Газотурбогидравлическая силовая установка замкнутого цикла для водного транспорта


 


Владельцы патента RU 2463467:

Иванников Николай Павлович (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Тепловая схема силовой установки водного транспорта содержит компрессоры, камеру сгорания, газовую турбину, подогреватель воды, дымовую трубу, насос высокого давления, охладитель воздуха, гидротурбину, теплосъемник, электрогенератор, силовой электродвигатель, гребной вал, гребной винт, магистраль рециркуляции, магистраль химически очищенной воды, причем насос высокого давления, охладитель воздуха, подогреватель воды, гидротурбина образуют замкнутый цикл. Изобретение позволяет повысить КПД установки и снизить нагрузку на экологию. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к газотурбогидравлическим установкам замкнутого цикла (ГТГУ) с рабочим телом для гидротурбины нагретая вода.

Известна силовая установка, содержащая парогенератор, паровую турбину, конденсатор, электрогенератор, силовой электродвигатель, гребной вал, гребной винт (турбоэлектроход).

Недостатком известной установки является низкий КПД из-за потери теплоты парообразования в конденсаторе турбины, а также большая нагрузка на экологию.

Известна силовая установка, содержащая дизель, электрогенератор, силовой электродвигатель, гребной вал, гребной винт (дизельэлектроход).

Недостатком является низкий КПД и большая нагрузка на экологию.

Известна силовая установка, содержащая газовую турбину, электрогенератор, силовой электродвигатель, гребной вал, гребной винт (газотурбоэлектроход).

Недостатком является низкий КПД и большая нагрузка на экологию.

Известна регенеративная теплогидротурбинная установка замкнутого цикла, а также осевая, ступенчатая гидротурбина, используемая в качестве привода для станка (инструмента) при бурении нефтяных и газовых скважин, которые следует принять в качестве прототипа.

Задачей изобретения является повышение КПД и снижение нагрузки на экологию.

Указанная выше задача достигается путем организации замкнутого цикла с использованием газовых турбин и осевых ступенчатых гидротурбин.

На фиг.1 представлена схема силовой установки, содержащая компрессоры 1, 2, камеру сгорания 3, газовую турбину 4, подогреватель цикловой воды 5, дымовую трубу 6, насос высокого давления 7, охладитель воздуха 8, гидротурбину 9, теплосъемник 10, электрогенератор 11, силовой электродвигатель 12, гребной вал 13, гребной винт 14, магистраль рециркуляции 15, магистраль воды от ХВО 16, причем насос высокого давления 7, охладитель воздуха 8, подогреватель воды 5, гидротурбина 9, образуют замкнутый цикл.

Несколько компрессоров с промежуточным охлаждением воздуха (охлаждение осуществляется охлажденной водой после гидротурбины, подаваемой насосом высокого давления) обеспечивает высокое давление воздуха в камере сгорания, в проточной части газовой турбины, а также повышенное давление в подогревателе воды, делая всю установку компактной, снижая ее металлоемкость, причем расположение узлов установки («лежит на дне») улучшает устойчивость судна, так как метацентр приближается к килевой линии, а высокий КПД установки увеличивает автономность плавания.

Изготовление газовых турбин для данных установок не требует дорогих материалов, так как рабочее тело (газ) по температуре перед турбиной носит умеренный характер, причем упрощается сама конструкция газовых турбин, то же самое относится и к гидротурбине.

Замкнутый цикл установки не требует большого расхода хим. очищенной воды и электроэнергии на собственные нужды.

Во избежание гидроударов в проточной части гидротурбины вход и выход воды снабжены сифонами - турбина всегда должна быть с водой, причем выходная скорость воды турбины используется, снижая потребляемую мощность насоса высокого давления.

С целью исключить возможное размораживание, в необходимых случаях вода сливается или в схему заливается антифриз.

Управление рабочим процессом осуществляется ключом мощности при сблокированных регуляторах подачи топлива, расхода воды перед гидротурбиной и на магистрали рециркуляции.

Работа указанной ГТГУ кардинальным образом снижает нагрузку на экологию.

Высокий КПД установки определяется тремя факторами - замкнутый цикл, нагрев воды выхлопными газами турбины, что снижает температуру газа на выходе из установки, и увеличение теплового перепада в проточной части гидротурбины, т.е. мощности за счет нагретой воды выхлопом газовой турбины.

Расчет эффективности работы установки

Расчет эффективности ГТГУ - 32,8 МВт

За базу принимаем ГТУ - 10,0 МВт с параметрами:

N=10,0 МВт; расход условного топлива 466 г. на кВт/час; КПД - 26%

Температура газа перед турбиной 780°С; температура уходящих газов 330°С.

Количество расходуемого топлива в МВт

10000 кВт*466 г=4660 кг*7000 ккал/кг (у.т.)=32620000 ккал/860=37,9 МВт

На работу насоса израсходовано

Параметры:

расход воды (G кг/сек) - 125 т/час; давление воды P1 - 2,0 бар, Р2 - 200,0 бар;

теплоемкость воды (С) - 4,2 кДж (кгК); КПД (Кп) 90%; коэффициент мощности (К)-1,45.

G кг/сек (P2-P1)/C/Кп/К

125/3,6(200-2)/4,2/0,9/1,45=34,7*198/4,2/0,9/1,45=1,25 МВт.

Теплота выхлопа составила при Кп подогревателя 90%

37,9-1,25=36,65 МВт*0,9=32,9 МВт

Мощность установки при Кп 90%

G кг/сек(Т21)*С*Кп=125/3,6(573-323)=34,7*250*4,2*0,9=32,8 МВт

КПД установки 32,8/37,9=86,5%

Расход топлива на кВт/час 4660000 г/32800 кВт=142,2 г

Источники информации

1. Шляхин П.Н. Паровые и газовые турбины, Москва, «Энергия», 1974.

2. Патент RU 2249115 С2, F01, K13/00, 2005.

3. Шумилов П.П. Турбинное бурение нефтяных скважин, Москва, «Недра», 1968.

Газотурбогидравлическая силовая установка замкнутого цикла для водного транспорта, содержащая компрессоры, камеру сгорания, газовую турбину, подогреватель воды, дымовую трубу, насос высокого давления, охладитель воздуха, гидротурбину, электрогенератор, силовой электродвигатель, гребной вал, гребной винт, отличающаяся тем, что насос высокого давления, охладитель воздуха, подогреватель воды, гидротурбина образуют замкнутый цикл.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, для промышленных транспортных средств, снабженных системой возврата тепла. .

Изобретение относится к области преобразования энергии и касается решения вопроса по комплексной утилизации тепловой энергии дизельного двигателя, работающего в связке с генератором электрической энергии в системе дизель-генераторной установки (ДГУ).

Изобретение относится к двигательной установке, в частности транспортного средства, с контуром охлаждения и отдельным контуром рекуперации тепла. .

Изобретение относится к автономным устройствам для получения тепловой и электрической энергии. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установкам для автономного электро- и теплоснабжения потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области энергетики

Изобретение относится к машиностроению, в частности к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания

Изобретение относится к устройствам управления для транспортных средств, обеспечивающим использования тепла, выделенного двигателем внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в энергетических установках, вырабатывающих электрическую и тепловую энергии. Энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания (1), использующий биотопливо, и электрический генератор (2). Под генератором размещен топливный бак с биотопливом. Сверху энергетической установки на П-образной стойке (11) расположены насос подачи биотоплива из топливного бака, термохимический реактор (9) для получения из биотоплива синтез-газа, обогреваемый отработавшими газами двигателя, и трубчатый теплообменник (10) охлаждения синтез-газа водой системы горячего водоснабжения потребителя. Сбоку энергетической установки вдоль нее расположен трубчатый теплообменник (12) нагрева отработавшими газами двигателя воды системы горячего водоснабжения. С другой стороны энергетической установки расположен трубчатый теплообменник (13) нагрева воды системы горячего водоснабжения жидкостью системы охлаждения двигателя. Технический результат - более полная утилизация вырабатываемой энергии с обеспечением компактности энергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в энергетических установках, вырабатывающих электрическую и тепловую энергии. Энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания (1), использующий биотопливо, и электрический генератор (2). Под генератором размещен топливный бак (4) с биотопливом, а сбоку генератора установлен пульт управления (6), на котором закреплен насос подачи биотоплива из топливного бака. Сверху энергетической установки расположены термохимический реактор (9) для получения из биотоплива синтез-газа и теплообменник (10) охлаждения синтез-газа водой системы горячего водоснабжения потребителя. Реактор (9) содержит цилиндрический корпус, расположенный поперек энергетической установки в подогревателе (24), сделанном в виде барабана. Вход в него сообщен с коллектором выпуска из двигателя отработавших газов, а выход коленчатым трубопроводом (25) сообщен с каталитическим нейтрализатором оксидов азота в отработавших газах через смеситель (33) примешивания синтез-газа и через теплообменник (12) нагрева отработавшими газами воды системы горячего водоснабжения, установленный вдоль энергетической установки. С другой стороны энергетической установки расположен теплообменник нагрева воды системы горячего водоснабжения жидкостью системы охлаждения двигателя, расположенный под скамейкой. На скамейке установлена аккумуляторная батарея. Технический результат - обеспечение более полной утилизации тепловой энергии и снижение токсичности отработавших газов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит цилиндры (1, 2, 3, 4) сгорания, включающие, по меньшей мере, два комплекта цилиндров сгорания, в каждом из которых поршни двух противоположных цилиндров (1, 2, 3, 4) сгорания взаимосвязаны общим штоком (5, 6) поршня. Два штока (5, 6) поршней соединены посредством одного балансира (7), а пригодную для использования энергию отбирают из кинетической энергии указанного балансира (7). Двигатель также включает, по меньшей мере, два комплекта рабочих паровых цилиндров (14, 15, 16, 17), в каждом из которых поршни двух противоположных паровых цилиндров взаимосвязаны посредством общих штоков (19, 20) поршня, соединенных балансиром (18). Балансир (7) ДВС и балансир (18) парового двигателя жестко соединены между собой посредством соединения (21). Каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) сгорания включает теплообменник (12) для испарения охлаждающей жидкости из рубашки (9) охлаждения на каждом цилиндре (1, 2, 3, 4) сгорания под действием выхлопных газов. Нагретый пар из рубашки (9) охлаждения каждого цилиндра (1, 2, 3, 4) сгорания поступает в паровой цилиндр (14, 15, 16, 17) через системы труб (13). Технический результат заключается в использовании большего количества тепла, созданного при сжигании топлива в ДВС, для работы парового двигателя, соединенного с ДВС. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в установках для автономного электроснабжения, теплоснабжения, снабжения горячей водой, паром и хладоносителем. Энергетическая установка подключена к тепловой сети, магистрали водопроводной воды, электрической сети (1) и сети (61) аварийного электропитания и содержит электрический генератор (3), газовый дизель (4), систему (5) охлаждения моторного масла с первым циркуляционным насосом (9), систему (6) охлаждения блока цилиндров с байпасной магистралью (7) и терморегулирующим клапаном (8), систему (10) наддува и систему (11) газовыхлопа с первой и второй электроуправляемыми задвижками (12) и (13). Каждая система имеет теплообменники-утилизаторы теплоты (14), (15), (16) и (17). Теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, выполнен в виде первого теплообменника-утилизатора (18) с промежуточным теплоаккумулирующим веществом. Установка содержит экономайзер (22) с контактным теплообменником (23) подогрева воды, аккумуляторы теплоты (27) и (28), бойлер (24) с контактным теплообменником (25) подогрева воды паром и контактным теплообменником-утилизатором (26). В установке имеются второй и третий циркуляционные насосы (29) и (30), водогрейный котел (31), теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, теплообменник-парогенератор (32), второй теплообменник-утилизатор (33) с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбционная холодильная установка (34) с десорбером (35) и испарителем (36), силовые аккумуляторы (37), выпрямитель и преобразователь напряжения, коммутационное устройство (38), блок (58) программных модулей, три электроуправляемых крана (39) (40) и (41), семь двухходовых электроуправляемых кранов (42), (43), (44), (45), (46), (47) и (48), третья электроуправляемая задвижка (49), двухходовая электроуправляемая задвижка (50), три датчика температуры (19), (51) и (52). Технический результат заключается в повышении степени утилизации тепловой энергии. 1 ил.

Изобретение предназначено для одновременного производства тепла и электроэнергии. Когенерационная установка содержит газопоршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), систему утилизации теплоты, метантенк-реактор, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и аварийно-вспомогательную теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС. Насос системы охлаждения газопоршневого ДВС соединен с теплообменником - утилизатором теплоты газопоршневого ДВС. Циркуляционный насос системы утилизации теплоты соединен с теплообменниками этой системы и теплообменником - утилизатором теплоты вихревого теплогенератора. Отработанные газы газопоршневого ДВС подводятся к теплообменнику - утилизатору их теплоты, после которого направляются в устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей. Также отработанные газы частично подводятся к метантенку-реактору. Вырабатываемый метантенком-реактором биогаз через обратный клапан подводится к газопроводу природного газа. Аварийно-вспомогательная теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС через обратный клапан подсоединена к системе охлаждения газопоршневого ДВС. Воздушный радиатор для утилизации теплоты газопоршневого ДВС через трехходовой кран подсоединен к системе охлаждения газопоршневого ДВС. Воздуховод воздушного радиатора соединен с устройством для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей. Изобретение направлено на повышение эффективности установки. 1 ил.

В заявке описано устройство (1) для выработки электрической энергии с использованием тепла отработавших газов (ОГ) (2), образующихся при работе двигателя (3) внутреннего сгорания, имеющее генератор (4) со входом (5) для ОГ и выходом (6) для ОГ, а также с расположенным между ними теплообменным участком (7) со множеством проточных проходов (8) для ОГ (2) на нем, которые по меньшей мере частично окружены термоэлектрическими элементами (9), которые со своей обращенной от проточного прохода (8) стороны (10) соединены теплопроводящим соединением с охлаждающим устройством (11). 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх