Паротурбинный агрегат с электрогенератором



Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором
Паротурбинный агрегат с электрогенератором

 


Владельцы патента RU 2562318:

Ковалёв Вячеслав Данилович (RU)
Кузнецов Алексей Павлович (RU)
Копылов Геннадий Алексеевич (RU)

Паротурбинный агрегат с электрогенератором содержит парообразующее устройство и турбину. В парообразующем устройстве - энергоаккумуляторе (1) размещен кольцеобразный нагревательный элемент (3) с поплавком (4) в виде кольца, удерживающим этот элемент на поверхности воды. Сам нагревательный элемент (3) состоит из металлической трубки (12) с отверстиями, внутрь которой помещен металлический стержень (13). Стержень и трубка разделены между собой диэлектриком (14) и соединены, через конденсатор (15), с электрической сетью. Нагревательный элемент связан с поплавком гибкими тросами (23). В нижней части паротурбинного агрегата размещены жаровые трубы с горелкой (5) и вытяжной трубой в виде спирали, а в верхней части агрегата находится турбина (2) с поворотным клапаном (6) и механизмом поворота (7). Турбина выполнена в виде двух усеченных конусов, верхнего (8) и нижнего (9), между которыми, от малого до большого диаметров, расположены по спирали каналы (10). При увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала. Емкость энергоаккумулятора (1) с турбиной (2) помещены в пароотводяшую камеру (11). Техническим результатом является резкое уменьшение его поперечных и продольных размеров, что позволяет значительно экономить средства на установке и эксплуатации за счет сокращения площади в машинном зале. 7 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетическим установкам, и может быть использовано в устройствах для получения электрической энергии.

Известен, в качестве привода электрогенератора, паротурбинный двигатель [1], в котором оси вращения параллельных валов совпадают с осями сопряженных цилиндрических расточек корпуса. В расточках размещены и кинематически связаны между собой ротор, в радиальных пазах которого размещены равноотстоящие друг от друга нагнетательные лопатки, установленные на центральном валу, роторы с радиальными пазами на наружной поверхности, соответствующими расположению лопаток, установленные на валах в непосредственной близости от лопаточного ротора, размещенные в корпусе с образованием рабочих камер. Каналы подвода и отвода рабочей среды попарно расположены на образующей корпуса диаметрально противоположно с возможностью нейтрализации моментов сил давления. Механизм синхронизации вращения валов выполнен в виде находящихся в зацеплении зубчатых колес, установленных на концах валов. Два криволинейных уплотнительных вкладыша размещены на внутренней поверхности расточки в зоне установки лопаточного ротора с образованием динамического бесфрикционного уплотнения с лопатками и разделением зон расширения и сжатия рабочей среды. На наружной поверхности роторов выполнены зубчатые венцы с образованием динамического бесфрикционного лабиринтного уплотнения между зубьями лопаточного ротора и каждого ротора с пазами.

Недостатком этого двигателя являются его значительные поперечные и продольные размеры, вызванные расположением длинных валов в горизонтальной плоскости параллельно друг другу и размещением на них элементов вдоль этих валов. А это требует увеличенных площадей под их размещение при эксплуатации и финансовые затраты на это.

Известна паровая турбина Лаваля [2], построенная шведским инженером Густавом Лавалем в 1889 году. Ее также можно использовать в качестве привода электрогенератора. Принцип ее действия совпадает с принципом работы других паротурбинных установок: струя рабочей среды (пара) подается из сопел на лопатки ротора турбины и при взаимодействии с лопатками заставляет ротор турбины вращаться. Турбина Лаваля имеет один ротор, снабженный лопатками, по периферии которого установлены реактивные сопла, приводящие ротор турбины во вращение. Пар подводится к реактивным соплам по закрытым каналам от парообразующего устройства (котла), снабженного камерой сгорания (топкой). Недостатком этого устройства является следующее. Турбина Лаваля, при всей простоте конструктивного выполнения, имеет, с учетом потерь тепла в парообразующем котле, КПД всего устройства не более 14%.

Известен паротурбинный двигатель, который может быть приводом электрогенератора [2], в котором одновенцовая паровая турбина снабжена вторым ротором, по периферии которого установлены камеры сгорания с парообразующим устройством, снабженные реактивными соплами, установленными с возможностью совместного воздействия их реактивных струй на лопатки ротора турбины для приведения его во вращение. При этом рабочий объем камеры сгорания соединен с первой группой закрытых каналов, проходящих в радиальных направлениях, для подачи одного из компонентов горючей смеси, и со второй группой закрытых каналов, проходящих к компрессору, кинематически связанному с ротором, для подачи в камеру сгорания другого компонента горючей смеси, а рабочий объем парообразующего устройства соединен с третьей группой закрытых каналов, проходящих к емкости с конденсатом.

Недостатком этого паротурбинного двигателя являются его значительные поперечные и продольные размеры, связанные с размером лопаток, устанавливаемых радиально, и наличия двух и более роторов на одном горизонтальном валу, а также расположения агрегатов двигателя вдоль продольной оси.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является паротурбинный агрегат с конденсационной установкой [3], принятый за прототип. В нем конденсаторы расположены с боковых сторон и соединены с выходными патрубками части низкого давления с помощью переходных патрубков с компенсаторами. Конденсаторы простираются вдоль боковых сторон электрогенератора, а выходные патрубки части низкого давления расходятся под острым углом друг к другу. Причем конденсаторы выполнены с трубными пучками, проходящими с наклоном в сторону выходных патрубков части низкого давления и с расположением конденсатосборника перед трубным пучком. Недостатком данного агрегата являются его достаточно заметные продольные и поперечные размеры, обусловленные расположением в нем узлов и агрегатов, например соединенные одним валоприводом части турбины и электрогенератор.

Производственное оборудование в машинном зале занимает значительные площади, что требует значительных инвестиционных затрат для сооружения этого зала и последующих финансовых расходов за пользование землей. Поэтому в настоящее время проявляется тенденция конструировать такое оборудование, которое имеет малые поперечные и продольные размеры. Вертикальные размеры, как и в строительстве, не требуют финансовых затрат на строительство и оплату земли.

В связи с этим задачей изобретения явилось создание паротурбинного агрегата с электрогенератором, имеющего малые поперечные и продольные размеры, надежную в эксплуатации и достаточно простую конструкцию.

Техническим результатом является уменьшение поперечных и продольных размеров паротурбинного агрегата с электрогенератором и простая его конструкция.

Указанный технический результат достигается тем, что паротурбинный агрегат с электрогенератором содержит парообразующее устройство и турбину, причем в парообразующем устройстве - энергоаккумуляторе располагается кольцеобразный нагревательный элемент с поплавком в виде кольца, удерживающим элемент на поверхности воды, а сам нагревательный элемент состоит из металлической трубки с отверстиями, внутрь которой помещен металлический стержень, причем этот стержень и трубка разделены между собой диэлектриком, и стержень соединен с электрической сетью через конденсатор, и нагревательный элемент соединен с поплавком гибкими тросами; в нижней части паротурбинного агрегата находятся жаровые трубы с горелкой в виде спирали, а в верхней части - турбина с поворотным клапаном и механизмом поворота, и турбина выполнена в виде двух усеченных конусов: верхнего и нижнего, между которыми, от малого до большого диаметров, расположены по спирали каналы, причем при увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала; емкость энергоаккумулятора с турбиной помещены в пароотводящую камеру.

Новым является то, что в предлагаемом паротурбинном агрегате жаровые трубы с горелкой, парообразующее устройство, турбина и электрогенератор располагаются друг над другом, что резко уменьшает площадь, занимаемую этим агрегатом в машинном зале. Для выработки пара, вращающегося турбину, используется комбинированный способ: нагрев воды с помощью горелки и электрического нагревательного элемента, что интенсифицирует образование пара и уменьшает объем парообразующей камеры. Используется турбина, имеющая форму усеченного конуса, между верхней и нижней поверхностями которой расположены спиралевидные каналы, причем при увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала, что позволяет увеличивать давление пара перед соплами, обеспечивающими высокую скорость его выброса на лопатки турбины. В конструкции паротурбинного агрегата предусмотрен отбор отработанного на турбине пара для обогрева, например помещений, после чего он поступает в виде конденсата в энергоаккумулятор. Этим повышается КПД устройства. Электрогенератор собран на одной оси с турбиной, над ней вертикально.

Нами не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, включающих всю совокупность признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию новизны.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие сведения о влиянии отличительных признаков устройства на достигаемый технический результат. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательский уровень.

На фиг. 1 представлена схема общего вида паротурбинного агрегата с электрогенератором. На фиг. 2 показана конструкция горелки (вид снизу). На фиг. 3 приведена конструкция поворотного клапана турбины. На фиг. 4 и 5 показаны спиралевидные каналы турбины в работе. На фиг. 6 представлена конструкция нагревательного элемента. На фиг. 7 изображена схема работы паротурбинного агрегата.

Паротурбинный агрегат с электрогенератором состоит из энергоаккумулятора 1, фиг. 1, турбины 2, взаимодействующей с электрогенератором 17. В энергоаккумулятор, разделенный горизонтальной перегородкой 19, помещен кольцеобразный электрический нагревательный элемент 3, фиг. 1, 6, с поплавком 4 в виде кольца, удерживающим нагревательный элемент 3 на поверхности воды и соединенный с поплавком 4 гибкими тросами 23. В нижней части паротурбинного агрегата размещены жаровые трубы с горелкой 5 и вытяжной трубой в виде спирали, фиг. 1, 2. Кольцеобразный нагревательный элемент 3 с поплавком 4 «надеты» на вытяжную трубу, идущую от горелки 5, что дополнительно удерживает нагревательный элемент 3 с поплавком 4 от смещения, фиг. 6. В верхней части паротурбинного агрегата расположена турбина 2 с поворотным клапаном 6 и механизмом поворота 7 с поршнем 18 и пружиной 20, фиг. 1, 3. Отверстия 21 и 22 обеспечивают переход пара из одного отделения в другое энергоаккумулятора. Турбина 2 выполнена в виде двух усеченных конусов: верхнего 8 и нижнего 9, фиг. 1, между которыми, от малого до большого диаметров, расположены, по спирали, каналы 10, причем при увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала, фиг. 4, 5, что приводит к возрастанию давления пара и накоплению его энергии перед соплами, в которых осуществляется разгон газа при его попадании на лопатки турбины. Емкость энергоаккумулятора 1 с турбиной 2 помещены в пароотводящую камеру 11, фиг. 1, 5, из которой по трубе поступает пар для обогрева, например помещений, а образовавшийся при этом конденсат возвращается обратно в энергоаккумулятор. Кольцеобразный нагревательный элемент 3 состоит из металлической трубки 12 с отверстиями 24, внутрь которой помещен металлический стержень 13, фиг. 1, 6. Стержень 13 и трубка 12 разделены между собой диэлектриком 14 и соединены, через конденсатор 15, с электрической сетью проводом 16: стержень 13 - плюс, трубка 12 - минус. Конденсатор снижает потребляемую мощность. Турбина 2 вращает ротор электрогенератора 17, что обеспечивает выработку электроэнергии.

Паротурбинный агрегат с электрогенератором работает следующим образом:

Емкость энеогоаккумулятора 1, фиг. 1, заполняется водой до определенного уровня, оставляя пространство для образования пара. Горелкой 5 вода нагревается, образуется пар и создается его давление, воздействующее на поршень 18 механизма поворота 7, фиг. 1, 3. Поворотный клапан 6 перемещается до совмещения отверстий диска с отверстиями горизонтальной перегородки емкости 19, и пар под давлением поступает в верхнюю часть энергоаккумулятора, вследствие чего давление уравнивается между нижней и верхней частями емкости. Механизм под действием пружины 20 возвращает диск поворотного клапана 6 в первоначальное положение, горизонтальная перегородка перекрывается смещением отверстий 21. Одновременно отверстия 22 совмещаются с отверстиями сопла турбины 2, фиг. 1, 4, 5 - показано стрелкой. Пар врывается в полость каналов 10 турбины 2 и приводит ее во вращение. В результате взаимодействия турбины с электрогенератором, ротор последнего начинает вращаться, и происходит выработка электроэнергии. Электрический ток от электрогенератора, через конденсатор, начинает течь через нагревательный элемент 3. Вода, попадая через отверстия 24 в полость трубки 12, фиг. 6, активно нагревается и частично превращается в пар, увеличивая его количество. А пар, выходящий из турбины 2, создает реактивную силу, отталкиваясь от углублений 25 поверхности корпуса, фиг. 1, и дополнительно воздействуя на работу турбины, усиливая ее мощность (повышая КПД). На фиг. 4 и 5 изображена схема воздействия пара на каналы турбины 2. Из энергоаккумулятора, от малого диаметра турбины, по каналам 10 пар поступает к соплам. Каналы 10 сначала расширяются, где давление пара увеличивается, т.е. накапливается энергия пара, а затем в соплах пар под действием этого повышенного давления ускоряется и падает на лопатки турбины. После турбины отработанный пар охлаждается и в виде конденсата возвращается, через клапаны, в емкость энергоаккумулятора, фиг. 7. Произведенная электроэнергия частично отбирается на работу нагревательного элемента 3, обеспечивающего, совместно с горелкой 5, нагревание воды и образование пара, подаваемого на лопатки турбины и вращающего ее, а основная часть этой энергии поступает потребителю.

Конструкция предлагаемого паротурбинного агрегата выгодно отличается от существующих подобных двигателей тем, что имеет малые поперечные и продольные размеры, т.е. площадь, занимаемая им в машинном зале, незначительна, что заметно экономит затраты на его установку и эксплуатацию.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности, т.к. является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2027862, «Паротурбинный двигатель с роторной системой вытеснительного типа», опубл. 27.01.1995.

2. Патент РФ №2086790, «Паротурбинный двигатель», опубл. 10.08.1997.

3. Патент РФ №2094617, «Паротурбинный агрегат с конденсационной установкой», опубл. 27.10.1997.

Паротурбинный агрегат с электрогенератором, содержащий парообразующее устройство и турбину, отличающийся тем, что в парообразующем устройстве - энергоаккумуляторе размещен кольцеобразный нагревательный элемент с поплавком в виде кольца, удерживающим этот элемент на поверхности воды, а сам нагревательный элемент состоит из металлической трубки с отверстиями, внутрь которой помещен металлический стержень, причем стержень и трубка разделены между собой диэлектриком и соединены, через конденсатор, с электрической сетью, и нагревательный элемент связан с поплавком гибкими тросами; в нижней части паротурбинного агрегата размещены жаровые трубы с горелкой в виде спирали, а в верхней части агрегата находится турбина с поворотным клапаном и механизмом поворота, турбина выполнена в виде двух усеченных конусов, верхнего и нижнего, между которыми, от малого до большого диаметров, расположены по спирали каналы, причем при увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала; емкость энергоаккумулятора с турбиной помещены в пароотводящую камеру.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в автономных энергоустановках с высокоскоростными генераторами в летательных и космических аппаратах.

Турбогенератор без выходного вала содержит турбину, закрепленную на валу генератора, размещенного в едином с турбиной герметичном корпусе, имеющем входной и выходной фланцы для подключения к газораспределительной станции.

Газотурбинный двигатель, в частности, для вертолета, содержит газогенератор и свободную турбину, приводимую во вращение газовым потоком, генерируемым газогенератором; и дополнительно содержит обратимую электрическую машину для соединения с газогенератором.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкции газотурбинных установок для привода электрогенераторов. .

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, турбодетандерная генераторная установка относится к генераторам электрической энергии с газотурбинным приводом и применяется в области газоснабжения для утилизации энергии потока сжатого природного газа. Назначением предлагаемой турбодетандерной генераторной установки (ТДУ), которая представляет собой электрогенератор (ЭГ) с турбодетандерным приводом (ТД), является выработка электрической энергии на основе преобразования потенциальной энергии природного газа в трубопроводе. Причем ТДУ используют на объектах газопотребления, например, на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС), где давление в трубопроводе на входе составляет 0,3-1,2 МПа. Полученная с помощью ТДУ электрическая мощность может использоваться для собственных нужд потребителя. Потребителем таких ГРП могут быть, например, котельные. Таким образом, ТДУ может быть использована в качестве автономного источника энергии малой мощности. Система отбора энергии потока ПГ из газопровода для ТДУ применяется в области газоснабжения для утилизации энергии потока сжатого природного газа, а также для утилизации вырабатываемого генератором тепла. Назначением этой системы является ее использование на объектах газопотребления, например, на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС). Кроме того, возможна установка такой системы с ТДУ методом врезки как в уже существующие магистрали и их запорную арматуру, внутри уже построенного и эксплуатирующегося ГРП (ГРС), так и установка ТДУ на этапе проектирования и строительства ГРП (ГРС) и ее монтажа. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Энергетическая установка содержит турбодетандер, содержащий расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала. Расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды. Насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора и выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в указанной энергетической установке. Двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью вывода электрического тока. Часть потока жидкости под повышенным давлением, циркуляция которого поддерживается насосной секцией, перекачивается к теплообменнику, а другая часть использована для охлаждения двигательно-генераторной секции. Достигается уменьшение размера опорной поверхности и снижение затрат. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в автономных энергетических установках малой электрической мощности (до 100 кВт). Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности состоит из проточной части, включающей рабочее колесо турбины с установленными на нем лопатками, соплового аппарата турбины, электрогенератора. Турбогенератор содержит спаренный подшипник турбины, установленный в корпусе неподвижно, и подшипник электрогенератора, установленный в корпусе подвижно. Турбогенератор содержит комбинированную систему охлаждения, состоящую из рубашки жидкостного охлаждения статора, выполненной в виде спиральных каналов, и воздушной системы охлаждения статора и ротора электрогенератора. Достигается снижение сил трения в подшипниках вала турбогенератора на начальном этапе запуска, фиксация в обе стороны осевого смещения вала турбогенератора, повышение эффективности охлаждения, повышение надежности работы подшипников, повышение КПД турбогенератора и надежности электрогенератора. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к линейным ускорителям и может найти применение в качестве ускорителя элементарных микрочастиц, например молекул или атомов, лишенных заряда. Технический результат состоит в повышении концентрации микрочастиц на выходе, снижении расхода исследуемых образцов и, как следствие, повышении к.п.д. Ротор 1 установлен с возможностью вращения коаксиально с минимальным зазором внутри статора 2 и имеет вал 7 с повышенным диаметром, выступающий с одной стороны и снабженный односторонними подшипниками 8 и 9. Статор 2 расположен внутри неподвижной станины 10. Между станиной и статором с двух сторон установлены подшипники 11 и 12. Подшипниковые щиты 13 и 14 вставлены внутрь статора 2. Через ступицы 15 и 16 эти щиты сочленены с валом ротора 7 через подшипники соответственно 17 и 18. Щиты содержат окна, допускающие свободный проход испытательных образцов к зазору 19 между статором и ротором. Статор 2 механически сочленен с внешним приводом с помощью конической передачи 20 с валом 21 для внешнего привода. Вал 7 ротора 1 также сочленен с внешним приводом с помощью конической передачи 22 с валом 23 для привода. Приводы статора и ротора должны вращать соответственно статор и ротор в разные стороны и с одинаковой скоростью. Для вращения статора и ротора может быть применен один общий привод, передающий движение на оба вала с помощью редукторной коробки передач. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх