CZ11118U1 - Parní objemová kogenerační jednotka - Google Patents

Description

Parní objemová kogenerační jednotka

Oblast techniky

Technické řešení se týká parní (plynové) objemové kogenerační jednotky, zvláště pro malé a střední výkony, využitelné ve spojení s generátorem pro výrobu elektrické energie nebo pro přímý pohon strojů.

Dosavadní stav techniky

Velkou většinu komunálních a technologických zdrojů tepelné energie tvoří rozptýlené středotlaké kotelny produkující mírně přehřátou páru o tlaku cca 1 až 1,5 MPa. Tato pára se po redukci tlaku na cca 0,2 až 0,8 MPa dodává k dalšímu komunálnímu či technologickému využití aje využíváno především její kondenzační teplo.

Standardně se provádí snižování tlaku redukčními ventily takže nedochází ke kvantitativní změně, tj. neztrácí se tepelná energie. Z kvalitativního hlediska však dochází ke snížení tlakové energie páry, která není při této redukci využita.

V posledních letech je využití tlakového spádu při redukci tlaku páry nebo plynného média věnována zvýšená pozornost. Vývoj probíhá ve dvou směrech a to využíváním vysokootáčkových protitlakých turbín a využíváním parních objemových strojů. Pro výkony 100 až 200 kW jsou používány turbíny, nižší výkony jsou realizovány rychloběžnými parními stroji. Tyto kogenerační jednotky slouží jednak kpřímému pohonu strojů anebo kpohonu elektrických generátorů na výrobu elektrického proudu.

Z principu náhrady standardní redukce tlaku redukčními ventily, redukcí rotační, např. parními stroji, vyplývá, že bez ohledu na hodnotu dosažené účinnosti transformace tlakové energie na využitelnou práci jsou přídavné palivové náklady, jdoucí na vrub konečné vyrobené energie, vždy rovny této energii, při vyjádření ve srovnatelných fyzikálních jednotkách. Z tohoto pohledu konečný efekt není ovlivněn velikostí dosažené účinnosti transformace.

Z CZ patentu č. 286 918 je známa kogenerační jednotka malého výkonu zařazovaná mezi středotlaký kotel a spotřebitelské vstupy. Jednotka je tvořena upraveným jedno nebo víceválcovým mechanizmem spalovacího motoru vznětového nebo zážehového, nebo kompresoru atd. Každý válec těchto mechanizmů je opatřen speciální hlavou, ve které je vytvořen jeden plnící kanál ajeden výfukový kanál. Na každé hlavě je upevněn dutý plnicí rotační šoupátkový rozvod a dutý výfukový rotační šoupátkový rozvod. Toto provedení je bez pístní tyče a křižákového vedení. Úpravy základního mechanizmu spočívají v náhradě původní hlavy motoru s ventilovým rozvodem speciální hlavou se šoupátkovým rozvodem. Tato kogenerační jednotka pracuje jako jednočinný parní stroj.

Nevýhodou většiny dosud používaných kogeneračních jednotek je poměrně velká investiční náročnost, která hlavně u malých jednotek často neúnosně prodlužuje dobu návratnosti.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody tj. doposud vysoká pořizovací hodnota parního stroje jako kogenerační objemové jednotky či ztráta pracovní schopnosti páry nebo plynu, při redukci tlaku klasickými redukčními ventily, odstraňuje využití parní objemové kogenerační jednotky, která se zařazuje do systému parního resp. plynového potrubí místo redukčního ventilu.

Podstatou kogenerační jednotky podle technického řešení je využití základního upraveného mechanizmu spalovacího, vznětového motoru či kompresoru, ze kterého je nejčastěji využita skříň (blok) motoru, olejové hospodářství, klika, ojnice, píst a válec. Olejové hospodářství je upraveno a omezeno pouze na funkci mazání klikového mechanizmu včetně válce a upraveného

- 1 CZ 11118 Ul původního pístu. Píst zastává funkci křižáku a je upraven tak, aby do jeho původního pístního čepu mohla být kloubově uchycena, spolu s ojnicí i pístní tyč. Na takto upravenou základní motorovou jednotku, která může být použita z jedno či víceválcového motoru jsou jako nástavba připojeny jeden nebo více pracovních parních válců s příslušnými hlavami pro vstup a výstup páry či plynu a s šoupátkovým rozvodem páry nebo plynu. V těchto válcích se pohybuje dvojčinný pracovní píst. Spojení tohoto pístu se základní upravenou motorovou jednotkou je provedeno dutou vodicí tyčí a pístnicí. Dutá vodicí tyč je pevně spojena s dvojčinným pracovním pístem, druhý konec této duté vodicí tyče je volný. Dutá vodicí tyč zajišťuje vedení pracovního pístu a zároveň utěsnění pracovního prostoru válce proti úniku páry a pronikání oleje do pracovního válce. Dutou vodicí tyčí prochází pístnice, která je kloubově uchycena v pracovním pístu pracovního válce a současně je kloubově uchycena i v upraveném pístu původní motorové jednotky.

Pístnice zajišťuje přenos posuvných sil z pracovního válce na klikový mechanizmus základní « motorové jednotky. Toto výhodné provedení duté vodicí tyče a pístnice zajišťuje dokonalé vedení pracovního parního dvojčinného pístu ve válci a dobrou životnost vodicího ložiska a ucpávky, kterými prochází. Kloubové uložení pístnice zajišťuje kompenzaci všech nepřesností mezi osou vedení upraveného pístu původní motorové jednotky, tedy mezi osou vedení upraveného pistu (křižáku) a mezi osou vedení pracovního parního pístu. Tyto dvě osy se potom stávají v běžných tolerancích na sobě vzájemně nezávislé. Výhodou tohoto řešení je, že může být využito základních komponent sériově vyráběných motorů. Podle vynálezu provedená dutá vodicí tyč a pístnice kompenzuje především u víceválcových provedení odchylky souosostí vzniklých tepelnými dilatacemi, chvěním a výrobními nepřesnostmi a zároveň zajišťuje dokonalé utěsnění pracovního prostoru pracovního válce proti úniku páry a proti pronikání oleje do pracovního válce.

Dutá vodicí tyč a pístnice umožňuje bezproblémově spojit základní motorovou jednotku s parní pracovní částí, a tím že kompenzuje celou škálu dalších možných nepřesností v souososti, snižuje i náklady na montáž a výrobu parní pracovní nástavby. Podle vynálezu vyrobená parní kogeneračni jednotka představuje relativně malý náklad s rychlou návratností vložených investic, neboť využívá sériově vyráběný a tedy i levný motor. Najde tedy uplatnění jako náhrada redukčního ventilu i v případech, kdy klasický parní stroj či turbína jsou z ekonomických důvodů nevýhodné. Zařízení umožní ve spojení s generátorem v kogeneračním provozu nebo při redukci plynu výrobu levné elektrické energie.

Příklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je schematicky znázorněn řez válcem víceválcové kogenerační objemové jednotky vytvořené podle vynálezu z upravených komponent víceválcového spalovacího motoru a z parní pracovní části.

Na válec 8 je po sejmutí původní hlavy s ventilovým rozvodem upevněna hlava 13, nesoucí mezikus 14. Na mezikus 14 je nasazena spodní hlava 15 rozvodu, na níž je upevněn válec JO s horní hlavou 16 rozvodu a je tak vytvořena parní pracovní část, v níž se pohybuje nemazaný dvojčinný píst JJ. Na hlavy 15, 16 rozvodu je nasazen nezakreslený šoupátkový rozvod, poháněný pomocí klikového hřídele 9. Přímočarý pohyb pístu 11 je na rotační pohyb převáděn pístnicí 2, jejíž jeden konec je pomocí hlavy 20 uložen na čepu JJ pístu JJ. Druhý konec pístnice 2 je opatřen hlavou 19, která je společně s hlavou ojnice 7 kloubově uložena na pístním čepu 6 upraveného pístu 5. Upravený píst 5 pohybující se ve válci 8 plní funkci křižáku. Pístnice 2 přenášející sílu z pístu JT na klikový hřídel 9 je umístěna v dutině vodicí tyče i, jejíž jeden konec je upevněn na dvojčinném pístu JT a druhý konec je volný. Dutá tyč i je kluzně uložena v ložisku 3 a v ucpávce 4, přičemž ložisko 3 je uloženo ve spodní hlavě 15 rozvodu, na níž je upevněna i ucpávka 4.

Jak je patrné, ze standardního spalovacího motoru je využita skříň (blok), olejové hospodářství, klikový hřídel, klika, upravený píst a válec. Olejové hospodářství je omezeno pouze na mazání klikového mechanizmu včetně válce a pístu. Kloubové uchycení pístnice 2 v pístu JT i v pístu 5

-2CZ 11118 Ul zajišťuje kompenzaci nesouososti mezi osou vedení upraveného pístu 5 (křižáku) a mezi osou pohybu pracovního parního pístu 11 vedeného dutou tyčí 1. Tyto dvě osy jsou při provedení podle vynálezu v běžných tolerancích na sobě nezávislé, což zajišťuje především u víceválcového provedení také kompenzaci odchylek vzniklých tepelnými dilatacemi, chvěním a případnými výrobními nepřesnostmi.

Dutá vodicí tyč zajišťuje za provozu jak utěsnění pracovního prostoru parního válce, tak současně zamezuje proniknutí oleje z mazané spodní části jednotky do nemazaného pracovního prostoru válce kogenerační jednotky.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Parní objemová kogenerační jednotka složená z částečně upraveného mechanizmu motoru pístového točivého stroje a z pracovního parního válce s dvojčinným pístem, vyznačená tím, že na válec (8) upraveného motoru je upevněna hlava (13) nesoucí mezikus (14), na němž je umístěna parní pracovní část složená ze spodní hlavy (15) rozvodu, z válce (10), z horní hlavy (16) rozvodu a z dvojčinného pracovního pístu (11), na němž je upevněna dutá vodicí tyč (1) kluzně uložená v ložisku (3) umístěném ve spodní hlavě (15) a v ucpávce (4) upevněné rovněž na spodní hlavě (15), přičemž dutinou vodicí tyče (1) prochází pístnice (2), jejíž jeden konec je pomocí hlavy (20) kloubově uložen na čepu (18) pístu (11) a druhý konec je pomocí hlavy (19) kloubově uložen na pístním čepu (6) upraveného pístu (5), na němž je současně uložena ojniční hlava ojnice (7).
2. 2. Parní objemová kogenerační jednotka podle nároku 1, vyznačená tím, že hlava (19) pístnice (2) je uložena na druhém čepu umístěném v upraveném pístu (5).