CN115596524A - 一种有机朗肯循环引射回油装置 - Google Patents

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宋丹阳
李同
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Abstract

本发明公开了一种有机朗肯循环引射回油装置,包括工质回路、蒸发器回油管路、高压蒸气引射管路和透平回油管路,本发明可以使蒸发器中的润滑油通过压差自然进入透平膨胀发电机底部的储油腔,随后通过蒸发器出口的高压气态工质将透平膨胀发电机底部的储油腔内的润滑油引射回油箱内,补充透平膨胀发电机的润滑油,以上过程安全可靠,且不需要如泵等额外耗功设备,也不需要在膨胀机出口设置油分离器,有助于减少有机朗肯循环系统内部耗功,提升膨胀机效率及整体发电效率。

Description

一种有机朗肯循环引射回油装置
技术领域
本发明涉及一种有机朗肯循环引射回油装置,属于节能技术领域。
背景技术
有机朗肯循环利用有机工质的低沸点特性,可在较低的温度下获得较高的工质蒸气压,从而推动膨胀机做功发电。由于其核心部件膨胀机含有较多转动部件,且目前大多数膨胀机采用油润滑的方式,因此,充足的润滑油是其稳定、安全运行的重要保障。在有机朗肯循环系统工作时,高压有机工质进入膨胀机膨胀做功,在此过程中,部分润滑油也会混入工质,并随工质一起排出,长此以往,膨胀机内的润滑油会越来越少,而轴承等转动部件在缺少润滑的条件下极易发生损伤,对系统的安全性和稳定性造成不利影响。基于以上原因,在有机朗肯循环中设置回油是十分必要的。而现有的有机朗肯循环系统多采用在膨胀机出口设置油分离器及油泵的方式进行回油,这种方式会增加膨胀机出口压力,降低膨胀效率,此外,有机朗肯循环发电机组作为余热发电、节能降耗的重要方式,本身对外输出电量,因此,应尽量降低系统自身内部的耗功。而油泵运转需要耗电,因此会使机组内耗增加,影响发电效率。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种有机朗肯循环引射回油装置。本发明将引射回油应用于有机朗肯循环系统,利用蒸发器出口的高压气态工质作为引射介质,通过引射器将低压润滑油引入回油管路,结构简单,无额外耗功,运行安全可靠。
本发明所采用的技术方案有:
一种有机朗肯循环引射回油装置,包括
工质回路,所述工质回路上设有蒸发器、透平膨胀发电机、冷凝器与工质泵,蒸发器内的气态有机工质进入透平膨胀发电机并推动透平膨胀发电机的叶轮做功发电,经过透平膨胀发电机的气态有机工质经过冷凝器冷却成液态,并通过工质泵回流至蒸发器,在透平膨胀发电机上设有油箱以及储油腔;
蒸发器回油管路,所述蒸发器回油管路的一端与蒸发器上的回油口相连通,另一端与透平膨胀发电机上的储油腔相连通,蒸发器回油管路将工质回路中的润滑油送回储油腔;
高压蒸气引射管路,所述高压蒸气引射管路上设有两个并联的引射器,在每个引射器上设有高压引射口、低压被引射口以及流体出口,两个引射器的高压引射口与工质回路相连,两个引射器的流体出口与透平膨胀发电机的油箱相连;
透平回油管路,所述透平回油管路设有两条,两条的透平回油管路的一端与透平膨胀发电机的储油腔相连,另外一端分别与两引射器上的低压被引射口相连。
进一步地,所述工质回路上还设有第一过滤器、透平进口阀、第二过滤器、蝶阀和截止止回阀,所述蒸发器、第一过滤器、透平进口阀、透平膨胀发电机、冷凝器、第二过滤器、蝶阀、工质泵和截止止回阀依次串联在工质回路上。
进一步地,在第一过滤器中工质出口和冷凝器中工质进口之间并联有透平旁通阀。
进一步地,所述蒸发器回油管路上依次串联有第一球阀、第一视液镜、第四过滤器、针阀和第二球阀,且第二球阀的出口与透平膨胀发电机上的储油腔相连通。
进一步地,所述高压蒸气引射管路上设有第三球阀和第三过滤器,第三球阀和第三过滤器串联后与所述工质回路相并联,两个引射器与第三过滤器的出口相并联。
进一步地,在其中一条透平回油管路上设有第四球阀,在另外一条透平回油管路上串联有第五球阀和第五过滤器,且第五球阀和第五过滤器沿着对应透平回油管路的回油方向顺序布置。
进一步地,所述透平膨胀发电机的透平出口处设有储油腔,两条透平回油管路均与储油腔相连。
本发明具有如下有益效果:
本发明可以使蒸发器中的润滑油通过压差自然进入透平膨胀发电机底部的储油腔,随后通过蒸发器出口的高压气态工质将透平膨胀发电机底部的储油腔内的润滑油引射回油箱内,补充透平膨胀发电机的润滑油,以上过程安全可靠,且不需要如泵等额外耗功设备,也不需要在膨胀机出口设置油分离器,有助于减少有机朗肯循环系统内部耗功,提升膨胀机效率及整体发电效率,本发明同样适用于工业余热节能和LNG冷能回收发电领域。
附图说明
图 1 为本发明结构图。
图 2 为第一引射器或第二引射器的剖视图。
图中:
1、蒸发器;2、第一过滤器;3、透平旁通阀;4、透平进口阀;5、透平膨胀发电机;6、冷凝器;7、第二过滤器;8、蝶阀;9、工质泵;10、截止止回阀;11、第一球阀;12、第一视液镜;13、第四过滤器;14、针阀;15、第二球阀;16、第三球阀;17、第三过滤器;18、第四球阀;19、第一引射器;20、第五球阀;21、第五过滤器;22、第二引射器;23、第二视液镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2,本发明 一种有机朗肯循环引射回油装置,包括
工质回路,在工质回路上设有蒸发器1、透平膨胀发电机5、冷凝器6与工质泵9,蒸发器1内的气态有机工质进入透平膨胀发电机5并推动透平膨胀发电机5的叶轮做功发电,经过透平膨胀发电机5的气态有机工质经过冷凝器6冷却成液态并通过工质泵9回流至蒸发器1,在透平膨胀发电机5上设有油箱以及储油腔。
蒸发器回油管路,蒸发器回油管路的一端与蒸发器1上的回油口相连通,另一端与透平膨胀发电机5上的储油腔相连通,蒸发器回油管路将工质回路中的润滑油送回储油腔。
高压蒸气引射管路,蒸发器回油管路上设有两个并联的引射器,在每个引射器上设有高压引射口A、低压被引射口B以及流体出口C,两个引射器的高压引射口与工质回路相连,两个引射器的流体出口与透平膨胀发电机5的油箱相连。
透平回油管路,透平回油管路设有两条,两条的透平回油管路的一端与透平膨胀发电机5的储油腔相连,另外一端分别与两引射器上的低压被引射口相连。
以下对个管路的结构组成以及工作流程进行详细说明。
工质回路包括蒸发器1、第一过滤器2、透平旁通阀3、透平进口阀4、透平膨胀发电机5、冷凝器6、第二过滤器7、蝶阀8、工质泵9和截止止回阀10。
有机朗肯循环系统工作时,中低温热源进入蒸发器1,加热其中的有机工质,使其变为高压气体,在机组刚启动时,透平旁通阀3开启,透平进口阀4关闭,以保护透平膨胀发电机5,防止其在非额定工况下工作。蒸发器1内的气态工质通过透平旁通阀3进入冷凝器6被冷却为液态,随后被工质泵9泵入蒸发器1。随着工质被不断加热,蒸发器内压力不断升高,当达到可以推动透平膨胀发电机5正常工作的工况时,透平旁通阀3关闭,透平进口阀4打开,气态有机工质进入透平膨胀发电机5推动叶轮做功发电。
工质膨胀后温度压力降低,进入冷凝器6,被冷却为液态,随后通过第二过滤器7、蝶阀8、工质泵9及截止止回阀10,回到蒸发器1,完成一个循环。其中,第二过滤器7的作用是除去工质中可能含有的固体颗粒等杂质,防止设备损伤;截止止回阀10的作用是防止工质从高压侧蒸发器1倒流回低压侧冷凝器6。
在有机朗肯循环系统运行时,透平膨胀发电机5内的润滑油会混入工质,并随工质一起排出,进入冷凝器6、蒸发器1。蒸发器1为满液式蒸发器,壳程内为有机工质。由于润滑油沸点较高,因此不会在蒸发器1内被蒸发为气态,而是在蒸发器1内逐渐累积,由于润滑油密度低于有机工质密度,因此蒸发器1内壳程液面附近会形成富油层,通过利用蒸发器回油管路将蒸发器1内的润滑油送回透平膨胀发电机5。
蒸发器回油管路包括第一球阀11、第一视液镜12、第四过滤器13、针阀14和第二球阀15,蒸发器1的筒体上设有回油口,通过蒸发器回油管路及该管路上的阀件连接至透平膨胀发电机5工质出口处,由于蒸发器1内的压力较高,透平膨胀发电机5出口压力较低,因此润滑油可通过蒸发器1筒体上设置的回油口被压入蒸发器回油管路,从而被送回透平膨胀发电机5中。若被送回的润滑油中含有液态有机工质,当其进入透平膨胀发电机5的出口处时,由于此处压力较低,液态有机工质会蒸发为气态,随膨胀后的工质一起排出,而液态润滑油则下落至透平膨胀发电机5底部的储油腔内暂时储存。第一视液镜12的作用是观察管路内的润滑油状态及液位。
高压蒸气引射管路包括第三球阀16、第三过滤器17、第一引射器19、第二引射器22以及第二视液镜23。第一过滤器2后的管道处开有引射口,此处出来的流体为从蒸发器1出来的高压气态工质,经过滤后可以作为高压引射流体来引射润滑油。第三过滤器17的作用是除去工质中可能含有的杂质,防止损伤透平,第二视液镜23的作用是观察引射工质及润滑油的状态和液位。
当润滑油被送入透平膨胀发电机5出口时,由于润滑油为液态,因此会下落至透平膨胀发电机5出气盖底部的储油腔内。此时需要透平回油管路将其送回透平油箱中。而对于透平膨胀发电机5的油箱中的润滑油来说,由于阀门开关等原因引起的油箱压力变化会使一部分润滑油被有机工质夹带,通过叶轮进入到膨胀机蜗壳中,并在膨胀机蜗壳底部(即储油腔)聚集。因此,为充分回油,透平膨胀发电机5设有两个回油口,一个位于透平膨胀发电机5的出气盖底部,一个位于透平膨胀发电机5的机体蜗壳底部。
由此,透平回油管路有两条,其一为与透平膨胀发电机5连接的第四球阀18,另一条为透平膨胀发电机5连接的第五球阀20和第五过滤器21。两条透平回油管路除回油口不同外,还有是否存在第五过滤器21的区别。这是由于两条回路润滑油来源不同,位于透平膨胀发电机5出气盖底部的润滑油来自蒸发器回油,此前已经第二过滤器7过滤,而位于透平膨胀发电机5机体蜗壳底部的润滑油来自油箱,经叶轮到达此处,中间无过滤环节,因此回到油箱前需设置第五过滤器21过滤。
通过以上的高压蒸气引射管路与透平回油管路,透平膨胀发电机底部的润滑油即可被高压气态工质通过引射器射器引入回油管路,并与高压气态工质混合一起送入透平油箱内。在透平膨胀发电机的油箱内,由于润滑油是液态,因此可以留在油箱中储存,油箱上方设有出气口,与透平膨胀发电机5的出气口联通,因此气态的有机工质可以随膨胀后的工质一起排出,回到冷凝器6。
高压流体从引射器的高压引射口A进入,当经过引射器腔体内的扩缩结构(锥腔)时,由于气体经过狭窄的喷嘴后进行绝热膨胀,因此其速度增加,压力减小,从而将引射器下方的被引射流体吸引到上方(即低压被引射口B引入),与原高压流体混合,随后一起喷出。基于这种原理,本发明将蒸发器1出口的高压气态有机工质作为引射介质,润滑油作为被引射流体,进行透平膨胀发电机的回油,这种方式可以减去回油泵的设置,节省系统耗功。
本发明可以使蒸发器1中的润滑油通过压差自然进入透平膨胀发电机底部的储油腔,随后通过蒸发器出口的高压气态工质将透平膨胀发电机底部的储油腔内的润滑油引射回油箱内,补充透平膨胀发电机的润滑油,以上过程安全可靠,且不需要如泵等额外耗功设备,也不需要在膨胀机出口设置油分离器,有助于减少有机朗肯循环系统内部耗功,提升膨胀机效率及整体发电效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:包括
工质回路,所述工质回路上设有蒸发器(1)、透平膨胀发电机(5)、冷凝器(6)与工质泵(9),蒸发器(1)内的气态有机工质进入透平膨胀发电机(5)并推动透平膨胀发电机(5)的叶轮做功发电,经过透平膨胀发电机(5)的气态有机工质经过冷凝器(6)冷却成液态并通过工质泵(9)回流至蒸发器(1),在透平膨胀发电机(5)上设有油箱以及储油腔;
蒸发器回油管路,所述蒸发器回油管路的一端与蒸发器(1)上的回油口相连通,另一端与透平膨胀发电机(5)上的储油腔相连通,蒸发器回油管路将工质回路中的润滑油送回储油腔;
高压蒸气引射管路,所述高压蒸气引射管路上设有两个并联的引射器,在每个引射器上设有高压引射口、低压被引射口以及流体出口,两个引射器的高压引射口与工质回路相连,两个引射器的流体出口与透平膨胀发电机(5)的油箱相连;
透平回油管路,所述透平回油管路设有两条,两条的透平回油管路的一端与透平膨胀发电机(5)的储油腔相连,另外一端分别与两引射器上的低压被引射口相连。
2.如权利要求1所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:所述工质回路上还设有第一过滤器(2)、透平进口阀(4)、第二过滤器(7)、蝶阀(8)和截止止回阀(10),所述蒸发器(1)、第一过滤器(2)、透平进口阀(4)、透平膨胀发电机(5)、冷凝器(6)、第二过滤器(7)、蝶阀(8)、工质泵(9)和截止止回阀(10)依次串联在工质回路上。
3.如权利要求2所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:在第一过滤器(2)中工质出口和冷凝器(6)中工质进口之间并联有透平旁通阀(3)。
4.如权利要求1所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:所述蒸发器回油管路上依次串联有第一球阀(11)、第一视液镜(12)、第四过滤器(13)、针阀(14)和第二球阀(15),且第二球阀(15)的出口与透平膨胀发电机(5)上的储油腔相连通。
5.如权利要求1所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:所述高压蒸气引射管路上设有第三球阀(16)和第三过滤器(17),第三球阀(16)和第三过滤器(17)串联后与所述工质回路相并联,两个引射器与第三过滤器(17)的出口相并联。
6.如权利要求1所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:在其中一条透平回油管路上设有第四球阀(18),在另外一条透平回油管路上串联有第五球阀(20)和第五过滤器(21),且第五球阀(20)和第五过滤器(21)沿着对应透平回油管路的回油方向顺序布置。
7.如权利要求1所述的有机朗肯循环引射回油装置,其特征在于:所述透平膨胀发电机(5)的透平出口处设有储油腔,两条透平回油管路均与储油腔相连。
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