Башня - электростанция

Изобретение относится к области энергетики. Электростанция, содержащая один или несколько свободнопоршнеых двигателей, включающих в себя рабочий цилиндр, с размещенным в нем поршнем, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, кривошипно-поршневой механизм отбора мощности, кинематически связанный с электрогенератором, согласно изобретению кривошипно-поршневой механизм располагается вне рабочего цилиндра и связан с демпферной камерой трубопроводом, имеющим возможность изменять свою длину и совершать качательные движения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности получения электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию углеводородного топлива в электрическую, и может быть использовано в качестве альтернативы паро- и газотурбинным тепловым электростанциям.

Общеизвестно, что основная часть потребляемой сейчас электроэнергии производится на тепловых электростанциях, оснащенных паро- или газотурбинными установками, но несмотря на постоянное их конструктивное и технологическое усложнение (следовательно, и удорожание) их экономическая эффективность (КПД) не превышает 42÷45%.

Целью изобретения является создание конструктивно простых (следовательно, дешевых как в производстве, так и в эксплуатации) устройств и позволяющих получать электроэнергию с большей экономической эффективностью.

Поставленная цель достигается тем, что в электростанции, содержащей один или несколько свободнопоршневых двигателей, включающих в себя рабочий цилиндр, с размещенным в нем поршнем, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, а также кривошипно-поршневой механизм отбора мощности, кинематически связанный с электрогенератором, по изобретению кривошипно-поршневой механизм располагается вне рабочего цилиндра и связан с демпферной камерой трубопроводом, имеющим возможность изменять свою длину и совершать качательные движения. При этом рабочий цилиндр располагается вертикально и нижней частью, выполненной в виде поршня, помещается в колодец, имеющий форму цилиндра и свободное пространство которого заполнено сжатым воздухом. Кроме того, рабочий цилиндр утяжелен балластным грузом, а несколько колодцев, с установленными в них рабочими цилиндрами, соединены между собой воздуховодами.

На фиг. 1 изображен одиночный свободнопоршневой двигатель (далее СПД) с электрогенератором (элемент электростанции). На фиг. 2 - вид А. На фиг. 3 показан блок СПД.

Электростанция состоит из одного или нескольких отдельно стоящих СПД башенного вида с собственными электрогенераторами и включающих в себя рабочий цилиндр 1 с находящимся внутри поршнем 2 (см. заявку RU №2016124904), взаимодействующим внутренней полостью с демпферной камерой 3. К последней посредством телескопического трубопровода 4, имеющего возможность качательных движений, присоединен расположенный во вне кривошипно-поршневой механизм, включающий в себя рабочий цилиндр 5 с поршнем 6 и кривошипом 7. Кривошипно-поршневой механизм кинематически соединен с электрогенератором 8 посредством муфты 9. Нижняя часть рабочего цилиндра 1 выполнена в виде опорного поршня 10 и помешена в колодец 11 с нижерасположенной воздушной полостью 12. Между собой воздушные полости 12 соединены воздуховодами 13.

Электростанция функционирует следующим образом. СПД в собранном виде, с рабочим цилиндром 1, демпферной камерой 3, рабочим поршнем 2 внутри и опорным поршнем 10 снизу, с помощью грузоподъемных механизмов (много вариантов) устанавливается в колодец 11, с опорой на воздушную подушку в полости 12. Далее, к демпферной камере 3, посредством трубопровода 4, присоединяется кривошипно-поршневой механизм с электрогенератором 8. Запуск СПД в работу и последующий технологический процесс производятся в полном соответствии с описанием изобретения (патент RU №2584769). Возникающие в процессе работы СПД вертикальные колебания рабочего цилиндра 1 (следствие инерционных нагрузок от перемещений поршня 2) гасятся воздушными подушками в полостях 12 колодцев 11. Для снижения знакопеременных нагрузок, передаваемых сжатым воздухом в полостях 12 на грунт, колодцы 11 нескольких СПД соединяются между собой воздуховодами 13, а сами СПД работают со сдвигом по фазе.

Поскольку крупноразмерные СПД башенного вида могут работать с относительно большой продолжительностью рабочего цикла (0,25-0,3 с, см. лист 4), то это позволяет использовать медленно горящие, дешевые виды топлива (мазут и даже мелко дисперсионный угольный порошок), что делает их конкурентами и паротурбинным тепловым электростанциям. А модульное устройство позволяет в широких пределах варьировать их мощность и делает их мобильными (позволяет транспортный габарит отдельных СПД).

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДИНОЧНОЙ БАШНИ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Наружный диаметр рабочего поршня - 2500 мм.

Ход рабочего поршня - 10000 мм.

Степень сжатия воздуха в камере сгорания 25÷30.

Скорость движения поршня (средняя) 50÷60 м/с.

Давление продуктов сгорания в нижней мертвой точке рабочего поршня 1,4÷1,6 ат.

Средняя температура рабочего цикла 420÷450 с.

Развиваемая мощность 15000÷25000 л.с

Эффективное КПД 70÷75%.

Столь высокое, по меркам существующих тепловых машин (в частности, дизельных двигателей) КПД объясняется высокой степенью сжатия (обеспечивается отсутствием прямой механической связи между рабочим поршнем и кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности). Почти полным расширением продуктов сгорания (обеспечивается большим рабочим ходом поршня). Отсутствие необходимости в охлаждении рабочего цилиндра обеспечивается низкой средней температурой рабочего цикла, а также отсутствием боковых нагрузок на рабочий поршень и его большим диаметром, допускающим относительно большой зазор между боковыми стенками поршня и рабочего цилиндра. И относительно большой продолжительностью рабочего цикла (обеспечивается более полное сгорание топлива).

1. Электростанция, содержащая один или несколько свободнопоршнеых двигателей, включающих в себя рабочий цилиндр, с размещенным в нем поршнем, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, а также кривошипно-поршневой механизм отбора мощности, кинематически связанный с электрогенератором, отличающаяся тем, что кривошипно-поршневой механизм располагается вне рабочего цилиндра и связан с демпферной камерой трубопроводом, имеющим возможность изменять свою длину и совершать качательные движения.

2. Электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что рабочий цилиндр располагается вертикально и нижней частью, выполненной в виде поршня, помещается в колодец, имеющий форму цилиндра и свободное пространство которого заполнено сжатым воздухом.

3. Электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что рабочий цилиндр утяжелен балластным грузом.

4. Электростанция по п. 2, отличающаяся тем, что несколько колодцев, с установленными в них рабочими цилиндрами, соединяются между собой воздуховодами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршни с цилиндрами двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, впускной клапан цилиндра и систему управления, согласно изобретению, если при расхождении одного из поршней двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания больше скорости оппозитно движущегося поршня, система управления закрывает впускной клапан того цилиндра, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней тепловой машины внешнего сгорания, поступление воздуха в рабочую полость того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания прерывается, и скорости поршней свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания уравниваются, затем система управления устанавливает впускной клапан того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания в предыдущее положение.

Предложен способ управления подачей топлива во внешнюю камеру сгорания 1 свободнопоршневого энергомодуля однотактным приводом топливной форсунки. Сжатый воздух для действия привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха в общую внешнюю камеру сгорания 1, по каналу 29 поступает в пневмоаккумулятор 31 и заряжает его.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршень, систему управления, выпускной клапан и амортизатор, согласно изобретению при движении поршня из исходной точки движения в крайнюю точку движения система управления открывает выпускной клапан в момент времени, обеспечивающий остановку поршня в крайней точке движения, а при движении из крайней точки движения в исходную точку движения энергия движения поршня гасится установленным между поршнем и торцом цилиндра амортизатором.

Изобретение относится к области машиностроения. Технический результат заключается в повышении степени диспергирования топлива, подаваемого во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого энергомодуля с общей камерой сгорания.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с электрическим генератором и может использоваться для выработки электроэнергии и перекачки жидкости. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнями 2 объемного насоса, соединенными между собой штоком 3.

Предложен способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания (ВКС). Сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха в ВКС 1, поступает в пневмоаккумулятор 31 и заряжает его.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания состоит в следующем.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи энергетических установок с общей внешней камерой сгорания (ВКС). Предложен способ повышения степени диспергирования топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей ВКС 1, согласно которому сжатый воздух отбирается из магистрали 23, 24 подачи сжатого воздуха в ВКС 1 и поступает в пневмоаккумулятор 31 по магитсрали 29.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ охлаждения поршневых групп свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, содержащей внешнюю камеру сгорания, компрессорные полости энергомодуля, систему управления, клапан охлаждения, радиатор и поршневые группы, согласно изобретению в момент времени, когда в камеру сгорания из компрессорных полостей поршней поступит достаточная для поддержания горения топлива масса сжимаемого воздуха, система управления открывает клапан охлаждения, в результате чего воздух протекает через радиатор, где охлаждается до рабочей температуры, а затем протекая через внутренне каналы поршневых групп, отнимает тепло от их стенок и выбрасывается в атмосферу.

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на получение линейного двигателя внутреннего сгорания, содержащего: цилиндр, имеющий стенку цилиндра и два конца, причем цилиндр содержит секцию сгорания, расположенную в центральной части цилиндра; два оппозитных поршневых узла, приспособленных для прямолинейного перемещения внутри цилиндра, причем каждый поршневой узел расположен по одну сторону секции сгорания напротив другого поршневого узла, каждый поршневой узел содержит пружинный шток и поршень, включающий сплошную переднюю часть, примыкающую к секции сгорания, и пневматическую часть; и две линейные электромагнитные машины, приспособленные для непосредственного преобразования кинетической энергии поршневого узла в электрическую энергию и приспособленные для непосредственного преобразования электрической энергии в кинетическую энергию поршневого узла для обеспечения работы сжатия во время такта сжатия.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым энергетическим установкам, и может быть использовано как на морских, так и речных крупнотоннажных судах различного назначения.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к тепловым электростанциям, и может быть применено как альтернатива паротурбинным энергетическим установкам. Энергетическая установка содержит свободнопоршневой двигатель, установленный в колодец с опорой на воздушную подушку с кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности, расположенным вне рабочего цилиндра.

Изобретение относится к области двигателей с замкнутым рабочим циклом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в обеспечении максимальной эффективности трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику.

Изобретение относится к автомобильному транспорту, а именно к его энергетическим установкам, и может быть использовано для установки как на крупнотоннажные грузовые автомобили, так и на магистральные автобусы.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в повышении эффективности преобразования.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с электрическим генератором и может использоваться для выработки электроэнергии и перекачки жидкости. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнями 2 объемного насоса, соединенными между собой штоком 3.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с электрическим генератором и может использоваться для выработки электроэнергии и перекачки жидкости. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнями 2 объемного насоса, соединенными между собой штоком 3.

Изобретение относится к области теплоэлектроэнергетики и предназначено для обеспечения потребностей в тепле и электроэнергии в производственных и жилых помещениях при отсутствии электропитания от сети.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым энергетическим установкам, и может быть использовано как на морских, так и речных крупнотоннажных судах различного назначения.

Изобретение относится к области энергетики. Электростанция, содержащая один или несколько свободнопоршнеых двигателей, включающих в себя рабочий цилиндр, с размещенным в нем поршнем, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, кривошипно-поршневой механизм отбора мощности, кинематически связанный с электрогенератором, согласно изобретению кривошипно-поршневой механизм располагается вне рабочего цилиндра и связан с демпферной камерой трубопроводом, имеющим возможность изменять свою длину и совершать качательные движения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности получения электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх