Электроэнергетическая установка Советский патент 1993 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получе- ния электрической энергии путем утилизации теплоты различных низкопотенциальных источников главным образом природных, например геотермальных.

Цель изобретения - повышение экономичности и надежности установки при работе ее с локальным источником теплоты.

На чертеже приведена принципиальная конструктивная схема предлагаемой электроэнергетической установки.

Корпус 1 снабжен крышкой 2 и внутренней горизонтальной опорой 3. В корпусе 1 над опорой 3 размещены турбина 4 и электрический генератор 5, связанные роторами, оси которых расположены вертикально. В простейшем случае роторы турбины 4 и генератора 5 связаны между собой непосредственно и имеют общую геометрическую ось. Насос б размещен в корпусе 1 под горизонтальной опорой 3, причем рабочее колесо насоса соединено с роторами турбины и генератора. На чертеже показано одно из

ю

х| СЛ

СО

возможных расположений генератора, турбины и насоса, когда ротор турбины 4 расположен между ротором генератора 5 и рабочим колесом насоса 6.

Парогенератор 7 размещен вне корпуса 1 в области источника теплоты. Поскольку корпус с помещенными в нем узлами может быть удален от локального источника теплоты, вход 8 парогенератора 7 соединен с выходным патрубком насоса 6 с помощью первого внешнего трубопровода 9, а выход 10 парогенератора соединен с паровыпу- ском турбины 4 вторым внешним трубопроводом 11. Конденсатор установки содержит теплообменник 12 и конденсатосборник 13 жидкой фазы рабочего тела цикла. Теплообменник 12 также размещен вне корпуса 1 в области приемника теплоты (например, в воде в температурой, более низкой, чем в геотермальном источнике теплоты) и соединен с выхлопным патрубком турбины 4 третьим внешним трубопроводом 14 и с кон- денсатосборником 13 четвертым внешним трубопроводом 15. Внешние трубопроводы 9,11,14 и 15 могут быть выполнены гибкими для удобства размещения парогенератора 7 и теплообменика 12 относительно корпуса 1 и других существующих строительных конструкций. Конденсатосборник 13 расположен в корпусе 1 под горизонтальной опорой 3, а входной патрубок насоса б помещен в конденсатосборнике 13 ниже уровня .заполняющей его жидкой фазы рабочего тела цикла.

Клеммы 16 подключения потребителя электроэнергии размещены на корпусе 1 с его наружной стороны и связаны электрически с выходом генератора 5 через преобразователь 17. В зависимости от соотношения между характеристиками генератора и потребителя электроэнергии преобразователь 17 обеспечивает выпрямление переменного тока или изменение его частоты, изменение уровня напряжения, стабилизацию напряжения и т.п.

Блок 18 регулирования предназначен для управления установкой по сигналам об изменении напряжения на клеммах 16, частоты вращения роторов и других характерных параметров работы установки. В одном из возможных случаев, показанном на чертеже, выход блока 18 регулирования соединен с приводным механизмом 19 регулирующего клапана 20, установленного на выходе пара из трубопровода 11 в паро- впуск турбины 4. Блок 21 запуска установки, подключенный к блоку 18, предназначен для ввода установки в режим в начале работы.

Герметичный колпак 22 закреплен на верхней стороне горизонтальной опоры 3, причем турбина 4 и генератор 5 оказываются размещенными внутри этого колпака. Поэтому полость низкого давления под горизонтальной опорой 3 изолирована от полости над опорой, несмотря на неизбежные зазоры между роторами и корпусами турбины и генератора, что позволяет выполнять наладку, испытания узлов без крышки 2 на работающей установке. Рабочее тело в установке должно быть выбрано так, чтобы температура его парообразования при принятом в цикле давлении была ниже темпера5 туры используемого источника теплоты, Для низкопотенциальных источников необходимы соответственно низкокипящие рабочие тела, например спирты, ароматические углеводороды и т.п.

0 Предлагаемая электроэнергетическая установка работает следующим образом. Перед эксплуатацией установки из полости внутри корпуса 1 должен быть откачан воздух, давление в этой полости при этом дол5 жно быть приблизительно равно давлению паров рабочего тела цикла при температуре насыщения. В парогенераторе 7, помещенном в области источника теплоты, рабочее тело, первоначально подаваемое, напри0 мер, специальным пусковым насосом, испаряется. Образующийся пар - парообразная фаза рабочего тела цикла - по трубопроводу 11 через открытый регулирующий клапан 20 поступает в турбину 4 и приводит во враще5 ние ее ротор и связанный с ним ротор электрического генератора 5 и рабочее колесо насоса 6. Вырабатываемая в результате этого электроэнергия поступает к потребителю через преобразователь 17 и клеммы 16. От0 работавший в турбине пар через трубопровод 14 поступает в теплообменник 12. где конденсируется, отдавая теплоту наружному приемнику теплоты. Образовавшийся конденсат - жидкая фаза рабочего тела цик5 па - поступает по трубопроводу 15 в конденсатосборник 13. Насос 6, рабочее колесо которого приводится во вращение ротором турбины 4, забирает жидкость через помещенный в конденсатосборнике входной

0 патрубок и направляет ее по трубопроводу 9 опять в парогенератор 7.

Блок запуска 21 обеспечивает начало циркуляции рабочего тела через парогенератор 7 при включении установки в работу,

5 когда мощности турбины недостаточно для привода насоса 6. При этом используется внешний источник энергии (на чертеже не показан). При нормальной работе блок 18 регулирования подает воздействия на приводной механизм 19 так, чтобы регулирующий клапан 20 пропускал к турбине 4 расход пара, обеспечивающий требуемую ее мощность в соответствии со значением регулируемого параметра - напряжением получаемого электрического тока, частоты вращения ротора и т.д.

Формула изобретения 1. Электроэнергетическая установка с низкопотенциальным источником теплоты, содержащая корпус с крышкой и внутренней горизонтальной опорой, над которой размещены связанные между собой посредством вертикально расположенных роторов электрический генератор и турбина с паро- впуском и выхлопным патрубком, а также насос с рабочим колесом и входным и выходным патрубками, парогенератор, конденсатор с теплообменником и конденсатосборником, преобразователь и блоки запуска и регулирования, при этом парогенератор входом и выходом подсоединен соответственно к выходному патрубку насоса и к паровпуску турбины, теплообменник конденсатора подсоединен к выхлопному патрубку турбины и конденсатосборнику, а электрический генератор через преобразователь и блоки запуска и регулирования посредством клемм подключен к потребителю электроэнергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности при работе установки с локальным источником теплоты, она дополнительно снабжена четырьмя трубопроводами, размещенными

0

5

0

5

0

5

снаружи корпуса, насос и конденсатосбор- ник размещены в корпусе под горизонтальной опорой, парогенератор и теплообменник конденсатора - вне корпуса соответственно в зонах источника и приемника теплоты, а клеммы подключения электрического генератора к потребителю - на корпусе с его наружной стороны, причем рабочее колесо насоса соединено с роторами турбины и электрического генератора, а его входной патрубок размещен в конденса- тосборнике ниже уровня жидкой фазы рабочего тела, при этом подсоединение парогенератора к насосу и турбине, а также теплообменника конденсатора к турбине и конденсатосборнику осуществлено посредством упомянутых трубопроводов.

2. Установка по п. 1,отличающаяся тем, что, с целью повышения технологичности, она снабжена герметичным кожухом, выполненным в виде колпака, размещенным в корпусе над горизонтальной опорой и закрепленным на последней, при этом турбина и генератор установлены внутри колпака.

3. Установка по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ- а я с я тем, что, с целью повышения технологичности, ротор турбины размещен между рабочим колесом насоса и ротором генератора.

4. Установка попп.1-3,отличающа- я с я тем, что, с целью повышения технологичности, по крайней мере два из четырех трубопроводов выполнены гибкими.

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно для получения электрической энергии путем утилизации теплоты низкопотенциальных источников, например геотермальных. Сущность изобретения: в корпусе над внутренней горизонтальной опорой размещены турбина с паровпуском и выхлопным патрубком и электрический генератор, связанные роторами. Насос соединен выходным патрубком с входом парогенератора, выход которого соединен с паровпуском турбины. В состав конденсатора входят теплообменник и конденсзтосбор- ник жидкой фазы рабочего тела цикла. Клеммы подключены через преобразователь к генератору и служат для передачи энергии потребителю. При этом насос размещен под горизонтальной опорой, а его рабочее колесо соединено с роторами турбины и генератора.: Конденсатосборник расположен в корпусе под горизонтальной опорой. Входной патрубок насоса помещен в конденса- тосборнике ниже уровня жидкой фазы рабочего тела. Парогенератор и теплообменник конденсатора размещены вне корпуса соответственно в зонах источника и приемника теплоты и соединены с насосом, турбиной и конденсатосборником с помощью расположенных вне корпуса трубопроводов, а клеммы размещены на корпусе с его наружной стороны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. со