеживает скорость вращения связанного с распределительной сетью (210) генератора (34), и если разность между частотой выработанного генератором (34) переменного напряжения и частотой сети распределительной сети (210) превышает пороговое значение, посредством размыкания сетевого выключателя (206) отсоединяет генератор (34) от электрической распределительной сети (210).

27. Установка по одному из пп. 22-26, отличающаяся тем, что при соединении генератора (34) с распределительной сетью (210) устройство (200) управления подключает параллельно статорным обмоткам (254, 256, 258) генератора (34) блок (242) конденсаторов.

28. Установка по одному из пп. 22-27, отличающаяся тем, что при отсоединении генератора (34) от распределительной сети (210) устройство (200) управления сохраняет параллельное включение статорных обмоток (254, 256, 258) с блоком (242) конденсаторов и дополнительно к нему подключает параллельно блок (272) сопротивлений.

29. Установка по одному из пп. 22-28, отличающаяся тем, что для запуска генератора (34) устройство управления (200) отсоединяет его от блока (242) конденсаторов и блока (272) сопротивлений.

30. Установка по одному из пп. 22-29, отличающаяся тем, что генератор (34) связан с электрической распределительной сетью (210) посредством блока (300) преобразователей частоты.

31. Установка по п. 30, отличающаяся тем, что блок (300) преобразователей частоты преобразует выработанную генератором (34) с частотой генератора электрическую энергию в электрическую энергию с частотой сети распределительной сети (210) и запитывает ее.

32. Установка по п. 30 или 31, отличающаяся тем, что блок (300) преобразователей частоты преобразует электрическую энергию генератора (34) в электрическую энергию для подачи в распределительную сеть (210), если частота генератора находится в рабочем диапазоне частоты, который простирается от минимальной частоты до высокой частоты.

33. Установка по п. 32, отличающаяся тем, что частота генератора является задаваемой для генератора (34) с помощью блока (300) преобразователей частоты.

34. Установка по одному из пп. 31-33, отличающаяся тем, что за счет взаимодействия устройства (200'') управления с блоком (300) преобразователей частоты частота генератора является согласовываемой с высвобождаемой замкнутым процессом в генераторе (34) мощностью.

35. Установка по одному из пп. 30-34, отличающаяся тем, что, если частота генератора находится за пределами рабочего диапазона частоты, устройство (200) управления отсоединяет генератор (34) от блока (300) преобразователей частоты.

36. Установка по одному из пп. 30-35, отличающаяся тем, что для выработки электрической энергии с частотой сети блок (300) преобразователей частоты имеет промежуточную цепь (304) постоянного тока.

37. Установка по п. 36, отличающаяся тем, что блок (300) преобразователей частоты имеет выполненный с возможностью соединения с генератором (34) первый преобразователь (302) частоты для запитывания промежуточной цепи (304) постоянного тока.