початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2053376

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНА ВСТАНОВЛЕННЯ

Ім'я винахідника: Булкін Анатолій Єфремович; Калашников Арсеній Олександрович; Москаленко Володимир Валентинович; Панов Валерій Іванович; Панов Євген Іванович
Ім'я патентовласника: Булкін Анатолій Єфремович; Калашников Арсеній Олександрович; Москаленко Володимир Валентинович; Панов Валерій Іванович; Панов Євген Іванович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.04.09

Використання: в теплоенергетиці для отримання електричної енергії шляхом утилізації теплоти низькопотенційних джерел. Суть винаходу: в корпусі 1 розміщені конденсатосборник 2, електричний генератор 5, турбіна 6 і поживний насос. З вихлопних патрубком 30 з'єднаний регенеративний підігрівач 31, з'єднаний трубопроводом 33 з теплообмінником 34 конденсатора. Теплообмінник 34 розміщений в зоні приймача теплоти, а парогенератор 16 - в зоні джерела теплоти. Для підвищення надійності установки при пуску вона забезпечена сепаратором 20 з поплавковим регулятором 23 рівня, з паровим клапаном 21, дренажним клапаном 24 і обвідним клапаном. Сепаратор 20 запобігає потраплянню вологи в проточну частину турбіни, відокремлюючи вологу від газоподібної фази, і на початковому етапі пуску направляє потік робочого тіла в обвід турбіни 6. Пусковий резервуар 10, і тимчасово поміщається в зону джерела теплоти, дозволяє забезпечити початкову циркуляцію робочого тіла через парогенератор і інші частини циклу. Вентилятор 36 дозволяє інтенсифікувати роботу теплообмінника 34 при використанні в якості приймача теплоти навколишнього повітря.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до теплоенергетики і може бути використано для отримання електричної енергії шляхом утилізації теплоти низькопотенційних джерел, природних (наприклад, геотермальних) або на основі виробничих відходів (наприклад, попутних газів, потоків нагрітої води і т.п.).

Відомі електроенергетичні установки з низькопотенційну джерелом теплоти, що містять корпус, всередині якого розміщені конденсатосборник, електричний генератор, турбіна і поживний насос, і розміщені поза корпусу парогенератор і теплообмінник конденсатора, з'єднані трубопроводами з турбіною, Конденсатозбірники і насосом.

У цих установках не передбачені схемні і конструктивні заходи для підвищення економічності в умовах малого наявного теплоперепада, в результаті чого утилізованих теплота використовується недостатньо ефективно. Крім того, в зазначених установках відсутні засоби регулювання і запуску, що негативно позначається на надійності як в пускових, так і в нормальних режимах. Лопатковий апарат турбіни не захищений від попадання на нього крапель рідкої фази робочого тіла, що особливо істотно при пуску.

Відома і електроенергетична установка з низькопотенційну джерелом теплоти, що містить корпус, всередині якого розміщені конденсатосборник, пов'язані між собою за допомогою роторів, забезпечених підшипниками, електричний генератор, турбіна з паровпуска і вихлопних патрубком і поживний насос з вхідним і вихідним патрубками, розміщені поза корпусу парогенератор і теплообмінник конденсатора, перший з яких поміщений в зоні джерела теплоти, а другий в зоні приймача теплоти (див. Кульмамедов К.О. Розробка і дослідження автономної сонячної енергетичної установки паротурбінного типу: Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Ашхабад, Туркменський держ. університет, 1990, 19 с.). І тут не передбачені заходи з підвищення надійності, відсутні засоби регулювання і запуску, а й в недостатній мірі використані можливості підвищення ефективності виробництва електроенергії.

Технічне завдання винаходу полягає в підвищенні надійності при пуску установки.

Для вирішення технічної задачі електроенергетична установка з низьконапірним джерелом теплоти, що містить корпус, всередині якого розміщені конденсатосборник, пов'язані між собою за допомогою роторів, забезпечених підшипниками, електричний генератор, турбіна з паровпуска і вихлопних патрубком і поживний насос з вхідним і вихідним патрубками, розміщені поза корпусу парогенератор і теплообмінник конденсатора, перший з яких поміщений в зоні джерела теплоти, а другий в зоні приймача теплоти, додатково забезпечена регенеративним підігрівачем і сепаратором, причому вхід регенеративного підігрівача по гріє середовищі підключений до вихлопного патрубка турбіни, вихід до теплообмінника конденсатора, а по нагрівається середовищі вхід до вихідного патрубку живильного насоса, а вихід до входу парогенератора, сепаратор виконаний у вигляді ємності з поплавковою камерою, поміщеним в неї поплавком, дренажним трубопроводом і скідних трубопроводом з дроселем, при цьому сепаратор розміщений всередині корпусу установки і включений в трубопровід між парогенератором і паровпуска турбіни , а дренажний і скидний трубопроводи з'єднані з порожниною регенеративного підігрівача.

Установка може бути додатково забезпечена охолоджувачем дренажу, який включений в дренажний трубопровід між сепаратором і порожниною регенеративного підігрівача, причому вхід охолоджувача дренажу по нагрівається середовищі підключений до підігрівнику, а вихід до парогенератору. Додаткове підвищення економічності шляхом створення розрідження всередині корпусу перед пуском установки може бути досягнуто, коли установка забезпечена штуцером для приєднання пускового вакуум-насоса з зворотним клапаном і заглушкою і вакуум-метром.

Установка може бути забезпечена датчиками тиску і температури, встановленими на трубопроводі між парогенератором і сепаратором. Сепаратор забезпечений паровим і обвідним клапанами, причому паровий клапан включений на лінії між внутрішньою порожниною сепаратора і паровпуска турбіни і з'єднаний з датчиком тиску, а обвідний клапан включений в скидний трубопровід і з'єднаний з датчиком температури.

Установка може бути забезпечена електричним акумулятором і перемикачем, підключеними до генератора. Вона може бути забезпечена і акумулятором, керованим інвертором і перемикачем, підключеними до цього генератору. Для автоматизації запуску установка може бути забезпечена двома граничними елементами і логічним елементом І, через які датчики тиску і температури підключені до перемикача. Установка може бути забезпечена пусковим резервуаром, виконаним у вигляді корпусу з теплопровідного матеріалу з двома вхідними і одним вихідним трубопроводами, і двома зворотними клапанами, включеними у вхідні трубопроводи, причому порожнину пускового резервуара через трубопроводи приєднана до парогенератору і конденсатозбірниках а сам резервуар поміщений в зоні джерела теплоти. Установка може бути забезпечена пусковим насосом, який через зворотні клапани приєднаний до лінії між вхідним патрубком живильного насоса і трубчастим нагрівачем. Пусковий насос може бути забезпечений ручним або ножним приводом, в тому числі у вигляді жорсткої пластини і сильфона або електричним приводом і акумулятором.

Електричний генератор може бути забезпечений охолоджуючої камерою, внутрішня порожнина якої включена у розтин трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором. Поживний насос може бути виконаний відцентровим і забезпечений шнеком, розміщеним в його вхідному патрубку і укріпленим на роторі насоса.

Установка з використанням в якості приймача теплоти навколишнього атмосферного повітря може бути забезпечена вентилятором, встановленим в зоні теплообмінника конденсатора. При використанні в якості приймача теплоти водойми або потоку води установка може бути забезпечена циркуляційним насосом, а теплообмінник конденсатора забезпечений кожухом, сполученим трубопроводами з циркуляційним насосом, вхідний патрубок якого занурений під рівень води.

Установка може бути забезпечена додатковими трубопроводами, які підключені до трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором і до підшипників роторів турбіни та електричного генератора.

Установка може бути забезпечена датчиком частоти обертання, регулюючим клапаном з приводом і датчиком зворотного зв'язку, причому датчик частоти обертання може бути виконаний у вигляді вимірювального насоса, а привід клапана у вигляді гідромеханічного підсилювача, який може бути забезпечений ізодромного пристроєм. Привід регулюючого клапана може бути виконаний у вигляді електромеханічного підсилювача з перетворювачем, який може бути підключений до виходу електричного генератора або до виконаного електричним датчику частоти обертання. Для підвищення надійності при пуску регулюючий клапан може бути забезпечений камерою обігріву, порожнина якої включена у розтин трубопроводу між парогенератором і сепаратором.

Електроенергетична установка забезпечена регенеративним підігрівачем, вхід якого по гріє середовищі підключений до вихлопних патрубків турбіни, вихід до теплообмінника конденсатора, а по нагрівається середовищі вхід підключений до вихідного патрубку живильного насоса, а вихід до входу парогенератора, і сепаратором, виконаним у вигляді ємності з поплавковою камерою , поміщеним в неї поплавком, дренажним трубопроводом і скідних трубопроводом з дроселем, причому сепаратор розміщений всередині корпусу установки і включений в трубопровід між парогенератором і паровпуска турбіни, а дренажний і скидний трубопроводи з'єднані з порожниною регенеративного підігрівача, утворюють разом з відомими з прототипу таку сукупність ознак , яка володіє істотними відмінностями в порівнянні з сукупністю ознак відомих установок і забезпечує рішення технічної задачі. Зазначені конструктивне виконання регенеративного підігрівача і сепаратора і їх включення в схему установки підвищує економічність, запобігає потраплянню крапель рідкої фази робочого тіла з парогенератора на лопатки апарат турбіни і тим самим підвищує надійність під час пуску установки, коли температура робочого тіла в парогенераторі ще недостатня для утворення чисто перегрітого пара. Ознаки, наведені в додаткових пунктах формули, і забезпечують досягнення зазначених ефектів.

На фіг. 1 приведена принципова конструктивна схема пропонованої енергетичної установки з низькопотенційну джерелом теплоти; на фіг. 2 показано конструктивне виконання сепаратора; на фіг. 3 і 4 наведені схеми підключення до акумулятора відповідно генератора постійного і змінного струму для забезпечення можливості роботи генератора в режимі пускового двигуна; на фіг. 5 показана схема підключення пускового насоса; на фіг. 6 приведена конструкція пускового насоса з ручним приводом; на фіг. 7 конструкція живильного насоса зі шнеком у вхідному патрубку; на фіг. 8 показана схема підключення циркуляційного насоса; на фіг. 9 приведена конструкція гідромеханічного підсилювача з ізодромного пристроєм; на фіг. 10 схема підключення електромеханічного підсилювача; на фіг. 11 приведена конструкція регулюючого клапана з камерою обігріву.

Електроенергетична установка з низькопотенційну джерелом теплоти містить корпус 1, в нижній частині якого розміщений конденсатосборник 2 з рідкою фазою робочого тіла. Робоче тіло повинно бути з низькою температурою кипіння (наприклад, спирти, ароматичні вуглеводні і т.п.). На перегородці 3 встановлений редуктор 4, через який з'єднані між собою ротори електричного генератора 5, турбіни 6 і живильного насоса 7 (можливо і в деяких випадках доцільно безпосереднє, без редуктора з'єднання роторів генератора, турбіни і насоса). Вхідний патрубок 8 живильного насоса 7 забезпечений фільтром і поміщений під рівень рідини в конденсатозбірнику 2. З ротором живильного насоса 7 з'єднаний ротор вимірювального насоса 9, що є датчиком частоти обертання.

Пусковий резервуар 10, корпус якого виконаний з теплопровідного матеріалу, поміщений під час пуску в зоні джерела теплоти. Вхідними трубопроводами 11 і 12 через зворотні клапани 13 резервуар 10 приєднаний до трубопроводу 14 і до Конденсатозбірники 2. Вихідним трубопроводом 15 резервуар 10 приєднаний до парогенератору 16, вміщеної в зону джерела теплоти. До виходу парогенератора 16 приєднаний трубопровід 17 тракту підведення пари до паровпуска 18 турбіни 6. У цьому тракті встановлені датчик 19 температури, сепаратор 20, паровий клапан 21 сепаратора і регулюючий клапан 22. Сепаратор 20 забезпечений поплавковим регулятором 23 рівня, сполученим з дренажним клапаном 24, який встановлений в дренажному трубопроводі 25. Сепаратор забезпечений і скідних трубопроводом 26 з дроселем 27 і обвідним клапаном 28, сполученим з датчиком 19 температури. Паровий клапан 21 приєднаний до датчика 29 тиску.

З вихлопних патрубком 30 турбіни 6 з'єднана порожнину регенеративного підігрівача 31. У цій порожнини розміщений трубчастий нагрівач 32 і до цієї порожнини приєднаний вхід скидного трубопроводу 26. За допомогою трубопроводу 33 порожнину регенеративного підігрівача 31 з'єднана з теплообмінником 34 конденсатора, а за допомогою трубопроводу 35 теплообмінник 34 приєднаний до конденсатозбірники 2. При використанні в якості приймача теплоти навколишнього атмосферного повітря в зоні теплообмінника 34 може бути встановлений вентилятор 36 з електричним приводом, приєднаним через кабель 37, вимикач 38 і запобіжник 39 до лінії 40 на виході електричного генератора 5. Сюди ж приєднаний і кабель 41 для постачання зовнішнього споживача електроенергією, що виробляється цією установкою.

Вихідний патрубок 42 живильного насоса 7 з'єднаний з трубчастим нагрівачем 32 за допомогою трубопроводу 43. Вихід трубчастого нагрівача 32 з'єднаний трубопроводом 44 з охолоджувачем 45 дренажу, порожнину якого підключена до дренажного трубопроводу 25 і до вихлопного патрубка 30 турбіни. Охолоджувач дренажу 45 через трубопровід 46 приєднаний до охолоджувальної камері 47, яка виконана в корпусі електричного генератора 5, і далі через трубопровід 14 до парогенератору 16. Додатковими трубопроводами 48, 49 і 50 підшипники турбіни 6 і генератора 5 під'єднані до трубопроводу 46, що з'єднує регенеративний підігрівач і парогенератор. Тим самим забезпечена мастило підшипників робочим тілом установки. Для цієї мети можливо і підключення додаткового трубопроводу 48 до трубопроводу 43, тобто на ділянці подачі робочого тіла в регенеративний підігрівач (на фіг. 1 це умовно не показано). Тут робоче тіло менш підігрітий і може забезпечувати тому не тільки мастило, але і охолодження підшипників.

Регулюючий клапан 22, встановлений перед паровпуска турбіни 6, забезпечений приводом 51. Якщо датчиком частоти обертання є вимірювальний насос 9, як це показано на фіг. 1, привід 51 може бути виконаний у вигляді гідромеханічного підсилювача, вхідний патрубок вимірювального насоса 9 з'єднаний з порожниною низького тиску робочого тіла, наприклад безпосередньо з Конденсатозбірники 2, а привід 51 з'єднаний з вихідним патрубком насоса 9 (і з його вхідним патрубком) трубопроводами 52.

Корпус установки забезпечений кришкою 53, герметично закриває порожнину всередині корпусу. До цієї порожнини підключений штуцер 54 для приєднання пускового вакуум-насоса (вакуум-насос на фіг. 1 не показаний). Штуцер 54 забезпечений зворотним клапаном 55 і заглушкою 56. Для контролю розрідження в порожнині всередині корпусу передбачений вакуум-метр 57.

	Сепаратор установки (див. Фіг. 2) містить корпус 58 сепаратора, корпус 59 поплавковою камери і корпус 60 датчика 19 температури, які можуть бути забезпечені теплоізоляцією 61. Усередині корпусу 58 розташований спіральний трубопровід 62 з дренажними отворами 63, каналом 64 трубопровід 62 з'єднаний з порожниною всередині корпусу 60 датчика температури, до якої приєднано трубопровід 17 від парогенератора. Порожнина всередині корпусу 58 сепаратора з'єднана з поплавковою камерою безпосередньо і з трубопроводом 65 до паровпуска турбіни через паровий клапан 21. У камері поплавця поміщений поплавок 66 поплавкового регулятора рівня. Через важіль 67 поплавок кинематически з'єднаний з дренажним клапаном 24, розміщеним в корпусі 68. Паровий клапан 21 з'єднаний через шток 69 з регулятором тиску, утвореним сильфоном 70 і пружиною 71. Пружина 71 спирається своїми торцями на тарілку штока 69 і на ковпачок 72, а торці сильфона 70 закріплені на клапані 21 і на кришці 73, забезпеченою обмежувачем 74 ходу клапана. Внутрішня порожнина сильфона 70 повідомлена каналом 75 з порожниною 76 за обвідним клапаном 28. Цей клапан з'єднаний з датчиком 19 температури, виконаним у вигляді розташованого усередині корпусу 60 штока. Матеріал штока має коефіцієнт теплового розширення більше, ніж аналогічний коефіцієнт матеріалу корпусу 60. Один кінець штока закріплений нерухомо щодо корпусу 60 за допомогою перегородки 77 і накидної гайки 78. Для запуску установки необхідно забезпечити циркуляцію робочого тіла через парогенератор, турбіну і конденсатор. Одна з можливостей полягає в тому, щоб використовувати для цього живильний насос 7 (див. Фіг. 1), привід якого на етапі запуску забезпечується електричним генератором 5, які працюють в режимі пускового електродвигуна.
	У разі застосування в установці електричного генератора постійного струму передбачено харчування його в режимі запуску від електричного акумулятора 79 (див. Фіг. 3), підключеного до генератора 5 через перемикач 80. У разі застосування електричного генератора змінного струму (наприклад, трифазного синхронного генератора з порушенням від постійного магніту) в ланцюг між акумулятором 79 і перемикачем 80 (див. фіг. 4) включений керований інвертор 81, на виході якого формується змінний струм з частотою, плавно наростаючою до номінального значення в процесі запуску. Автоматичне узгодження тривалості роботи генератора в режимі двигуна з моментом досягнення при запуску необхідних для нормального функціонування параметрів робочого тіла забезпечується використанням датчика 19 температури і датчика 29 тиску. Як показано на фіг. 3 і 4 ці датчики через порогові елементи 82 підключені до входів логічного елемента І 83, вихід якого приєднаний до перемикача 80.

	Можливий і запуск установки за допомогою спеціального пускового насоса. Вхідний патрубок 84 з фільтром пускового насоса 85 (див. Фіг. 5) приєднаний з Конденсатозбірники 2, а вихідний патрубок з'єднаний через зворотний клапан 86 з трубопроводом 43. В цей же трубопровід, що з'єднує вихідний патрубок живильного насоса і трубчастий нагрівач, включений (до точки під'єднання зворотного клапана 86) зворотний клапан 87. Пусковий насос 85 може бути забезпечений електричним приводом 88. Споживає приводу може бути використаний акумулятор 79, розміщений зовні корпусу 1 установки. Лінією 89 акумулятор 79 з'єднаний з блоком 90 комутації і перетворення. У цей блок входять запобіжник 39 (див. Фіг. 1), перемикач 80 (див. Фіг. 3 і 4), керований інвертор 81, а і випрямляч (при необхідності забезпечити живлення споживачів постійним струмом від установки з генератором змінного струму) та інші елементи електричної схеми установки, наприклад, засоби контролю і сигналізації. Аналогічно електричного генератора 5 (див. Фіг. 1) блок 90 може бути забезпечений охолоджуючої камерою, включеної у розтин трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором. До блоку 90 підключений електричний привід 88 пускового насоса, а й кабель 37 підведення живлення до приводу вентилятора (див. Фіг. 1) і кабель 41 для постачання зовнішнього споживача.
	Пусковий насос може бути забезпечений ручним або ножним приводом. Ручний привід може бути виконаний (див. Фіг. 6) у вигляді скріплених між собою жорсткою пластини 91 і сильфона 92, прикріпленого і до нижньої частини корпусу 1, де знаходиться конденсатосборник 2. Внутрішня порожнину сильфона 92 повідомлена з Конденсатозбірники 2 за допомогою додаткового зворотного клапана 93 і фільтра 94. Резьбовой шток 95 ручного приводу встановлений в неподвіж- ної направляючої 96, пов'язаної з обмежувальної кришкою 97 (на фіг. 6 цей зв'язок умовно не відображено). Шток 95 забезпечений штурвалом 98 і тарілкою 99, кінематично зв'язаної з пластиною 91.
	Порожнина всередині корпусу 1 (див. Фіг. 1) знаходиться під розрідженням. Щоб в цих умовах зменшити загрозу кавітації живильного насоса 7, його вхідний патрубок поміщений під рівень рідини в конденсатозбірнику 2. Для додаткового підвищення надійності захисту від кавітації у вхідному патрубку 8 (див. Фіг. 7) розміщений шнек 100, укріплений на роторі насоса, утвореному валом 101 і робочим колесом 102. Тому шнек 100 обертається разом з робочим колесом 102, створюючи підпір на всмоктуючої стороні колеса.
	Як приймач теплоти може бути використаний не тільки атмосферне повітря, як це показано на фіг. 1, але і водойму або потік води (див. Фіг. 8). В цьому випадку теплообмінник 34 конденсатора забезпечений кожухом 103, які мають підвідний трубопровід 104 і відвідний трубопровід 105. До подводящему трубопроводу 104 приєднаний вихідний патрубок 106 циркуляційного насоса 107, а вхідний патрубок 108 цього насоса забезпечений зворотним клапаном 109 і занурений під рівень води у водоймі 110 ( штучному або природному) або в потоці води (в струмку, річці, каналі тощо). Насос 107 забезпечений електричним приводом 111, до якого підведено харчування від виходу електричного генератора установки через вимикач 38 і кабель 37.
	Як показано на фіг. 1, для автоматичного регулювання режиму роботи установки передбачений регулюючий клапан 22, встановлений перед паровпуска 18 турбіни 6 і забезпечений приводом 51, до якого підключений датчик частоти обертання, кінематично пов'язаний з ротором турбіни 6. При використанні в якості датчика частоти обертання вимірювального насоса 9 привід 51 гидромеханічеський підсилювач може бути виконаний згідно фіг. 9. У корпусі приводу розміщений золотник 112, поршень 113 управління регулюючим клапаном (на фіг. 9 показаний шток 114 цього клапана), поршень 115 ізодромного пристрої, сильфон 116, прикріплений до корпусу і до тарілки 117, з'єднаної з золотником 112, і пружина 118 . Вхідний і вихідний патрубки вимірювального насоса 9 під'єднані трубопроводами 52 до камер 119, 120, 121, 122. Камера 120 всередині сильфона 116 і камера 121 під поршнем 115 постійно повідомлені між собою. Камера 123 над цим поршнем може бути повідомлена з камерою 120 або камерою 122 відповідно через вікна 124 або вікна 125 в залежності від зсуву поршенька 126 золотника 112 щодо поршня 115 відповідно вгору або вниз. Аналогічно порожнину 127 під поршнем 113 може бути з'єднана з камерою 122 або із зливною порожниною 128 відповідно через вікна 129 або вікна 130 при зміщенні поршенька 131 золотника 112 щодо поршня 113 відповідно вгору або вниз. Порожнина 132 над поршнем 112 повідомлена із зливною порожниною 128 постійно.
	Привід 51 регулюючого клапана може бути виконаний і у вигляді електромеханічного підсилювача. На фіг. 10 показано одне з можливих виконань електромеханічного підсилювача 4 у вигляді тягового електромагніту, утвореного магнитопроводом 133, котушкою 134 і якорем 135, і протидіє пружини 136. Шток 137 електромагніту взаємодіє з регулюючим клапаном 22. Сильфон 138 призначений для запобігання витоку робочого тіла, що знаходиться під тиском в камері клапана 22, в порожнину всередині корпусу установки. Котушка 134 підключена до керуючого блоку 139, до входу якого підключений суматор 140. Один з входів суматора 140 підключений через формувач 141 до виходу перетворювача 142, а другий вхід суматора підключений через формувач 143 до датчика 144 зворотного зв'язку, що взаємодіє зі штоком 137. До входу перетворювача 142 може бути підключений спеціально передбачений електричний датчик 145 частоти обертання, кінематично пов'язаний з ротором турбіни. У цьому випадку електричний генератор 5 забезпечує тільки харчування блоку 139 перетворювача 142, формувача 143 і інших елементів схеми. Можливо і використання генератора 5 і в якості датчика частоти обертання роторів установки, так як струм на виході генератора містить інформацію про зміну частоти обертання у вигляді відхилення напруги або й і частоти струму (в генераторі змінного струму). При цьому використання спеціального датчика частоти обертання стає зайвим.
	Регулюючий клапан 22 може бути забезпечений камерою підігріву, як це показано на фіг. 11. У корпусі 146 клапана, забезпеченому кришкою 147, виконана камера 148 обігріву, включена у розтин трубопроводу 17 між парогенератором і сепаратором. Цим забезпечується прогрів корпусу 146 клапана на самому початку пуску, коли нагріте робоче тіло установки надходить від парогенератора в сепаратор. Для підвищення ефективності прогріву корпус 146 може бути покритий теплоізоляцією 149. Попередній прогрів зменшує інтенсивність температурних напружень в процесі пуску, знімає небезпеку потрапляння вологи в проточну частину турбіни і тим самим підвищує надійність роботи установки. Дана електроенергетична установка працює наступним чином. При нормальному режимі роботи в парогенераторі 16 (див. Фіг. 1), вміщеному в зоні джерела теплоти (наприклад, геотермального або використовує теплоту спалювання попутного газу або відходів будь-якого виробництва), утворюється пара. По трубопроводу 17 пар через сепаратор 20 і його паровий клапан 21 надходить до регулюючого клапана 22 і далі через паровпуска 18 в турбіну 6. Ротор турбіни 6 обертає ротор генератора 5, на виході якого виробляється постійний або змінний струм (в залежності від типу генератора), який по лінії 40 подається до запобіжника 39 і далі по кабелю 41 до зовнішнього споживача (з необхідними перетвореннями роду струму і його напруги).

Відпрацював в турбіні 6 пар через вихлопної патрубок 30 надходить в порожнину регенеративного підігрівача 31, де віддає частину теплоти робочому тілу, прокачувати через трубчастий нагрівач 32. Потім пар по трубопроводу 33 надходить в теплообмінник 34, розташований в зоні приймача теплоти. Якщо в якості приймача теплоти використовується атмосферне повітря, то можна інтенсифікувати роботу теплообмінника 34 за допомогою вентилятора 36. Електричний привід цього вентилятора отримує харчування від електричного генератора 5 через вимикач 38 і кабель 37.

Як приймач теплоти можна використовувати і водойму 110 або потік води в струмку, річці тощо (Див. Фіг. 8). В цьому випадку теплообмінник укладений в кожух 103, куди подається охолоджуюча вода з водойми 110 циркуляційним насосом 107. Електричний привід 111 насоса 107 отримує харчування від генератора аналогічним чином через вимикач 38 і кабель 37. Зворотний клапан 109 запобігає спорожнення порожнини кожуха 103 в разі зупинки насоса 107.

В теплообміннику 34 робоче тіло циклу конденсується і по трубопроводу 35 (див. Фіг. 1) надходить в конденсатосборник 2. Під рівень рідини в конденсатозбірнику 2 поміщений вхідний патрубок 8 живильного насоса 7. Ротор цього насоса кинематически пов'язаний з ротором турбіни 6 і обертається разом з ним, подаючи рідке робоче тіло через трубопровід 43 в трубчастий нагрівач 32. Після нагрівача 32 робоче тіло надходить в охолоджувач дренажу 45, зливається з сепаратора 20. Потім по трубопроводу 46 рідина надходить в охолоджувальну камеру 47, де додатково нагрівається завдяки теплоті, що виділяється в електричному генераторі 5. до трубопроводу 46 під'єднані додаткові трубопроводи 48, 49, 59, за якими робоче тіло подається на мастило підшипників роторів турбіни 6 і генератора 5. Після підшипників ця частина робочого тіла зливається знову в конденсатосборник 2.

По трубопроводу 14 робоче тіло подається через один з лічильників води 13 в парогенератор 16 для повторного нагріву і випаровування.

Для ефективної роботи установки порожнину всередині корпусу 1, де розміщені турбіна 6, конденсатосборник 2 і більшість інших вузлів, повинна знаходитися під розрідженням, що відповідає тиску насичення робочого тіла при температурі охолоджуючої середовища. Тому порожнину всередині корпусу 1 закрита герметично кришкою 53, і всі висновки назовні трубопроводів і кабелів повинні бути герметизовані. Перед початком роботи з порожнини повинен бути вилучений повітря. Для цього передбачений штуцер 54, до якого приєднується пусковий вакуум-насос. Процес відкачування повітря контролюється по вакуум-метру 57. Після закінчення відкачування повітря вакуум-насос від'єднують і порожнину всередині корпусу 1 виявляється замкнутою зворотним клапаном 55. Додаткова щільність забезпечується заглушкою 56.

Щоб установка почала працювати, необхідно підняти параметри робочого тіла до рівня, відповідного перегрітому пару, без частинок вологи, коли можлива безпечна робота турбіни. До цього моменту турбіна 6 Не обертає живильний насос 7 і, отже, подачу робочого тіла в парогенератор 16 необхідно забезпечити іншими засобами. На фіг. 1 показано одне з можливих рішень за допомогою пускового резервуара 10. Цей резервуар спочатку заповнюють робочим тілом по трубопроводу 12 через зворотний клапан 13, опустивши резервуар нижче рівня рідини в конденсатозбірнику 2, а потім поміщають на час запуску (для цього трубопроводи 11, 12 і 15 слід виконати гнучкими) в зону джерела теплоти. Корпус резервуара 10 виконаний з теплопровідного матеріалу, і робоче тіло в резервуарі починає нагріватися, а потім випаровуватися, надходячи через парогенератор 16 в сепаратор 20. При цьому зворотні клапани 13 не допускають потоку робочого тіла в конденсатосборник 2 і трубопровід 14. Запас робочого тіла в резервуарі вибирається, виходячи з очікуваного часу пуску.

Циркуляцію робочого тіла на стадії пуску можна забезпечити і за допомогою живильного насоса 7, якщо на цей період використовувати електричний генератор 5 в режимі двигуна. Для цього, згідно фіг. 3 і 4, генератор підключають до електричного акумулятора 79 через перемикач 80. Генератор постійного струму може бути підключений до акумулятора, як показано на фіг. 3, якщо напруга на виході акумулятора погоджено з параметрами генератора, або через додаткові перетворювачі. Для використання генератора змінного струму в режимі двигуна необхідний керований інвертор 81 (див. Фіг. 8), частота змінного струму на виході якого зростає, щоб забезпечити збільшення частоти обертання агрегату в заданому темпі.

Закінчення роботи в режимі двигуна і перехід генератора 5 в нормальний режим генерування електричного струму можливі після досягнення необхідних параметрів пара перед турбіною, включення її в роботу, в тому числі і для приводу живильного насоса. Наступ цього моменту можна контролювати за сигналами датчика 19 температури і датчика 29 тиску. При досягненні температурою і тиском пари відповідних порогових значень, встановлених граничними елементами 82, спрацьовує логічний елемент І 83, що викликає автоматичне відключення перемикачем 80 акумулятора 79 від генератора 5 (див. Фіг. 3 і 4).

Початкову циркуляцію робочого тіла можна створити і спеціальним пусковим насосом. Якщо цей насос забезпечений електричним приводом 88, як показано на фіг. 5, то при запуску установки і використовується акумулятор 79, до якого привід 88 підключений через блок 90 комутації і перетворення. Зворотні клапани 86 і 87 запобігають злив робочого тіла через пусковий насос 85 або живильний насос відповідно при роботі живильного або пускового насоса і забезпечують подачу робочого тіла тільки в трубопровід 43. Відключення пускового насоса 85 після вступу в роботу турбіни і живильного насоса можна автоматизувати за допомогою датчиків температури і тиску пари аналогічно показаному на фіг. 3 і 4.

У блоці 90 (див. Фіг. 5) може бути передбачений перетворювач для автоматичної зарядки акумулятора 79 від генератора установки в процесі її нормальної роботи.

Якщо пусковий насос забезпечений ручним приводом, показаним на фіг. 6, початкову циркуляцію робочого тіла при запуску забезпечують впливом на штурвал 98. В результаті різьбовій шток 95 і тарілка 99 починають підніматися, впливаючи на пластину 91. Це призводить до витіснення рідини з порожнини всередині сильфона 92 через зворотний клапан 86 в трубопровід 43, що подає робоче тіло в парогенератор. Як і в попередньому випадку зворотний клапан 87 перешкоджає сливу робочого тіла через живильний насос 7 при запуску. Перше заповнення порожнини всередині сильфона 92 здійснюється з конденсатосборника 2 через зворотний клапан 93 і фільтр 94. Обмежувальна кришка 97 перешкоджає при цьому надмірної деформації сильфона 92.

Щоб забезпечити надійну роботу турбіни і установки в цілому, необхідно звести до мінімуму можливість попадання рідини фази робочого тіла в проточну частину турбіни. Така можливість особливо велика при пуску, коли температура і тиск робочого тіла ще помітно нижче нормального рівня. На цьому етапі сепаратор, передбачений в складі даної установки, не тільки відокремлює рідку фазу від газоподібної, а й спрямовує робоче тіло в обвід турбіни. Як показано на фіг. 2, робоче тіло з парогенератора надходить в сепаратор по трубопроводу 17. У початковий період пуску обвідний клапан 28 повністю відкритий, а паровий клапан 21 і дренажний клапан 24 повністю закриті. Робоче тіло в основному спрямовується через клапан 28, порожнину 76, дросель 27 і скидний трубопровід 26 в порожнину регенеративного підігрівача і далі в теплообмінник конденсатора, минаючи турбіну. Деяка частина робочого тіла надходить і по каналу 64 в спіральний трубопровід 62, де завдяки обертальному руху потоку рідка фаза його інтенсивно відділяється і через дренажні отвори 63 стікає в камеру поплавця. При підвищенні рівня рідини в камері поплавок 66 починає відкривати дренажний клапан 24 і надлишок рідини направляється по дренажному трубопроводу 25 до охолоджувача дренажу і далі через порожнину регенеративного підігрівача в теплообмінник конденсатора.

У міру підвищення тиску за парогенератором і всередині корпусу сепаратора 58 зростає різниця зусиль, що діють на велику поверхню парового клапана 21 з боку порожнини всередині корпусу 58 і на меншу поверхню цього ж клапана з боку порожнини всередині сильфона 70. Коли зазначена різниця зусиль стає більше зусилля зі боку пружини 71, паровий клапан 21 починає підніматися, відкриваючи доступ газоподібної фазі в трубопровід 65 і далі до паровпуска турбіни. У міру підвищення температури робочого тіла за парогенератором датчик 19 температури, що є штоком обвідного клапана 28, подовжується більше, ніж корпус 60, так як виконаний з матеріалу з великим коефіцієнтом теплового розширення, ніж у матеріалу корпусу. Тому обвідний клапан 28 починає поступово закриватися, і при температурі, трохи нижче номінальної, повністю перекриває надходження робочого тіла в порожнину регенеративного підігрівача. В результаті весь потік з парогенератора прямує по каналу 64 в порожнину всередині корпусу 58 сепаратора. Паровий клапан 21 при цьому повністю відкритий, так як після закриття клапана 28 тиск усередині порожнини сильфона 70 різко падає, наближаючись за своїм значенням до тиску за турбіною. У трубопровід 65 і до паровпуска турбіни надходить отсепарирован від вологи пар, а волога зливається через дренажний клапан 24. При підвищенні температури пара понад номінального значення подальше подовження штока датчика 19 температури викликає його роботу на поздовжній вигин.

Автоматична підтримка частоти обертання роторів турбіни і генератора, а отже, більшою мірою і стабілізація параметрів електричного струму, що виробляється цією установкою, здійснюється регулюючим клапаном, встановленим на підводі пара до турбіни. Управління цим клапаном по сигналу гідродинамічного датчика частоти обертання вимірювального насоса 9 виконується гидромеханическим підсилювачем (див. Фіг. 9). Наприклад, при збільшенні частоти обертання роторів турбіни і насосів, в тому числі насоса 9, зростає тиск в камері 119 зовні сильфона 116, і золотник 112, долаючи зусилля пружини 118, зміщується вгору. Через вікна 129, відкриті поршеньком 131, робоче тіло з камери 122 від насоса надходить в порожнину 127, і поршень 113 і зміщується вгору, переміщуючи шток 114 регулюючого клапана в бік його закриття. Крім того, при русі золотника 112 вгору його поршенек 126 відкриває вікна 124, камера 123 повідомляється через камеру 120 з лінією всмоктування вимірювального насоса 9, і тиск над поршнем 115 ізодромного скорочують термін його служби. Поршень 115 починає рухатися вгору, причому цей рух відбувається повільніше, ніж рух поршня 113, так як вікна 124 (і 125) виконані з зменшеним прохідним перетином. Рух вгору поршня 115 призводить до зменшення натягу пружини 118, до додаткового переміщення вгору золотника 112 і поршня 113 і до додаткового закриття регулюючого клапана турбіни. Цим досягається ізодромного дію гідромеханічного підсилювача. Динамічний і залишковий статизм такого ізодромного регулювання визначається співвідношенням жорсткостей сильфона 116 і пружини 118.

При відхиленні частоти обертання в бік її зниження дію елементів гідромеханічного підсилювача відбувається аналогічним чином, але в протилежну сторону.

Якщо привід регулюючого клапана виконаний у вигляді електромеханічного підсилювача, то датчик частоти обертання доцільно і мати електричним (див. Фіг. 10). Спеціальний датчик 145 або електричний генератор 5 подають сигнал про зміну частоти обертання на вхід перетворювача 142, де відхилення частоти або напруги перетвориться в сигнал на вході формувача 141. Через акумулятор 140 сигнал про зміну частоти обертання подається на керуючий блок 139, що призводить до зміни струму в катушке 134 и усилия, действующего на якорь 135 и уравновешиваемого пружиной 136. В результате шток 137 смещает регулирующий клапан 22 так, чтобы ограничить отклонение частоты вращения роторов турбины и связанных с ней агрегатов. Обратная связь по перемещению клапана осуществляется сигналом датчика 144, подаваемым на вход сумматора 140. В управляющем блоке 139 могут быть реализованы при необходимости более сложные законы регулирования, включая воздействие по производной и интегралу отклонения.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА с низкопотенциальным источником теплоты, содержащая корпус, котором размещены конденсатосборник, связанные между собой посредством роторов, снабженных подшипниками, электрический генератор, турбина с паровпуском и выхлопным патрубком и питательный насос с входным и выходным патрубками, размещенные вне корпуса парогенератор и теплообменник конденсатора, первый из которых помещен в зоне источника теплоты, а второй - в зоне приемника теплоты, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена регенеративным подогревателем, сепаратором, причем вход регенеративного подогревателя по греющей среде подключен к выхлопному патрубку турбины, выход - к теплообменнику конденсатора, а по нагреваемой среде вход - к выходному патрубку питательного насоса, а выход - к входу парогенератора, сепаратор выполнен в виде емкости с поплавковой камерой, помещенным в нее поплавком, дренажным клапаном, кинематически соединенным с поплавком, дренажным трубопроводом и сбросным трубопроводом с дросселем, при этом сепаратор размещен в корпусе и включен в трубопровод между парогенератором и паровпуском турбины, а дренажный и сбросной трубопроводы соединены с полостью регенеративного подогревателя.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в дренажный трубопровод между сепаратором и полостью регенеративного подогревателя подключен охладитель дренажа, вход которого по нагреваемой среде подключен к регенеративному подогревателю, а выход - к парогенератору.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена штуцером для присоединения пускового вакуум-насоса с обратным клапаном и заглушкой и вакуумметром, причем штуцер и вакуумметр установлены снаружи корпуса и соединены с его полостью.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена датчиками давления и температуры, установленными на трубопроводе между парогенератором и сепаратором.

5. Установка по п.1, що відрізняється тим, що сепаратор забезпечений паровим і обвідним клапанами, причому паровий клапан включений між внутрішньою порожниною сепаратора і паровпуска турбіни і з'єднаний з датчиком тиску, а обвідний клапан включений в скидний трубопровід і з'єднаний з датчиком температури.

6. Установка по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена електричним акумулятором і перемикачем, які послідовно підключені до електричного генератора.

7. Установка по п.6, що відрізняється тим, що до електричного акумулятора підключені керований інвертор і перемикач, з'єднаний з виходом інвертора і електричним генератором.

8. Установка по пп.6 і 7, яка відрізняється тим, що вона забезпечена двома граничними елементами і логічним елементом І, причому датчики тиску і температури підключені через порогові елементи до входів логічного елемента І, вихід другого приєднаний до перемикача.

9. Установка по пп.1 - 5, що відрізняється тим, що вона забезпечена пусковим резервуаром, виконаним у вигляді корпусу з теплопровідного матеріалу з двома вхідними і одним вихідним трубопроводами, і двома зворотними клапанами, включеними у вхідні трубопроводи, причому перший вхідний трубопровід, порожнину пускового резервуара і вихідний трубопровід включені послідовно в розтин трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором, другий вхідний трубопровід приєднаний до конденсатозбірниках а пусковий резервуар поміщений в зоні джерела теплоти.

10. Установка по пп.1 - 5, що відрізняється тим, що вона забезпечена пусковим насосом з вхідним і вихідним патрубками і двома зворотними клапанами, причому вхідний патрубок пускового насоса приєднаний до конденсатозбірниках вихідний патрубок - до трубопроводу між вихідним патрубком живильного насоса і регенеративним підігрівачем по нагрівається середовищі, а зворотні клапани встановлені послідовно з вхідними патрубками поживного і пускового насосів.

11. Установка по п.10, що відрізняється тим, що пусковий насос забезпечений ручним або ножним приводом.

12. Установка по п.11, що відрізняється тим, що пусковий насос виконаний у вигляді жорсткої пластини і сильфона, один торець якого прикріплений до пластини, а другий - до нижньої частини корпусу, привід кинематически пов'язаний з пластиною, а один з лічильників води приєднаний до внутрішньої порожнини сильфона.

13. Установка за п. 10, яка відрізняється тим, що пусковий насос забезпечений електричним приводом і акумулятором.

14. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що електричний генератор забезпечений охолоджуючої камерою, яка виконана в його корпусі і внутрішня порожнина якої включена у розтин трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором.

15. Установка по пп.1 і 10, що відрізняється тим, що живильний насос виконаний відцентровим і забезпечений шнеком, розміщеним в його вхідному патрубку і укріпленим на роторі насоса.

16. Установка по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена вентилятором з електричним приводом, причому вентилятор встановлений в зоні теплообмінника конденсатора, а його електричний привід підключений до виходу електричного генератора.

17. Установка по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена циркуляційним насосом з електричним приводом, з вхідним і вихідним патрубками і зворотним клапаном, а теплообмінник конденсатора забезпечений кожухом з підвідним та відвідним трубопроводами, причому підвідний трубопровід з'єднаний з вихідним патрубком циркуляційного насоса, зворотний клапан встановлений у вхідному патрубку, який занурений під рівень води, а електричний привід циркуляційного насоса підключений до виходу електричного генератора.

18. Установка по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена додатковими трубопроводами, підключеними до трубопроводу між регенеративним підігрівачем і парогенератором і до підшипників роторів турбіни та електричного генератора.

19. Установка по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена датчиком частоти обертання і регулюючим клапаном з приводом і датчиком зворотного зв'язку, причому регулюючий клапан встановлений на трубопроводі перед паровпуска турбіни, а датчик частоти обертання кинематически пов'язаний з ротором турбіни і підключений до приводу регулюючого клапана.

20. Установка за п. 19, яка відрізняється тим, що датчик частоти обертання виконаний у вигляді вимірювального насоса з вхідним і вихідним патрубками, а привід регулюючого клапана - у вигляді гідромеханічного підсилювача, причому вхідний патрубок вимірювального насоса з'єднаний з порожниною низького тиску робочого тіла, а вихідний патрубок - з гідромеханічним підсилювачем.

21. Установка по п.20, що відрізняється тим, що гидромеханічеський підсилювач забезпечений ізодромного пристроєм.

22. Установка по п.19, що відрізняється тим, що привід регулюючого клапана виконаний у вигляді електромеханічного підсилювача, забезпеченого сумматором, підключеним до його входу, і перетворювачем, підключеним своїм виходом до першого входу суматора, другий вхід якого підключений до датчика зворотного зв'язку.

23. Установка по п.22, що відрізняється тим, що вхід перетворювача підключений до виходу електричного генератора.

24. Установка за п. 20, яка відрізняється тим, що датчик частоти обертання виконаний електричним, а вхід перетворювача підключений до виходу цього датчика.

25. Установка по пп.19 - 24, яка відрізняється тим, що регулює клапан забезпечений камерою обігріву, виконаної в зовнішній частині корпусу клапана і порожнину якої включена у розтин трубопроводу між парогенератором і сепаратором.

Версія для друку
Дата публікації 16.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів