Усовершенствованная концепция управления для замкнутого контура с циклом брайтона

Предложен усовершенствованный замкнутый контур 100 с циклом Брайтона для силовой установки, который включает в себя нагреватель 110, по меньшей мере одну турбину 120, рекуператор 150, по меньшей мере один охладитель 160, по меньшей мере один компрессор 170, обходную линию 180 и откидной клапанный механизм 190 в замкнутом контуре, в котором циркулирует рабочая текучая среда, чтобы вырабатывать электричество через генератор 132. В зависимости от необходимости, например в случае отсоединения нагрузки энергосистемы, скорость трансмиссионного вала, на котором турбина 120, компрессор 170 и генератор 132 предусмотрены, также требуется уменьшать без какого-либо влияния на падение давления в контуре. Для этого негерметичный откидной клапанный механизм 190 предусмотрен в каждом трубопроводе 140 между нагревателем 110 и по меньшей мере одной турбиной 120 в максимально возможной близости к впуску 122 каждой турбины. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к замкнутому контуру с циклом Брайтона, и в частности, к усовершенствованной концепции управления для замкнутого контура с циклом Брайтона с конкретным преимуществом управления потоком газа в таком цикле во время отсоединения генератора от энергосистемы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно преобразование тепла в электричество в силовой установке с замкнутым циклом Брайтона, в которой рабочей текучей средой является газ.

[0003] В одной такой известной силовой установке с замкнутым циклом Брайтона контур 10, как показано на фиг. 1 уровня техники, включает в себя по меньшей мере один компрессор 1 и турбины 2 на валу 3, охладители 4, рекуператор 5 и нагреватель 6, расположенные в контуре с замкнутым циклом, чтобы функционировать и вырабатывать электричество через генератор 7 (который также конфигурируется на валу 3) для передачи в энергосистему. Такой контур также включает в себя устройство 8 обходного управления рядом с компрессором и системой 9 управления запасами, расположенной в контуре 10. Однако, эффективность контура 10 очень чувствительна к падению давления и, следовательно, требует правильного ухода во время такого подхода.

[0004] Во время медленного изменения мощности в энергосистеме, изменение нагрузки на энергосистему компенсируется посредством добавления или удаления газа в контуре посредством системы 9 управления запасами. Газ удаляется из замкнутого контура и сохраняется в системе 9 управления запасами, чтобы уменьшать нагрузку. Газ забирается из системы 9 управления запасами и вводится в замкнутый контур, чтобы увеличивать нагрузку. Изменяя массу газа в замкнутом контуре, представляется возможным изменять плотность газа и, следовательно, массовый расход, т.е., мощность. Однако эти изменения являются медленными.

[0005] Дополнительно, в случае внезапного существенного уменьшения в нагрузке на энергосистему, генератор 7 отсоединяется от энергосистемы. Внезапно момент сопротивления генератора 7 устраняется. Но, поскольку система 9 управления запасами является слишком медленной для того, чтобы уменьшать крутящий момент турбины 2, как следствие, баланс между крутящим моментом привода от турбины 2 и моментом сопротивления от генератора 7 является положительным, т.е., трансмиссионный вал 3 будет ускоряться и его скорость вращения будет опасно увеличиваться, что может разорвать ротор, если не предпринимать каких-либо действий. Обычно, в этом случае, устройство 8 обходного управления размыкается, соединяя выпуск компрессора с впуском компрессора, что увеличивает мощность, необходимую компрессору 1 (момент сопротивления), и, таким образом, уменьшая разбалансировку мощности между турбиной 2 и генератором 7 и компрессором 1. Объем высокого давления контура 10 выпускается, чтобы достигать равновесного давления в контуре, таким образом, уменьшая крутящий момент привода турбины 2.

[0006] Соответственно, существует необходимость в более оптимальном и быстром управлении потоком газа к турбине, которое устраняет вышеупомянутые недостатки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящее изобретение предлагает усовершенствованное управление для замкнутого контура с циклом Брайтона, которое будет представлено в последующей упрощенной сущности, чтобы обеспечивать базовое понимание одного или более аспектов изобретения, которые предназначены, чтобы преодолевать обсужденные недостатки, но включать в себя все их преимущества, вместе с предоставлением некоторых дополнительных преимуществ. Настоящий раздел не является всесторонним обзором изобретения. Он не предназначен ни чтобы идентифицировать ключевые или критичные элементы изобретения, ни чтобы очерчивать рамки настоящего изобретения. Скорее, единственным назначением этого раздела является представление некоторых концепций изобретения, его аспектов и преимуществ в упрощенной форме в качестве вступления к более подробному описанию, которое представлено далее в данном документе.

[0008] Основной целью настоящего изобретения является предоставление усовершенствованного замкнутого контура с циклом Брайтона, который может быть выполнен с возможностью для использования в различных системах, таких как система ядерного реактора с газовым охлаждением, приводимая в действие посредством солнечного света система, приводимая в действие посредством ископаемого топлива система и т.д. Дополнительно, целью настоящего изобретения является описание усовершенствованной концепции управления для замкнутого контура с циклом Брайтона, которая может быть выполнена с возможностью более оптимально и быстро управлять потоком газа к турбине и с незначительным влиянием на падение давления, т.е., на эффективность замкнутого контура с циклом Брайтона. В варианте может быть представляется возможным уменьшать значительно размер обводных клапанов.

[0009] В одном аспекте настоящего изобретения предоставляется усовершенствованная концепция управления для замкнутого контура с циклом Брайтона для силовой установки. Контур может включать в себя рабочую текучую среду, протекающую в нем, для работы силовой установки. В примерной конфигурации контур может включать в себя нагреватель по меньшей мере одну турбину, рекуператор по меньшей мере один охладитель по меньшей мере один компрессор, обходную линию, систему управления запасами и негерметичный откидной клапанный механизм. Нагреватель может быть выполнен с возможностью так, чтобы подавать тепло к рабочей текучей среде, протекающей в контуре, и включает в себя впускное и выпуск. Турбина может быть приводимой в действие при расширении сжатой нагретой рабочей текучей среды и соединяется с возможностью передачи приводного усилия с переменной нагрузкой через трансмиссионный вал. Каждая из по меньшей мере одной турбины может включать в себя впускное и выпуск. Каждое впуск по меньшей мере одной турбины может быть соединено с выпуском нагревателя через трубопровод.

[0010] Дополнительно, рекуператор может быть выполнен с возможностью, чтобы соединяться с турбиной через выпуск, чтобы принимать расширенную рабочую текучую среду, чтобы охлаждать ее. Рекуператор может дополнительно быть соединен с нагревателем через впуск нагревателя. Дополнительно, охладитель может быть соединен с рекуператором, чтобы дополнительно охлаждать рабочую текучую среду. Кроме того, компрессор на трансмиссионном валу, который может приводиться в действие посредством по меньшей мере одной турбины, может быть соединен с охладителем, чтобы принимать и сжимать рабочую текучую среду для передачи рекуператору. Рекуператор нагревает сжатую рабочую текучую среду посредством расширенной рабочей текучей среды, принятой от турбины, и подает ее к нагревателю.

[0011] Турбина может приводиться в действие, чтобы создавать мощность, чтобы задействовать генератор переменной нагрузки и устройство компрессора для работы контура и подавать электричество в энергосистему в зависимости от требования по нагрузке. Однако турбину также требуется защищать, когда существует внезапное изменение/уменьшение в нагрузке энергосистемы, поскольку при таком сценарии существует внезапное отсоединение генератора переменной нагрузки от энергосистемы, приводящее в результате к очень высокой скорости турбины и, следовательно, ее повреждению.

[0012] Такая цель может быть достигнута посредством негерметичного откидного клапанного механизма за счет уменьшения количества рабочей текучей среды, протекающей через контур. Негерметичный откидной клапанный механизм может быть сконфигурирован на каждом трубопроводе между нагревателем и по меньшей мере одной турбиной в максимально возможной близости к впуску каждой турбины, чтобы управлять массовым расходом рабочей текучей среды через негерметичный откидной клапанный механизм, чтобы управлять скоростью трансмиссионного вала, когда генератор отсоединяется от энергосистемы.

[0013] В соответствии с вариантом осуществления, трубопровод может включать в себя выемку, при этом откидное клапанное устройство может быть выполнено с возможностью размещаться в выемке, чтобы по существу минимизировать падение давления в контуре при нормальной работе.

[0014] В соответствии с вариантом осуществления, негерметичный откидной клапанный механизм включает в себя клапанный элемент и присоединяющий сегмент. Присоединяющий сегмент может включать в себя ось откидного элемента, которая может быть шарнирно присоединена к клапанному элементу. Присоединяющий сегмент может быть выполнен с возможностью допускать присоединение негерметичного откидного клапанного механизма на трубопровод в выемке. В соответствии с вариантом осуществления, клапанный элемент, в открытом положении полностью накрывает выемку и предоставляет возможность рабочей текучей среде полностью протекать из трубопровода по меньшей мере к одной турбине. Кроме того, в варианте осуществления, клапанный элемент в закрытом положении является негерметичным, что предоставляет возможность частичного закрывания трубопровода, чтобы предоставлять возможность регулирования массового расхода рабочей текучей среды, чтобы она поступала из трубопровода по меньшей мере к одной турбине.

[0015] В соответствии с вариантом осуществления, клапанный элемент может быть сформирован, чтобы соответствовать форме трубопровода, чтобы существенно минимизировать падение давления в контуре при нормальной работе.

[0016] В соответствии с вариантом осуществления негерметичный откидной клапанный механизм 190 может быть самозакрывающимся негерметичным откидным клапанным механизмом, который может быть выполнен с возможностью, чтобы частично закрываться в ответ на отсоединение генератора от энергосистемы.

[0017] В соответствии с вариантом осуществления, самозакрывающийся негерметичный откидной клапанный механизм может управляться с помощью электронного модуля.

[0018] В соответствии с вариантом осуществления, контур может дополнительно включать в себя накрывающее устройство, выполненное с возможностью, чтобы накрывать выемку и негерметичный откидной клапанный механизм и блокировать выход рабочей текучей среды из контура.

[0019] Эти аспекты вместе с другими аспектами настоящего изобретения, вместе с различными признаками новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, отмечаются в особенности в настоящем изобретении. Для лучшего понимания настоящего изобретения, его рабочих преимуществ и его применений, будет сделана ссылка на сопровождающие чертежи и текстовый материал, в котором иллюстрируются примерные варианты осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Преимущества и признаки настоящего изобретения будут лучше поняты со ссылкой на последующее подробное описание и формулу изобретения, взятые вместе с сопровождающими чертежами, при этом аналогичные элементы идентифицируются с помощью аналогичных символов, и на которых:

[0021] Фиг. 1 изображает традиционный замкнутый контур с циклом Брайтона;

[0022] Фиг. 2 – это схема усовершенствованного замкнутого контура с циклом Брайтона, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и

[0023] Фиг. 3A, 3B и 3C иллюстрируют механизм негерметичного клапана и его компоненты в закрытом и открытом положениях относительно трубопровода, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0024] Аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам по всему описанию нескольких видов чертежей.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Для полного понимания настоящего изобретения должна быть выполнена ссылка на последующее подробное описание, включающее в себя прилагаемую формулу изобретения, в соединении с вышеописанными чертежами. В последующем описании, в целях пояснения, многочисленные конкретные детали излагаются для того, чтобы обеспечивать полное понимание настоящего изобретения. Будет очевидно, однако, специалисту в области техники, что настоящее изобретение может быть применено на практике без этих конкретных деталей. В других случаях, структуры и устройства показаны только в форме блок-схем для того, чтобы избегать запутывания изобретения. Ссылка в настоящем описании на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «другой вариант осуществления», «различные варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанная в соединении с вариантом осуществления, включена по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Вхождение фразы «в одном варианте осуществления» в различных местах данного подробного описания не обязательно ссылаются на один вариант осуществления, и при этом отдельные или альтернативные варианты осуществления взаимно исключают другие варианты осуществления. Более того, описаны различные признаки, которые могут быть продемонстрированы некоторыми вариантами осуществления, но не другими. Аналогично, описываются различные требования, которые могут быть требованиями для некоторых вариантов осуществления, но могут не быть требованием для другого варианта осуществления.

[0026] Хотя последующее описание содержит много специфики в целях иллюстрации, любой специалист в области техники поймет, что множество вариаций и/или изменений в этих деталях находятся в рамках настоящего изобретения. Аналогично, хотя множество признаков настоящего изобретения описывается в зависимости друг от друга, или в сочетании друг с другом, специалист в области техники поймет, что многие из этих признаков могут быть предоставлены независимо от других признаков. Соответственно, это описание настоящего изобретения излагается без какой-либо потери общности, и без наложения ограничений, по отношению к настоящему изобретению. Дополнительно, относительные понятия, используемые в данном документе, не обозначают какой-либо порядок, повышение или важность, а скорее используются, чтобы отличать один элемент от другого. Дополнительно, термины, указанный в единственном и/или множественном числе, в настоящем описании не обозначают ограничение количества, а скорее обозначают наличие по меньшей мере одного упомянутого элемента.

[0027] Обращаясь к фиг. 2, схема усовершенствованного замкнутого контура 100 с циклом Брайтона (далее в данном документе обозначенного как «контур 100») изображается в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает в себя рабочую текучую среду, протекающую в нем, для работы силовой установки. Примерный вариант осуществления, как показано на фиг. 2, изображает контур 100 в его простейшей форме, которая может включать в себя нагреватель 110 по меньшей мере одну турбину 120, рекуператор 150 по меньшей мере один охладитель 160a, 160b по меньшей мере один компрессор, такой как компрессор 170a низкого давления и компрессор 170b высокого давления, обходную линию 180, систему 200 управления запасами и негерметичный откидной клапанный механизм 190, в замкнутом контуре, в котором циркулирует рабочая текучая среда.

[0028] Нагреватель 110 может быть выполнен с возможностью, чтобы подавать тепло к рабочей текучей среде, протекающей в контуре 100. Нагреватель 110 включает в себя впуск 112 и выпуск 114. Нагреватель 110 может быть газовым нагревателем, который содержит источник тепла, чтобы нагревать рабочую текучую среду, протекающую через него. В варианте осуществления нагреватель 110 может быть ядерным реактором, и источником тепла может быть натрий. Однако, изобретение, конечно, не ограничивается использованием ядерного реактора в качестве источника тепла. Могут быть использованы другие подходящие и традиционные источники тепла. Дополнительно, рабочая текучая среда может быть газом.

[0029] Дополнительно, турбина 120, охладители 160a, 160b и компрессоры 170a, 170b, каждое из них может быть одноступенчатым или многоступенчатым, по желанию. Соединение 132 трансмиссионного вала или другое подходящее механическое средство приведения в действие соединяет турбину 120 с компрессорами 170a, 170b. Аналогично, соединение 132 вала, имеющее подходящие уплотнения, не показаны, проходит к переменной нагрузке 130, которая может быть генератором, для выработки электроэнергии. Компрессоры 170a и 170b, которые приводятся в действие турбиной 120, соединяются с охладителем 160a, 160b, чтобы принимать и сжимать рабочую текучую среду.

[0030] Кроме того, рекуператор 150 приспосабливается, чтобы соединяться с турбиной 120 через выпуск 124, чтобы принимать расширенную рабочую текучую среду от турбины 120, чтобы охлаждать ее до определенной степени. Рекуператор 150 дополнительно соединяется с нагревателем 110 через впуск 112 нагревателя 110. Рекуператор 150 также соединяется с охладителем 160a (предварительным охладителем), где охлажденная рабочая текучая среда от рекуператора 150 дополнительно охлаждается и переносится к компрессору 170a низкого давления для сжатия. В зависимости от потребности, сжатая текучая среда из компрессора 170a низкого давления дополнительно охлаждается в охладителе 160b (промежуточный охладитель) и переносится к компрессору 170b высокого давления для дальнейшего сжатия охлажденной рабочей текучей среды. Такой сильно сжатой и охлажденной рабочей текучей среде предоставляется возможность проходить через рекуператор 150, где она принимает тепло от расширенной рабочей текучей среды из турбины 120, чтобы нагреваться до определенной степени. Нагретая рабочая текучая среда из рекуператора 150 подается к нагревателю 110 для дальнейшего нагрева и подается к турбине 120 для выработки мощности через генератор 130.

[0031] Турбина 120 действует, чтобы производить мощность, чтобы задействовать генератор (130) и устройство компрессора (170a, 170b) для работы контура 100 и подавать электричество в энергосистему в зависимости от требования по нагрузке, т.е., в состояниях полной нагрузки, частичной нагрузки или без нагрузки. Например: в состоянии полной нагрузки турбина 120 может формировать 1300 Мегаватт (МВт) мощности, из которых 700 МВт мощности могут быть использованы компрессором 170a, 170b, а оставшиеся 600 МВт используются генератором 132, чтобы вырабатывать электричество и передавать его в энергосистему. Однако, когда присутствует уменьшение в нагрузке, мощность, требуемая генератором 132, будет ниже, и, соответственно, может потребоваться система 200 управления запасами.

[0032] Как обсуждалось выше, система 200 управления запасами (система 200 запасов) может использоваться для медленного варьирования мощности в энергосистеме. Система 200 запасов конфигурируется параллельно обходной линии 180 рядом с компрессором 170a, 170b. Система 200 управления запасами может включать в себя последовательность резервуаров 201 для хранения рабочей текучей среды и клапанные устройства 202, 204, чтобы предоставлять возможность хранения и выпуска рабочей текучей среды из резервуаров 201 хранения, от и к компрессору 170a, 170b, в ответ на изменение в нагрузке. Когда нагрузка энергосистемы уменьшается, рабочая текучая среда будет отводиться от стороны высокого давления компрессоров 170a, 170b в резервуары, а когда нагрузка повышается, рабочая текучая среда в резервуаре 201 будет подаваться обратно к стороне низкого давления компрессоров 170a, 170b.

[0033] Также обсуждалось выше, в случае внезапного существенного уменьшения в нагрузке энергосистемы, может быть использована обходная линия 180. Как описано, обходная линия 180 может быть сконфигурирована около компрессоров, здесь, около компрессоров 170a и 170b. Обходная линия 180 включает в себя клапанный механизм 182, выполненный с возможностью регулироваться в ответ на изменение в нагрузке на силовой установке. В частности, как показано на фиг. 2, выпуск компрессора 170b высокого давления соединяется с впуском компрессора 170a низкого давления, в то же время проходя через предварительный охладитель 160a. Когда происходит изменение нагрузки, клапанный механизм 182, который может автоматически управляться, открывается, чтобы предоставлять возможность сжатому газу протекать от компрессора 170b высокого давления к компрессору 170a низкого давления управляемым образом, тем самым, перепуская поток сжатой рабочей текучей среды к нагревателю 110 и затем к турбине 120, чтобы уменьшать мощность, выводимую от турбины, как описано выше. Однако, обходная линия 180, как обсуждалось выше, может вести к значительному увеличению скорости трансмиссионного вала приблизительно на 20 процентов от номинальной скорости.

[0034] Вследствие этого, контур 100 с усовершенствованной концепцией управления содержит негерметичный откидной клапанный механизм 190. Негерметичный откидной клапанный механизм 190 (откидной клапан 190) конфигурируется на каждом трубопроводе 140 между нагревателем 110 и турбиной 120 в максимально возможной близости к впуску 122 каждой турбины. Откидной клапан 190 может быть закрыт, когда генератор 130 отсоединяется от энергосистемы, и, чтобы существенно уменьшать крутящий момент привода турбины, либо в комбинации с обходной линией 190, либо отдельно. Откидной клапан 190 не является герметичным, сохраняет некоторый циркулирующий поток внутри турбины 120, чтобы избегать перегрева вследствие эффекта вентиляционного сопротивления.

[0035] Откидной клапан 190 предназначается, чтобы минимизировать падение давления во время обычной работы, и, следовательно, значительно не влияет на эффективность цикла.

[0036] В соответствии с вариантом осуществления, как показано на фиг. 3A, 3B и 3C, откидной клапан 190 приспосабливается, чтобы быть сконфигурированным в трубопроводе 140. Для такой конфигурации, трубопровод 140 включает в себя выемку 142, где откидной клапан 190 расположен в выемке 142, как показано на фиг. 3A и 3B, чтобы минимизировать падение давления.

[0037] В варианте осуществления, как показано на фиг. 3C, откидной клапан 190 включает в себя откидной элемент 192 и присоединяющий сегмент 194. Присоединяющий сегмент 194 включает в себя ось 196 откидного элемента, которая шарнирно присоединяет откидной элемент 192. Присоединяющий сегмент 194 может предоставлять возможность присоединения откидного клапанного механизма 190 на трубопровод 140 в выемке 142. В закрытом положении откидной клапан 190 является негерметичным, при этом откидной элемент 192 конфигурируется, чтобы шарнирно качаться по оси 196 откидного элемента, что предоставляет возможность откидному элементу 192 частично открываться, согласно требованию, чтобы предоставлять возможность рабочей текучей среде с регулируемым массовым расходом проходить из трубопровода 140.

[0038] В варианте осуществления, когда генератор 130 соединяется с энергосистемой (состояние полной нагрузки), как показано на фиг. 3A, откидной элемент 192 находится в открытом положении, которая полностью расположен в выемке 142 и предоставляет возможность рабочей текучей среде полностью протекать из трубопровода 142 по меньшей мере к одной турбине 120, чтобы минимизировать падение давления. Дополнительно, в варианте осуществления, после отсоединения генератора от энергосистемы (состояние частичной нагрузки или состояние без нагрузки), как показано на фиг. 3B, откидной элемент 192 находится в закрытом положении, в которой он является негерметичным, что предоставляет возможность частично закрывать трубопровод 142, чтобы предоставлять возможность регулирования массового расхода рабочей текучей среды для поступления из трубопровода 142 к турбине 120, чтобы избегать перегрева вследствие вентиляционного сопротивления.

[0039] В контуре 100, после отсоединения генератора 130 от энергосистемы, вследствие негерметичного откидного клапанного механизма 190, момент сопротивления от генератора 130 внезапно исчезает, и в то же самое время крутящий момент привода турбины 120 делится почти пополам вследствие уменьшения потока на впуске турбины 120 вследствие закрытия негерметичного откидного клапанного механизма 190. Как следствие, баланс мощности между крутящим моментом привода от турбины 120 и моментом сопротивления от компрессора 170a, 170b становится в значительной степени отрицательным. Следовательно, скорость трансмиссионного вала 132 может немедленно быть уменьшена и может почти не испытывать превышения скорости.

[0040] В варианте осуществления откидной элемент 192 формируется, чтобы соответствовать форме трубопровода 140. Например, если форма трубопровода 140 является цилиндрической, откидной элемент 192 также формируется цилиндрическим, чтобы минимизировать падение давления во время обычной работы, т.е., следовательно, он не оказывает значительного влияния на эффективность контура.

[0041] В варианте осуществления откидной клапанный механизм 190 может быть самозакрывающимся откидным клапанным механизмом, который выполнен с возможностью частично закрываться в ответ на внезапное отсоединение генератора 130 для регулирования массового расхода рабочей текучей среды при поступлении из трубопровода 140 к турбине 120. Самозакрывающийся откидной клапанный механизм может управляться с помощью электронного модуля. Например, электронный модуль может инициировать закрытие откидного клапана 190 по сигналу, соответствующему отсоединению генератора 130, принятому от энергосистемы.

[0042] В соответствии с вариантом осуществления, контур 100 дополнительно включает в себя накрывающий механизм 198, выполненный с возможностью так, чтобы накрывать выемку и откидной клапанный механизм 190 и блокировать выход рабочей текучей среды из контура 100.

[0043] Контур 100 настоящего изобретения полезен в различных областях, таких как описанные выше. Контур может быть выполнен с возможностью лучше управлять замкнутым контуром с циклом Брайтона, а точнее, скоростью вала, когда генератор внезапно отсоединяется от энергосистемы. На основе вышеописанного описания, вследствие негерметичного откидного клапанного механизма, трансмиссионный вал почти не испытывает превышения скорости в случае отсоединения генератора от энергосистемы. В дополнение к вышесказанному, настоящее изобретение также уменьшает или устраняет большие обводные клапаны с ассоциированной системой труб, как требуется в обычных конструкциях. Кроме того, компрессор, охладитель и промежуточный охладитель не испытывают большого переполнения вследствие такого негерметичного откидного клапанного механизма. Настоящая система с негерметичным откидным клапанным механизмом может уменьшать крутящий момент привода турбины в течение нескольких сотен миллисекунд.

[0044] Вышеприведенные описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения были представлены в целях иллюстрации и описания. Они не предназначены быть исчерпывающими или ограничивать изобретение точными описанными формами, и очевидно, что множество модификаций и вариаций возможно в свете вышеприведенного учения. Варианты осуществления были выбраны и описаны для того, чтобы лучше объяснить принципы настоящего изобретения и его практическое применение, чтобы, таким образом, предоставлять возможность другим специалистам в данной области техники лучше использовать настоящее изобретение и различные варианты осуществления с различными модификациями, которые подходят для конкретного рассматриваемого использования. Понятно, что предполагаются различные исключения и подмены эквивалентов, когда обстоятельство может предлагать или оказываться подходящим, но они подразумевают покрывать применение или реализацию без отступления от духа или рамок формулы настоящего изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 - Усовершенствованный замкнутый контур с циклом Брайтона

110 - Нагреватель

112 - Впуск нагревателя

114 - Выпуск нагревателя

120 - Турбина

122 - Впуск турбины

124 - Выпуск турбины

130 - Переменная нагрузка/генератор

132 - Трансмиссионный вал

140 - Трубопровод

142 - Полость

150 - Рекуператор

160a, 160b - Охладитель (предварительный охладитель; промежуточный охладитель)

170a, 170b - Компрессор (высокого давления; низкого давления)

180 - Обходная линия

182 - Клапанный механизм

190 - Негерметичный откидной клапанный механизм

192 - Откидной элемент

194 - Присоединяющий сегмент

196 - Ось откидного элемента

198 - Накрывающий механизм

200 - Система управления запасами

201 - Резервуар

202, 204 - Клапан

1. Усовершенствованный замкнутый контур (100) с циклом Брайтона для силовой установки, причем контур (100) содержит рабочую текучую среду, протекающую в нем для работы, а также:

нагреватель (110), имеющий впуск (112) и выпуск (114), при этом нагреватель (110) выполнен с возможностью подачи тепла к рабочей текучей среде, протекающей в контуре (100);

по меньшей мере одну турбину (120), работающую на расширении нагретой рабочей текучей среды и соединенную с возможностью передачи приводного усилия с переменной нагрузкой (130) через трансмиссионный вал (132), причем каждая из по меньшей мере одной турбины (120) имеет впуск (122) и выпуск (124), при этом каждый впуск (122) указанной по меньшей мере одной турбины (120) соединен с выпуском (114) нагревателя (110) через трубопровод (140);

рекуператор (150), соединенный с указанной по меньшей мере одной турбиной (120) через выпуск (124) каждой турбины, чтобы принимать расширенную рабочую текучую среду для ее охлаждения, и соединенный с нагревателем (110) через впуск (112) нагревателя (110);

по меньшей мере один охладитель (160), соединенный с рекуператором (150), чтобы дополнительно охлаждать рабочую текучую среду;

по меньшей мере один компрессор (170) на трансмиссионном валу (132), приводимый в действие указанной по меньшей мере одной турбиной (120), причем указанный по меньшей мере один компрессор (170) соединен с указанным по меньшей мере одним охладителем (160), чтобы принимать и сжимать рабочую текучую среду для переноса к рекуператору (140) для нагрева посредством расширенной рабочей текучей среды от указанной по меньшей мере одной турбины (120) и подачи к нагревателю (110); и

негерметичный откидной клапанный механизм (190), предусмотренный на каждом трубопроводе (140) между нагревателем (110) и указанной по меньшей мере одной турбиной (120) в максимально возможной близости к впуску (122) каждой турбины, чтобы управлять массовым расходом рабочей текучей среды через негерметичный откидной клапанный механизм (190), чтобы регулировать скорость трансмиссионного вала (132), когда переменная нагрузка (130) отсоединяется от энергосистемы.

2. Контур (100) по п. 1, в котором трубопровод (140) содержит выемку (142), причем негерметичный откидной клапанный механизм (190) расположен в выемке (142), чтобы существенно минимизировать падение давления в контуре при обычной работе.

3. Контур (100) по п. 2, в котором негерметичный откидной клапанный механизм (190) содержит:

откидной элемент (192); и

присоединяющий сегмент (194), имеющий ось (196) откидного элемента, чтобы шарнирно присоединять откидной элемент (192), причем присоединяющий сегмент (194) обеспечивает возможность присоединения негерметичного откидного клапанного механизма (190) на трубопроводе (140), который должен быть расположен в выемке (142),

при этом откидной элемент (192) в открытом положении полностью накрывает выемку (142) и предоставляет возможность рабочей текучей среде полностью протекать из трубопровода (140) к указанной по меньшей мере одной турбине (120), и

причем откидной элемент (192) в закрытом положении является негерметичным, что обеспечивает возможность частичного перекрытия трубопровода (140), чтобы обеспечивать возможность регулирования массового расхода рабочей текучей среды для поступления из трубопровода (140) к указанной по меньшей мере одной турбине (120).

4. Контур (100) по п. 3, в котором откидной элемент (192) имеет такую форму, чтобы соответствовать форме трубопровода (140), чтобы существенно минимизировать падение давления в контуре при обычной работе.

5. Контур (100) по п. 3, в котором негерметичный откидной клапанный механизм (190) является самозакрывающимся негерметичным откидным клапанным механизмом, который выполнен с возможностью частичного закрытия в ответ на отсоединение переменной нагрузки (130) от энергосистемы.

6. Контур (100) по п. 5, в котором самозакрывающийся негерметичный откидной клапанный механизм выполнен с возможностью регулирования через электронный модуль.

7. Контур (100) по п. 3, дополнительно содержащий накрывающий механизм (198), выполненный с возможностью закрытия выемки и негерметичного откидного клапанного механизма (190) и блокирования выход рабочей текучей среды из контура (100).

8. Контур (100) по п. 3, в котором негерметичный откидной клапанный механизм (190) в закрытом положении является негерметичным, при этом откидной элемент (192) выполнен с возможностью шарнирного поворота по оси (196) откидного элемента, что обеспечивает возможность частичного открытия откидного элемента (192), чтобы обеспечивать прохождение рабочей текучей среды с регулируемым массовым расходом из трубопровода (140).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Стехиометрическая парогазотурбинная установка состоит из входного устройства, компрессора низкого и компрессора высокого давлений, между которыми расположен теплообменник, являющийся нагревательным элементом паросиловой установки, камеры сгорания, охлаждаемой турбины, за которой размещены: теплообменник-испаритель и теплообменник-конденсатор.

Настоящее изобретение относится к энергетике, к задаче прямого преобразования тепловой энергии в электрическую посредством термоэлектрической и термоэлектронной эмиссии, в частности к получению электрической энергии за счет тепла газов, образующихся при термохимическом преобразовании топлива, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и теплом отдельных зданий промышленной и индивидуальной застройки, в металлургии, транспорте и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой установки (ПГУ) осуществляют с использованием парового охлаждения горячих элементов турбины.

Изобретение относится к энергетике. Предложен способ более точного определения эффективности паровой турбины, в котором уплотнительный пар в паровой турбине перенаправляют с обеспечением возможности более точного определения эффективности паровой турбины.

Изобретение относится к энергетике и двигателестроению. Двигатель внутреннего испарения содержит источник тепла, рекуперативный теплообменник, рабочую машину в виде камеры переменного объема с подвижным элементом, холодильник, насос и рабочее тело в виде жидкости, на входном трубопроводе которой из холодильника в камеру установлены насос и дополнительно дозатор, подвижный элемент соединен с потребителем механической энергии, а на выходном трубопроводе установлен управляемый клапан, управление работой которого, а также дозатором согласовано с положением подвижного элемента относительно стенок этой камеры.

Тепловой двигатель включает парогенератор и гидромотор. Гидромотор приводится в действие напором жидкости, вытесняемой паром.

Изобретение относится к области тепловой энергетики и может быть использовано для производства электрической и тепловой энергии. .

Предложен усовершенствованный замкнутый контур 100 с циклом Брайтона для силовой установки, который включает в себя нагреватель 110, по меньшей мере одну турбину 120, рекуператор 150, по меньшей мере один охладитель 160, по меньшей мере один компрессор 170, обходную линию 180 и откидной клапанный механизм 190 в замкнутом контуре, в котором циркулирует рабочая текучая среда, чтобы вырабатывать электричество через генератор 132. В зависимости от необходимости, например в случае отсоединения нагрузки энергосистемы, скорость трансмиссионного вала, на котором турбина 120, компрессор 170 и генератор 132 предусмотрены, также требуется уменьшать без какого-либо влияния на падение давления в контуре. Для этого негерметичный откидной клапанный механизм 190 предусмотрен в каждом трубопроводе 140 между нагревателем 110 и по меньшей мере одной турбиной 120 в максимально возможной близости к впуску 122 каждой турбины. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх