EA001492B1 - Process for transformation of vapour energyinto mechanical energy - Google Patents
Process for transformation of vapour energyinto mechanical energy Download PDFInfo
- Publication number
- EA001492B1 EA001492B1 EA199900426A EA199900426A EA001492B1 EA 001492 B1 EA001492 B1 EA 001492B1 EA 199900426 A EA199900426 A EA 199900426A EA 199900426 A EA199900426 A EA 199900426A EA 001492 B1 EA001492 B1 EA 001492B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- steam
- water
- superheated
- kcal
- injected
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, к способам преобразования паровой энергии в механическую энергию применительно к паровой винтовой машине. Изобретение предназначено для малогабаритных мобильных теплоэлектростанций, преимущественно малой мощности - до 6 МВт.The invention relates to power engineering, in particular, to methods for converting steam energy into mechanical energy in relation to a steam screw machine. The invention is intended for small-sized mobile thermal power plants, mainly low power - up to 6 MW.
Известна тепловая электростанция со стационарным паровым котлом и турбогенератором (см. Соловьев Ю.П. Проектирование теплоснабжающих установок для промпредприятий, М., 1968 г., с. 38). Используемый в ней способ преобразования энергии пара не позволяет работать ей на остром паре низкого давления, равного 5-20 атм. Кроме этого, электростанции подобного типа обладают большими габаритами и весом.A thermal power plant with a stationary steam boiler and a turbogenerator is known (see Soloviev, Yu.P. Design of heat supply plants for industrial enterprises, Moscow, 1968, p. 38). The method of converting steam energy used in it does not allow it to work on an acute pair of low pressure, equal to 5-20 atm. In addition, power plants of this type have large dimensions and weight.
Известен также способ преобразования энергии пара в механическую энергию, заключающийся в генерировании пара, подаче перегретого пара под давлением в паровую винтовую машину (ПВМ), расширении пара с преобразованием потенциальной энергии пара непосредственно в механическую энергию ( 8ϋ, патент СССР № 1838632, 1993).There is also a method of converting steam energy into mechanical energy, which consists in generating steam, supplying superheated steam under pressure to a steam screw machine (FDA), expanding the steam by converting the potential energy of the steam directly into mechanical energy (8ϋ, USSR patent No. 1838632, 1993).
Однако в известном способе перегретый пар имеет высокую температуру, которая вызывает большое термическое расширение деталей ПВМ. Неравномерность нагрева деталей вызывает заклинивание роторов машины.However, in the known method, superheated steam has a high temperature, which causes a large thermal expansion of PVM parts. Uneven heating of parts causes jamming of the rotors of the machine.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа преобразования паровой энергии в механическую энергию, обеспечивающего повышение надежности и долговечности узлов и деталей машины при одновременном увеличении её КПД. Технический результат заключается в возможности обеспечения регулирования температуры перегретого пара, поступающего в паровую винтовую машину, и уменьшения термического расширения узлов и деталей ПВМ в оптимальных пределах.The problem to which the invention is directed, is to develop a method for converting steam energy into mechanical energy, providing increased reliability and durability of the machine components and parts while increasing its efficiency. The technical result consists in the ability to control the temperature of superheated steam entering the steam screw machine, and to reduce the thermal expansion of nodes and parts of the FDA in the optimal range.
Для достижения указанного выше технического результата в известном способе преобразования энергии пара в механическую энергию, заключающимся в генерировании перегретого пара, подаче перегретого пара под давлением в паровую винтовую машину, расширении пара с преобразованием потенциальной энергии пара непосредственно в механическую энергию, перед подачей перегретого пара в паровую винтовую машину в перегретый пар впрыскивают воду, расход Ό которой определяют из соотношенияTo achieve the above technical result in the known method of converting steam energy into mechanical energy, which consists in generating superheated steam, supplying superheated steam under pressure to a steam screw machine, expanding the steam with converting the potential energy of the steam directly into mechanical energy, before applying superheated steam to steam a screw machine is injected with superheated steam, the flow rate Ό of which is determined from the ratio
Ό > (ί - ГШЕСа - ίο) + г], где ί, 1' - энтальпия пара соответственно в перегретом и в насыщенном состоянии, при условии Ρ-οοηκί, ккал/кг;Ό> (ί - GShESA - ίο) + r], where ί, 1 'is the vapor enthalpy in the overheated and saturated state, respectively, provided Ρ-οοηκί, kcal / kg;
О,, - расход пара, кг/с;О ,, - steam consumption, kg / s;
С - теплоемкость воды, ккал/кг-град; г - теплота парообразования, ккал/кг;C is the heat capacity of water, kcal / kg deg; g is the heat of vaporization, kcal / kg;
Г - температура кипения;G is the boiling point;
ίο - температура впрыскиваемой в пар воды перед впрыском;ίο - temperature of water injected into steam before injection;
уменьшают температуру перегретого пара за счет испарения впрыскиваемой воды до температуры, при которой пар переходит во влажное состояние.reduce the temperature of superheated steam due to evaporation of the injected water to a temperature at which the steam goes into a wet state.
Кроме этого, перед впрыскиванием порции воды снижают начальное чрезмерное давление перегретого пара путем пропускания его через гидравлическое сопротивление до величины давления, равной 5-20 атм.In addition, before injecting portions of water, the initial excessive pressure of the superheated steam is reduced by passing it through the hydraulic resistance to a pressure value of 5-20 atm.
Кроме этого, после впрыскивания порции воды снижают чрезмерное давление влажного пара путем пропускания его через гидравлическое сопротивление до величины давления, равной 5-20 атм.In addition, after injection, portions of water reduce the excessive pressure of wet steam by passing it through the hydraulic resistance to a pressure value of 5-20 atm.
Кроме этого, пар в паровую винтовую машину впрыскивают порциями.In addition, steam is injected in portions into a steam screw machine.
Кроме этого, образуемую в процессе расширения пара в паровой винтовой машине воду используют в качестве уплотнителя зазоров между трущимися деталями машины на пути утечек пара.In addition, the water generated during the expansion of steam in a steam screw machine is used as a sealant of the gaps between the rubbing parts of the machine on the path of steam leakage.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлены изотермы на ί-8 диаграмме, характеризующие изменения состояния пара при впрыске воды;In FIG. 1 shows isotherms in the ί-8 diagram, characterizing changes in the state of steam during water injection;
на фиг. 2 представлены изобары на ί-8 диаграмме, характеризующие изменения состояния перегретого пара при пропускании его через гидравлическое сопротивление;in FIG. Figure 2 shows isobars in the ί-8 diagram, characterizing changes in the state of superheated steam when passing it through hydraulic resistance;
на фиг. 3 представлены изобары на ί-8 диаграмме, характеризующие изменения состояния влажного пара при пропускании его через гидравлическое сопротивление.in FIG. Figure 3 shows isobars in the ί-8 diagram characterizing changes in the state of wet steam when it is passed through the hydraulic resistance.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Способ преобразования энергии пара в механическую энергию предназначен для применения в тепловых электростанциях малой мощности, преимущественно - до 6 МВт. Подобные электростанции имеют источник 1 острого пара низкого давления, равного 5-20 атм. В качестве источника 1 может быть использован паровой котел.The method of converting steam energy into mechanical energy is intended for use in low-power thermal power plants, mainly up to 6 MW. Such power plants have a source of 1 sharp low-pressure steam equal to 5-20 atm. As source 1, a steam boiler can be used.
Начальное и конечное состояние пара (фиг. 1 ) характеризуются точками 1 и 2, которые находятся соответственно в областях перегретого и влажного пара. Линия 3 соответствует состоянию насыщенного пара и разделяет области перегретого и влажного пара. Кривые, проходящие через точки 1 , 2, являются изотермами, причем ί1 > ί2·The initial and final state of steam (Fig. 1) are characterized by points 1 and 2, which are respectively in the areas of superheated and wet steam. Line 3 corresponds to the state of saturated steam and separates the regions of superheated and wet steam. The curves passing through points 1, 2 are isotherms, and ί1> ί2
На фиг. 2, 3 точки начального 1 и конечного 2 состояния пара находятся соответственно в области перегретого и влажного пара и лежат на разных изобарах, причем Ρ1 > Ρ2.In FIG. 2, 3 points of the initial 1 and final 2 state of the vapor are respectively in the region of superheated and wet steam and lie on different isobars, with Ρ1> Ρ2.
Заявленный способ осуществляется следующим образом. Источник генерирует острый пар с давлением, не превышающим 20 атм, на3 пример, Р1=12 атм. Острый пар поступает через впускные окна в корпусе ПВМ, расположенные с одного торца роторов. После заполнения очередной винтовой канавки между зубами происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке происходит объемное расширение порции пара с геометрической степенью расширения ε, например, равной ε=4. В момент окончания расширения давления пара в ПВМ геометрическая степень расширения составляет РС=Р|А'= 12/4=3 атм. При открытии выпускного канала ПВМ давление пара стравливается.The claimed method is as follows. The source generates sharp steam with a pressure not exceeding 20 atm, an example of 3, P 1 = 12 atm. Acute steam enters through the inlet windows in the FDA housing located at one end of the rotors. After filling the next helical groove between the teeth, steam is cut off, and with further rotation of the rotors in the groove, a volume expansion of the portion of steam occurs with a geometric degree of expansion ε, for example, equal to ε = 4. At the end of expansion of the vapor pressure in the FDA, the geometric degree of expansion is P C = P | A '= 12/4 = 3 atm. When opening the exhaust channel of the FDA, the vapor pressure is released.
Перед подачей перегретого пара в паровую винтовую машину в перегретый пар впрыскивают воду, расход Ό которой определяют из соотношенияBefore supplying superheated steam to a steam screw machine, water is injected into superheated steam, the flow rate Ό of which is determined from the relation
О > (ί - 1')рп/[С(18 - 1О) + г], где ί, 1' - энтальпия пара соответственно в перегретом и в насыщенном состоянии, при условии Р-СОИ81, ккал/кг;О> (ί - 1 ') rp / [С (1 8 - 1 О ) + r], where ί, 1' is the vapor enthalpy in superheated and saturated state, respectively, under condition of R-SOI81, kcal / kg;
О,, -расход пара, кг/с;О ,, - steam consumption, kg / s;
С - теплоемкость воды, ккал/кг· град; г - теплота парообразования, ккал/кг;C is the heat capacity of water, kcal / kg · deg; g is the heat of vaporization, kcal / kg;
I, - температура кипения;I, is the boiling point;
1О - температура впрыскиваемой в пар воды перед впрыском.1 О - temperature of water injected into steam before injection.
При впрыске воды (фиг. 1) в перегретый пар капли начинают интенсивно испаряться. При этом энтальпия пара уменьшается. Пар из состояния 1 переходит в состояние 4, соответствующее насыщенному пару. Температура пара при этом уменьшается с ί1 до ί2.When water is injected (Fig. 1) into superheated steam, the droplets begin to evaporate intensively. In this case, the vapor enthalpy decreases. The vapor from state 1 goes into state 4, corresponding to a saturated pair. The temperature of the steam decreases from ί 1 to ί 2 .
Неиспарившиеся капли распределяются в объеме пара, и его состояние характеризуется точкой 2, соответствующее определенному количеству неиспарившейся воды в паре. Наличие воды в паре благоприятно сказывается на работе ПВМ, способствует повышению её КПД. Вода в данной конструкции ПВМ выполняет роль уплотнителя, поскольку заполняя зазоры между роторами и корпусом ПВМ, предотвращает утечки пара. Более низкая температура влажного пара по сравнению с перегретым не вызывает большого термического расширения деталей ПВМ и не приводит к заклиниванию роторов.Unevaporated drops are distributed in the volume of steam, and its state is characterized by point 2, corresponding to a certain amount of unevaporated water in the steam. The presence of water in the steam favorably affects the operation of the FDA, contributes to an increase in its efficiency. Water in this FDA design acts as a sealant, since filling the gaps between the rotors and the FDA housing prevents steam leakage. The lower temperature of the wet steam compared with superheated does not cause a large thermal expansion of the FDA parts and does not lead to jamming of the rotors.
При использовании заявленного способа следует учесть, что если начальное давление перегретого пара слишком велико, то понижение его температуры путем впрыска воды до состояния насыщения и далее до влажного состояния может не дать достаточного эффекта. В этом случае необходимо снизить давление перегретого (фиг. 2) или влажного (фиг. 3) пара до величины, определяемой из диапазона 5-20 атм. Это достигается путем пропускания перегретого перед впрыскиванием в него порции воды или влажного пара после впрыскивания в него порции воды через гидравлическое сопротивление. В этом случае давление пара уменьшается, его энтальпия остается неизменной, а энтропия уве личивается. Таким образом температура влажного пара уменьшается, а перегретого - остается неизменной.When using the inventive method, it should be noted that if the initial pressure of the superheated steam is too high, then lowering its temperature by injecting water to a saturation state and then to a wet state may not give a sufficient effect. In this case, it is necessary to reduce the pressure of the superheated (Fig. 2) or wet (Fig. 3) steam to a value determined from the range of 5-20 atm. This is achieved by passing a portion of water superheated before injecting into it or wet steam after injecting a portion of water into it through hydraulic resistance. In this case, the vapor pressure decreases, its enthalpy remains unchanged, and the entropy increases. Thus, the temperature of wet steam decreases, and superheated - remains unchanged.
Проиллюстрируем данный способ на следующем примере.We illustrate this method with the following example.
Имеется перегретый пар при Р=1,5 МПа и температуре 1=250°С. Расход пара составляет 0,,=3,6 т/ч=1 кг/с. В этот пар выпрыскивают воду с температурой 1о=80°С. Согласно существующим зависимостям для данных параметров пара ί = 698 ккал/кг; ί = 667 ккал/кг; г = 466 ккал/кг; ί, = 197°С, С = 1 ккал/кг· град.There is superheated steam at P = 1.5 MPa and a temperature of 1 = 250 ° C. The steam flow rate is 0 ,, = 3.6 t / h = 1 kg / s. In this steam jetted water with a temperature of 1 = 80 ° C. According to existing dependencies for these parameters of steam ί = 698 kcal / kg; ί = 667 kcal / kg; g = 466 kcal / kg; ί, = 197 ° С, С = 1 kcal / kg
ТогдаThen
Ό = {(698-667) ккал/кг· 1кг/с}/{1 ккал/кг· град (197-80) град + 466 ккал/кг} = 0,053 кг/с.Ό = {(698-667) kcal / kg · 1kg / s} / {1 kcal / kg · deg (197-80) deg + 466 kcal / kg} = 0.053 kg / s.
Если увеличивать количество впрыскиваемой перегретой воды, то избыток воды нагреется до температуры - ί,, однако испарения его не произойдет. Пар перейдет во влажное состояние.If you increase the amount of injected superheated water, then the excess water will heat up to a temperature - ί ,, however, its evaporation will not occur. Steam will go wet.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Изобретение соответствует условию охраноспособности промышленная применимость, поскольку осуществимо с использованием существующих средств производства.The invention meets the eligibility condition for industrial applicability, since it is feasible using existing means of production.
Применение предложенной технологии преобразования энергии пара в механическую энергию в тепловых энергетических установках малой мощности, обладающей малым весом и габаритами, обеспечивает повышение КПД, эксплуатационной надежности и долговечности.Application of the proposed technology for converting steam energy into mechanical energy in low-power thermal power plants with low weight and dimensions, provides increased efficiency, operational reliability and durability.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96121289 | 1996-10-30 | ||
PCT/RU1997/000340 WO1998019051A1 (en) | 1996-10-30 | 1997-10-29 | Process for the transformation of vapour energy into mechanical energy |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA199900426A1 EA199900426A1 (en) | 1999-10-28 |
EA001492B1 true EA001492B1 (en) | 2001-04-23 |
Family
ID=20186976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA199900426A EA001492B1 (en) | 1996-10-30 | 1997-10-29 | Process for transformation of vapour energyinto mechanical energy |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU5072298A (en) |
EA (1) | EA001492B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4322C1 (en) * | 2011-05-17 | 2015-07-31 | Иван ГОНЧАРЮК | Device and process for converting steam energy into electrical energy |
RU2640860C2 (en) * | 2016-03-22 | 2018-01-12 | Сергей Романович Березин | Cogeneration power plant |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU43427A1 (en) * | 1934-09-30 | 1935-06-30 | А.А. Шершнев | Screw turbine |
SU1359563A1 (en) * | 1985-11-13 | 1987-12-15 | Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | Method of cooling flow of superheated steam |
DE3621615A1 (en) * | 1986-06-27 | 1988-01-14 | Welland & Tuxhorn | Driving steam cooler |
-
1997
- 1997-10-29 EA EA199900426A patent/EA001492B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-10-29 AU AU50722/98A patent/AU5072298A/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU43427A1 (en) * | 1934-09-30 | 1935-06-30 | А.А. Шершнев | Screw turbine |
SU1359563A1 (en) * | 1985-11-13 | 1987-12-15 | Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | Method of cooling flow of superheated steam |
DE3621615A1 (en) * | 1986-06-27 | 1988-01-14 | Welland & Tuxhorn | Driving steam cooler |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4322C1 (en) * | 2011-05-17 | 2015-07-31 | Иван ГОНЧАРЮК | Device and process for converting steam energy into electrical energy |
RU2640860C2 (en) * | 2016-03-22 | 2018-01-12 | Сергей Романович Березин | Cogeneration power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU5072298A (en) | 1998-05-22 |
EA199900426A1 (en) | 1999-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100766345B1 (en) | Combined cycle system for fuel gas moisturization and heating | |
ES8300931A1 (en) | Rotary heat engine | |
TW368552B (en) | United cyclic power plant and steam supplying method for cooling | |
CA3004353A1 (en) | Depressurization and cooling system for a containment of a nuclear power plant | |
EA001492B1 (en) | Process for transformation of vapour energyinto mechanical energy | |
CA1279766C (en) | Method and apparatus for improved start-up procedures in conventional steam power generators and dual fluid cheng cycle engines | |
CN102072049A (en) | Mixed-combustion working medium generator | |
JP6896137B1 (en) | Heat exchanger used for geothermal power generation and geothermal power generation system using this | |
MX162332A (en) | IMPROVED METHOD AND APPARATUS TO EXTRACT USEFUL ENERGY FROM A SUPERHEATED STEAM | |
JP2005207259A (en) | Combined power generation plant | |
US20200040771A1 (en) | Apparatus for converting thermal energy | |
GB1214758A (en) | Supercharged steam generators | |
WO1991007573A3 (en) | Heat conversion into mechanical work through absorption-desorption | |
JPS5612006A (en) | Steam-gas mixing type turbine prime mover | |
JP3568650B2 (en) | Hydrazine injection method and hydrazine injection device for waste heat recovery boiler | |
JP2023061059A (en) | Geothermal exchanger and geothermal power generator | |
JPS61218703A (en) | Turbine shaft seal for bwr power plant | |
WO1998019051A1 (en) | Process for the transformation of vapour energy into mechanical energy | |
SU383847A1 (en) | PAROSIL INSTALLATION | |
SU994787A1 (en) | Steam turbine operation method | |
JPS57108404A (en) | Combined cycle plant | |
JPS58127001A (en) | Hydrogen and oxygen internal combustion type steam boiler | |
JPS55146207A (en) | Power generating apparatus | |
JO1116B1 (en) | Rotary heat engine | |
JPS54156938A (en) | Liquefied natural gas cold heat utilizing generating method and its device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |