IT8019969A1

IT8019969A1 - Impianto a turbina geotermica

Info

Publication number: IT8019969A1
Application number: IT1980A19969A
Authority: IT
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1981-08-15
Also published as: IT8019969A0; JPS5857607B2; JPS55109707A; IT1140625B

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

" Impianto a turbina geotermica"

Riassunto

Un impianto a turbina geotermica in cui vapor d ' acqua ad alta pressione viene separato da vapore geotermico costituito da una miscela di vapor d'acqua ed acqua, il vapore ad alta pressione venendo collegato ad una turbina ad alta pressione. Il vapore a bassa pressione prodotto mediante vaporizzazione rapida della componente d'acqua calda del vapore geotermico viene immesso in una turbina a bassa pressione che ? costruita e che funziona indipendentemente dalla turbina ad alta pressione. Il vapore di scarico dalla turbina ad alta pressione viene addotto ad un condensatore del vapore che funziona a bassa pressione negativa, mentre il vapore di scarico dalla turbina a bassa pressione viene addotto ad un condensatore del vapore che opera ad alta pressione negativa. Gli impianti dell ' acqua di raffreddamento dei condensatori ad alta e bassa pressione sono collegati in serie fra di loro . Si ottiene un massimo incremento di potenza se le portate del vapore ad alta pressione ed a bassa pressione in corrispondenza delle luci di estrazione delle turbine ad alta pressione e bassa pressione sono rese sostanzialmente eguali fra di loro.

Descrizione

La presente invenzione riguarda un impianto a turbina geotermica e, pi? particolarmente, un impianto a turbina geotermica del tipo "pluristadio a vaporizzazione rapida", in cui la potenza viene derivata sia dal vapore ad alta pressione che si separa dal vapore geotermico, che ? costituito da una miscela di acqua e vapor d'acqua, che dal vapore a bassa pressione ottenuto mediante vaporizzazione rapida dell'acqua calda rimanente .

Un impianto a turbina geotermica di questo tipo generale compare illustrato nella Fig.l. L'impianto include un pozzo geotermico 1, una tubazione 2 per il vapore geotermico costituito da una miscela di vapor d?acqua ed acqua, un separatore di vapore 3, una tubazione del vapore ad alta pressione 4 ed una tubazione dell'acqua calda 5 che si estende dal separatoredi vapore, un serbatoio 6 di vaporizzazione rapida dell'acqua calda, una tubazione del vapore a bassa pressione 7, che si estende dal serbatoio 6 di vaporizzazione rapida, una tubazione di scarico o spurgo 8 dal serbatoio 6 di vaporizzazione rapida, che in talune installazioni potr? essere collegata ad un serbatoio di vaporizzazione rapida dello stadio successivo, ed una turbina a pressione mista 9,in cui una sezione di turbina ad alta pressione HT ed una sezione di turbina a bassa pressione NT sono realizzate come un tutto unico o unit?. L'ingresso 10 del vapore ad alta pressione della turbina a pressione mista 9 ? collegato alla tubazione 4 del vapore ad alta pressione, mentre l'ingresso 11 del vapore a bassa pressione ? collegato alla tubazione 7 del vapore a bassa pressione. L'impianto include inoltre valvole 12 e 13 di adduzione del vapore ad alta pressione, un condensatore 14 del vapore per condensare il vapore scaricato dal serbatoio a pressione mista 9, una tubazione di condensazione 15 ed una pompa di condensazione qui 16 del condensatore d? vapore 14, che nell'esempio illustrato ? costituito da un condensatore a getto, una tubazione dell'acqua di raffreddamento 17 per alimentare acqua di raffreddamento al condensatore di vapore 14, la tubazione 18 di estrazione del gas del condensatore di vapore 14, un estrattore di gas del tipo ad eiettore di vapore oppure un estrattore di gas meccanico 19, come ad esempio una pompa a toro d'acqua, nonch? un carico 20, costituito ad esempio da un generatore che viene accoppiato alla turbina a pressio ne mista 9.

Verr? ora descritto il funzionamento dell'impianto turbina geotermica cos? strutturato. Il vapore geo termico o miscela di vapor d'acqua ed acqua pompato da pozzo geotermico 1 viene separato in vapore ad alt pressione e acqua calda mediante il separatore d vapore 3. Il vapore ad alta pressione viene addott tramite la tubazione 4 alla sezione di turbina ad alt pressione HT della turbina a pressione mista 9 D'altr lato, l'acqua calda viene vaporizzata rapidamente da serbatoio di vaporizzazione rapida 6 cosicch? si produ ce vapore di vaporizzazione rapida a bassa pressione Il vapore di vaporizzazione rapida a bassa pression viene addotto tramite la tubazione 7 alla sezione d turbina a bassa pressione HT della turbina a pression mista 9. I due tipi di vapore vengono fatti spander nella turbina a pressione mista 9,dove producono lavor e vengono quindi introdotti nel condensatore di vapor 14, dove vengono condensati e quindi scaricati dall pompa di condensazione 16.

La turbina geotermica del tipo a pressione mista sopr descritta, risulta svantaggiosa per molti aspetti. I vapore ad alta pressione proveniente dal separatore 3 sostanzialmente vapore saturo, come accade generalmente per il vapore geotermico, cosicch?l'urpidit? del vapore in corrispondenza dell'uscita della turbina ? elevata. Inoltre, il vapore ad alta pressione contiene forti quantitativi di gas non condensato. Conseguentemente, a cagione dell'inevitale usura delle palette della turbina nello stadio a bassa pressione e della capacit? pratica dell'estrattore di gas 19 risulta impossibile mantenere il vuoto o pressione negativa del condensatore di vapore 14 ad un livello elevato. Dall'altro lato, il vapore di vaporizzazione rapida generato dall'acqua calda ? entropicamente pi? alto del vapore ad alta pressione proveniente dal separatore di vapore. Pertanto, l'umidit? del vapore di vaporizzazione rapida stesso ? bassa in corrispondenza dell'uscita della turbina ed il tenore di gas non condensato ? alquanto piccolo. Tuttavia, dato che il vuoto o pressione negativa del condensatore di vapore 14 ? impostato ad un livello basso dipendente esclusivamente dalle condizioni di vapore ad alta pressione, il vapore a bassa pressione viene scaricato, con scarsissima traformazione in energia utile.

In vista di quanto precede, la presente invenzione prevede un impianto a turbina geotermica, in cui il vapore ad alta pressione, che viene separato dal vapore geotermico costituito da una miscela di vapor d'acqua turbina impiegata nella forma di attuazione, della Fig .2;

la Fig.4 ? un grafico illustrante la percentuale di aumento della potenza resa come funzione del rapporto fra le portate dal vapore ad alta ed a bassa pressione; la Fig.5 ? una rappresentazione schematica di una seconda forma di attuazione dell'impianto a turbina geotermica secondo l'invenzione;

la Fig.6 ? una vista in sezione trasversale di una turbina impiegata nella forma di attuazione della Fig.5;

la Fig.7 ? una rappresentazione schematica di una terza forma di attuazione di un impianto a turbina geotermica secondo l'invenzione; e

la Fig.8 ? una vista in sezione trasversale di una turbina impiegata nella forma di attuazione della Fig.7.

L'invenzione verr? descritta con rifer?

mento alla forma di attuazione illustrata nella Fig.2, dove i componenti sono stati descritti con riferimento alla Fig.l portano eguali numeri o indici di riferimento.

In una turbina ad alta pressione 30 alimentata con vapore ad alta pressione e in una turbina a bassa .pressione 40, alimentata con vapore a bassa pressiovaporizzare rapidamente l ' acqua calda in vapore , mezzi per accoppiare il vapore proveniente dai mezzi di vaporizzazione rapida alla sezione di turbina a bassa pressione , mezzi per accoppiare una porzione del vapore ad alta pressione proveniente dalla sezione di turbina ad alta pressione dopo che il vapore ad alta pressione si sia espanso , in una porzione della sezione ad alta pressione , alla sezione di turbina a bassa pressione , un condensatore di vapore a basso vuoto accoppiato per ricevere il vapore scaricato dalla sezione di turbina ad alta pressione , nonch? un condensatore di vapore ad alto vuoto accoppiato per ricevere il vapore scaricato dalla sezione di turbina a bassa pressione . Di preferenza , sono previsti mezzi per mantenere i l rapporto fra la portata di vapore scaricato dalla sezione ad alta pressione e la portata di vapore scaricato dalla sezione a bassa pressione ad un valore approssimato di

Negli annessi disegni i llustrativi :

?la Fig . l ? una rappresentazione schematica di un impianto a turbina geotermica secondo la tecnica nota; la Fig .2 ? una rappresentazione schematica di un impianto a turbina geotermica secondo una forma di attuazione della presente invenzione ;

la Fig .3 ? una vista in sezione trasversale di una ed acqua e il vapore a bassa pressione , ottenuto mediante vaporizzazione rapida dell ' acqua calda rimanente vengono addotti ad una turbina ad alta pressione e ad una turbina a bassa pressione che sono realizzate in forma di unit? separate. Il vapore scaricato dalla turbina ad alta pressione viene addotto ad un condensatore di vapore a basso vuoto, il vapore scaricato dalla turbina a bassa pressione viene addotto ad un condensatore di vapore ad alto vuoto, mentre un impianto di raffreddamento ad acqua del condensatore d vapore della turbina a bassa pressione ed un impianto di raffreddamento ad acqua del condensatore di vapore della turbina ad alta pressione sono collegati in serie fra di loro. Preferibilmente sono previsti mezzi per controllare ovvero regolare o mantenere il rapporto del vapore scaricato dalla turbina ad alta pressione rispetto alla portata di vapore scaricata dalla turbina a bassa pressione, ad un valore approssimato di 1:1.

Inoltre, l'invenzione pu? essere attuata mediante un impianto a turbina geotermica includente una sezione di turbina ad alta pressione ed una sezione di turbina a bassa pressione , mezzi per separare il vapore geotermico in vapore ad alta pressione e acqua calda, mezzi per accoppiare i l vapore proveniente dal separatore alla sezione ad alta pressione del la turbina, mezzi per ne, secondo la presente invenzione, almeno le loro rispettive camere del vapore risultano indipendenti 1 ' una dall'altra. Inoltre, sempre secondo l'invenzione, la turbina ad alta pressione 30 ? collegata ad un condensatore del vapore 31 posto a basso vuoto, mentre la turbina a bassa pressione 30 ? collegata ad un condensatore del vapore 41, posto ad un alto vuoto. In questo caso, ciascuno dei condensatori di vapore 31 e 41 assume la forma di un condensatore a getto. I condensatori di vapore 31 e 41 sono provvisti di tubazioni di condensazione 32 e 42, pompe di condensazione 33 e 43, nonch? di tubazioni dell'acqua di raffreddamento 34 e 44, rispettivamente. Secondo un aspetto dell'invenzione, questi elementi sono collegati in serie fra di loro. I condensatori di vapore 31 e 41 sono inoltre dotati di tubazioni per l'estrazione di gas, 35 e 45, nonch? di estrattori di gas, 36 e 46, rispettivamente. In un impianto a turbina geotermica realizzato come pi? sopra descritto e secondo la presente invenzione il vapore ad alta pressione proveniente dal separatore di vapore 3 viene alimentato attraverso la tubazione del vapore ad alta pressione 4, la valvola di adduzione 12 e l'ingresso 10 alla turbina ad alta pressione 30, dove si espande per produrre lavoro. In seguito, il vapore viene addotto al condensatore * di vapore 31, dove si condensa in acqua. In questo caso, il vapore ad alta pressione proveniente dal separatore di vapore 3 ? prevalentemente vapore saturo includente un forte quantitativo di gas non condensato. Conseguentemente, per evitare l?erosione delle palette nello stadio di bassa pressione della turbina ad alta pressione 30 e per mantenere la capacit? pratica ed economica dell'estrattore di gas 36, il grado di vuoto del condensatore di vapore 31 ? impostato ad un livello basso, per esempio di 0,11 ata, od anche meno, come nel caso del convenzionale condensatore di vapore 14 della Fig.l.

D'altro lato, il vapore vaporizzato rapidamente dal serbatoio di vaporizzazione rapida dell'acqua calda 6 viene ammesso attraverso la tubazione del vapore a bassa pressione 7, la valvola di adduzione 13 e l'entrata 11, nella turbina a bassa pressione 40, dove si espande per produrre lavoro. Successivamente, il vapore viene addotto al condensatore di vapore 41, ad alto vuoto, dove si condensa in acqua. In questo caso, il vapore di vaporizzazione dal serbatoio di vaporizzazione rapida proveniente dell'acqua calda 6 presenta una entropia elevata ed include piccoli quantitativi soltanto di gas non condensato. Conseguentemente, il grado, o livello di vuoto del condensatore di vapore 41 viene impostato ad un livello o valore superiore, per esempio di 0,08 ata, di quello del condensatore d vapore 31 della turbina ad alta pressione 30 i corrispondenza con le condizioni del vapore di vaporiz zazione rapida. . In questo caso, la tubazione dell'acqua di raffredda mento 44 del condensatore di vapore 41 ad alto vuoto la tubazione dell'acqua di raffreddamento 34 del con densatore di vapore 31 a basso vuoto, sono collegati i serie fra di loro. L'acqua di raffreddamento vien pertanto alimentata attraverso la tubazione 44 ne condensatore di vapore 41 della, turbina a bassa pres sione 40, dove viene riscaldata. L'acqua cos? ri scaldata, nonch? il condensato proveniente dal vapor scaricato dalla turbina a bassa pressione 40, vengon sottoposti ad un incremento di pressione ed alimentat attraverso le tubazioni 42 e 34 al condensatore d vapore 31 della turbina ad alta pressione 30. In ta modo, con la portata dell'acqua di raffreddamento res sostanzialmente pari a quella dell'impianto a turbin geotermica convenzionale illustrata in Fig.l nel con densatore 41 della turbina a bassa pressione 40 si cre un vuoto soddisfacentemente elevato, mentre si crea un vuoto soddisfacentemente basso nel condensatore di vapore 31 della turbina ad alta pressione 30.

La turbina ad alta pressione 30 e la turbina a bassa pressione 40 possono essere realizzate in forma di turbina del tipo a doppio flusso adottando una carcassa comune. Inoltre, i condensatori di vapore 31 e 41 possono essere eseguiti in forma di unit? singola come il cosiddetto "condensatore di vapore pluristadio". Dato che il contenuto di gas non condensato nel vapore di scarico della turbina a bassa pressione 30 ? bassissimo, la potenza occorrente per mettere in funzione l'estrattore di gas 46 pu? essere del pari molto bassa. In modo particolare, se la luce di uscita dell'estrattore di gas 46 viene collegata ad una luce di aspirazione dell'estrattore di gas 36 del condensatore di vapore 31 della turbina ad alta pressione 30, l'estrattore di gas 46 ? messo in grado di funzionare con bassissima potenza poich? la pressione dell'estrattore di gas 46 viene incrementata per aggiunta alla pressione interna del condensatore di vapore 31 della turbina ad alta pressione 30. Ogni eventuale aumento del costo dell'apparecchiatura pu? essere trascurato, poich? dal punto di vista pratico, siffatto costo risulta sostanzialmente compensato dal miglioramento nell'efficienza della trasformazione di energia nel vapore a bassa pressione.

Come apparir? evidente dalla descrizione test? fornita in un impianto a turbina geotermica secondo la presente invenzione , con un minimo di investimento per le attrezzature e l ' esercizio , il vapore ad alta pressione proveniente dal pozzo geotermico ed il vapore vaporizzato rapidamente prodotto dall ' acqua calda vengono immessi in turbine che presentano camere del vapore separate ed il grado di vuoto del condensatore di vapore del la turbina a bassa pressione , cui viene alimentato il vapore di vaporizzazione rapida pu? essere reso superiore al grado di vuoto del condensatore di vapore della turbina ad alta pressione , cui viene alimentato il vapore ad alta pressione , per cui l ' efficienza globale di trasformazione dell ' energia nello stabilimento includente siffatto impianto a turbina geotermica pu? essere innalzata e la potenza resa incrementata dal 4 al 5%.

Nella forma di attuazione i llustrata in Fig .2 , la miscela di vapor d ' acqua, cio? il vapore geotermico , viene sottoposta aseparazione nel separatore di vapore . Tuttavia, nel caso di un pozzo geotermico dal quale viene scaricata una forte quantit? di acqua calda , invece di un separatore di vapore , pu? essere previsto un separatore a vaporizzazione rapida. I condensatori di vapore 31 e 41 possono essere condensatori di vapore del tipo a superficie di contatto anzicch? essere condensatori del tipo a getto con contatto diretto . Inoltre , la pompa di condensazione 43 (aumento della pressione ) , collegata alla tubazione di condensazione 42 del la turbina a bassa pressione 40 , pu? essere in taluni casi omessa.

La Fig .3 rappresenta un esempio di una turbina secondo la presente invenzione . In questa turbina, il vapore ad alta pressione produce lavoro passando attraversa la sezione di espansione sinistra della<? >turbina e viene addotto attraverso la luce di scarico sinistra al condensatore di vapore sul lato a basso vuoto . Il vapore a bassa pressione vaporizzato rapidamente produce lavoro passando attraverso la sezione di espansione destra della turbina e viene addotto attraverso la luce di scarico destra al condensatore di vapore sul lato ad alto vuoto . Questo esempio ? del tipo ad un c ilindro con scarico a doppio flusso . Tuttavia , apparir? ovvio come la turbina possa anche essere del tipo pluricilindrico con scarico a pi? flussi .

La presente forma di attuazione dei condensatori di vapore a stadi di pressione produce risultati eccellenti , come pi? sopra citato . Tuttavia, l ' estensione del perfezionamento apportato dipende dal rapporto fra le portate del vapore ad alta pressione e del vapore a bassa pressione . La Fig .4 ? una rappresentazione grafica illustrante gli effetti delle variazioni nel rapporto fra le portate. L'asse verticale indica l'aumento incrementale in percentuale (%) della resa di una turbina con condensatore di vapore a pi? stadi di pressione, impiegato come sopra descritto, rispetto alla resa di una turbina ottenibile quando il vapore ad alta pressione ed il vapore a bassa pressione scaricati vengono addotti ad un condensatore di vapore singolo. L'asse orizzontale indica un rapporto di portata del vapore a bassa pressione, pi? precisamente la percentuale di un valore ottenuto con la seguente formula:

G2 ,

Gl G2

dove Gl ? la portata del vapore ad alta pressione e G2 ? la portata del vapore a bassa pressione. Come apparir? evidente dalla Fig.4, l'aumento nel valore di resa ? massimo quando il rapporto di portata fra il vapore ad alta pressione ed il vapore a bassa pressione ? di erica 1:1. Quando il rapporto diviene maggiore o minore di 1:1, gli effetti favorevoli derivabili dall'impiego del condensatore di vapore a pi? stadi di pressione diminuiscono. Nel vapore geotermico reale, la quantit? di vapore a bassa pressione vaporizzato rapidamente pu? essere inferiore a quella del vapore ad alta pressione, cosicch? l'impiego di un condensatore di vapore pluristadio non risulta soddisfacentemente vantaggioso .

Alla luce di quanto precede, l'invenzione ? destinata inoltre a mettere a disposizione un impianto a turbina geotermica in grado di produrre il suo massimo effetto vantaggioso anche se la portata del vapore ad alta pressione differisce da quella del vapore a bassa pressione .

Verranno ora descritte la seconda e la terza forma di attuazione dell'invenzione con riferimento alle Figg.5 e 7. Nelle Figg.5 e 7, i componenti che sono stati descritti in relazione alla Fig.l portano gli stessi numeri di riferimento, mentre non ne verr? data alcuna descrizione dettagliata.

La Fig.5 rappresenta una seconda forma di attuazione dell'invenzione, nella quale una turbina 30 presenta una sezione di turbina a bassa pressione 31 ed una sezione di turbina ad alta pressione 32. La sezione di turbina ad alta pressione ? suddivisa in due parti, una prima parte 33 ed una seconda parte 34. La prima parte 33 collega la sezione di turbina a bassa pressione 31 alla camera di vapore, formando una normale turbina a pressione mista. L'albero di turbina della seconda parte 34 ? in comune con la prima parte. Tuttavia, la sua camera di vapore ? indipendente da quella della prima parte. Diversamente dalla forma di attuazione illustrata in Fig.2, l'ingresso 14 del vapore ad alta pressione ? previsto fra la prima e la seconda parte della turbina ad alta pressione, dove il vapore ad alta pressione viene distribuito in modo che una parte del vapore ad alta pressione venga alimentata alla prima parte 33 e il vapore rimanente venga alimentato alla seconda parte 34. Il vapore ad alta pressione espanso nella prima parte si mescola al vapore a bassa pressione alimentato da un ingresso 16 del vapore a bassa pressione e la miscela di vapore viene espansa in continuo nella sezione di turbina a bassa pressione. Il vapore scaricato viene addotto ad un condensatore di vapore 17 ad alto vuoto. D'altro lato, il vapore alimentato alla seconda parte 34 della turbina ad alta pressione viene espanso soltanto nella seconda parte ed il vapore scaricato viene addotto ad un condensatore del vapore 18 a basso vuoto. La distribuzione del vapore ad alta pressione in corrispondenza dell'ingresso 14 ? determinata in modo che concordemente alla curva caratteristica di incremento della resa riportata nella Fig.4, il rapporto fra la quantit? di vapore scaricato dalla sezione di turbina a bassa pressione 31 e la quantit? di vapore scaricato dalla seconda parte 34 della sezione di turbina ad alta pressione, si avvicini per quanto possibile a 1:1. Questo pu? essere ottenuto ricorrendo ad un procedimento in cui la distribuzione del vapore ad alta pressione viene effettuata come calcolato in anticipo, in conformit? al rapporto di portata fra il vapore ad alta pressione e la bassa pressione di vapore nel vapore geotermico alimentato da un particolare pozzo geotermico. In alternativa ? possibile prevedere una disposizione tale per cui la distribuzione possa essere regolata, ovvero controllata, come desiderato, per renderla applicabile ad un pozzo geotermico qualsiasi.

La Fig.6 rappresenta un esempio della turbina realizzata secondo la forma di attuazione dell'invenzione test? descritta. Una parte prevalente del vapore ad alta pressione produce lavoro mentre attraversa la sezione di espansione sinistra della turbina e viene addotta attraverso la luce di scarico sinistra della turbina al condensatore di vapore sul lato a basso vuoto. La parte rimanente del vapore ad alta pressione produce lavoro mentre attraversa la sezione di espansione sinistra della turbina ad alta pressione, per essere quindi miscelata al vapore a bassa pressione ed introdotta attraverso la luce di scarico destra della turbina nel condensatore di vapore sul lato ad alto vuoto. Questo esempio rappresenta una turbina del tipo monocilindrico con scarico a doppio flusso. Tuttavia potr? essere facilmente modificato in una turbina del 'di attuazione dell'invenzione. In primo luogo, il vapore ad alta pressione produce lavoro attraversando la sezione di espansione ad alta pressione. Successimente, una parte prevalente del vapore ad alta pressione produce lavoro attraversando la sezione di espansione sinistra e viene addotta attraverso la luce di scarico sinistra al condensatore di vapore sul lato a basso vuoto. Il senso di flusso della parte rimanente del vapore ad alta pressione viene commutato a destra e detta parte viene addotta attraverso la camera del vapore della turbina alla sezione di espansione destra della turbina, dove viene miscelata con vapore a bassa pressione. La miscela di vapore produce lavoro attraversando la sezione di espansione destra e viene addotta verso la luce di scarico destra al condensatore di vapore sul lato ad alto vuoto. Questo esempio di turbina riflette un tipo di turbina monocilindrico con scarico a doppio flusso. La turbina potr? essere modificata se desiderato, per essere del tipo pluricilindrico con scarico a pi? flussi.

Nella seconda e terza forma di attuazione dell'invenzione, gran parte del vapore ad alta pressione contenente una forte quantit? di gas non condensato viene condensata in acqua dal condensatore di vapore 18 (Figg.5 e 7) sul lato a basso vuoto, per cui la tipo pluricilindrico con scarico a pi? flussi.

La terza forma di attuazione dell'invenzione compare illustrata in Fig. 7. Analogamente alla forma di attuazione illustrata in Fig.2, una turbina 40 presenta una sezione di turbina a bassa pressione 41 ed una sezione di turbina ad alta pressione 42, le cui camere di vapore sono indipendenti 11una dall'altra. In questa forma di attuazione, per?, una parte della sezione di turbina ad alta pressione ? collegata attraverso un percorso di comunicazione 43 alla turbina a bassa pressione 41. Una parte del vapore ad alta pressione espanso nella sezione di turbina ad alta pressione 42 viene estratta ed alimentata congiuntamente a vapore a bassa pressione proveniente da un ingresso 16,alla sezione di turbina a bassa pressione 41. La quantit? di vapore estratta pu? essere una quantit? costante prefissata oppure essere fatta variare per mezzo di una valvola prevista nel percorso di comunicazione 43. In ogni caso, ? preferibile che il rapporto fra la quantit? di vapore scaricato dalla sezione di turbina ad alta pressione 42 e la quantit? di vapore scaricato dalla sezione di turbina a bassa pressione 41 sia per quanto possibile prossimo a 1:1.

La Fig.8 ? una vista in sezione trasversale rappresentante un esempio della turbina secondo la terza forma Rivendicazioni

1. Impianto a turbina geotermica comprendente:

una turbina ad alta pressione ed una turbina a bassa pressione realizzate indipendentemente l'una dall'altra;

mezzi per separare il vapore geotermico in vapore ad alta pressione ed acqua calda;

mezzi per accoppiare detto vapore ad alta pressione proveniente da detti mezzi di separazione a detta turbina ad alta pressione;

mezzi per vaporizzare rapidamente detta acqua calda in vapore d'acqua;

mezzi per accoppiare detto vapore da detti mezzi di vaporizzazione rapida a detta turbina a bassa pressione ;

un condensatore di vapore a basso vuoto accoppiato per ricevere il vapore scaricato da detta turbina ad alta pressione ;

un condensatore di vapore ad alto vuoto accoppiato per ricevere il vapore scaricato da detta urbina a bassa pressione ;

mezzi per collegare un impianto di acqua di raffreddamento di detta turbina a bassa pressione in serie con un impianto di acqua di raffreddamento di detta turbina ad alta pressione.

2. Impianto a turbina geotermica, secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre mezzi per accoppiare una luce di scarico di un estrattore di detto condensatore ad alto vuoto ad una luce di aspirazione di un estrattore di gas del condensatore a basso vuoto.

3. Impianto a turbina geotermica,secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre mezzi per mantenere il rapporto fra la portata del vapore scaricato da detta turbina ad alta pressione e la portata del vapore scaricato da detta turbina a bassa pressione ad un valore approssimato di 1:1.

4. Impianto a turbina geotermica comprendente:

una sezione di turbina ad alta pressione ed una sezione di turbina a bassa pressione;

mezzi per accoppiare detto vapore proveniente da detto separatore a detta sezione di turbina ad alta pressione ;

mezzi per vaporizzare rapidamente detta acqua calda in vapor d'acqua;

mezzi per accoppiare detto vapore proveniente da detti mezzi di vaporizzazione rapida a detta sezione di turbina a bassa pressione;

mezzi per accoppiare una porzione del vapore ad alta pressione proveniente da detta sezione ad alta pressione dopo che detto vapore ad alta pressione sia stato espanso in una porzione di detta sezione di turbina ad alta pressione, a detta sezione di turbina a bassa pressione ;

un condensatore di vapore a basso vuoto accoppiato per ricevere il.vapore scaricato a detta sezione di turbina ad alta pressione;

un condensatore di vapore ad alto vuoto accoppiato per ricevere i l vapore scaricato da de ita sezione di turbina a bassa pressione *

5. Impianto a turbina geotermica, secondo la rivendicazione 4 , in cui detta sezione di turbina ad alta pressione comprende una prima parte ed una seconda parte , detta prima parte ponendo in comunicazione detta sezione di turbina a bassa pressione con una camera del vapore, in modo che una parte di dett? vapore ad alta pressione espansa in detta prima parte sia quindi espansa in continuo in una sezione a bassa pressione, detta seconda parte essendo in comunicazione con detto condensatore a basso vuoto, detto vapore ad alta pressione essendo distribuito fra dette prima e seconda parte di detta sezione di turbina ad alta pressione. 6. Impianto a turbina geotermica, secondo la rivendicazione 4, in cui detta sezione di turbina ad alta pressione e detta sezione di turbina a bassa pressione sono configurate in modo che le loro camere del vapore siano indipendenti 1'una dall ' altra e da creare un percorso di comunicazione tra detta sezione di turbina ad alta pressione e detta sezione di turbina a bassa pressione , cosicch? una porzione del vapore ad alta pressione espansa in una parte di detta sezione di turbina ad alta pressione viene estratta ed alimentata a detta sezione di turbina a bassa pressione .

7. Impianto a turbina geotermica, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, comprendente inoltre mezzi per mantenere il rapporto fra la portata del vaapore scaricato da detta sezione ad alta pressione e la portata del vapore scaricato da detta sezione a bassa pressione ad un valore approssimato di 1:1.

Il tutto, secondo quanto descritto, illustrato e rivendicato per i compiti e scopi sopra menzionati.

DESCRIZIONE

;1. Titolo dell'invenzione.

Impianto a turbina geotermica.

,2. Rivendicazione

!l) Un impianto a turbina geotermica impiegante vapo-Ire vivo a pressione relativamente elevata estratto da una miscela geotermica di vapore/acqua e vapore vivo a pressione relativamente bassa ottenuto mediante vaporizzazione rapida dell'acqua calda rimanente, caratterizzato in ci? che una parte del vapore a pres .sione elevata ? espansa in una parte di una sezione di turbina ad alta pressione e, susseguentemente, viene alimentata,insieme con il vapore vivo a bassa pressione, ad una sezione di turbina a bassa pressio ne, mentre il resto del vapore ad alta pressione ? assoggettato ad espandersi solamente nella sezione di turbina ad alta pressione, ed in ci? che il vapore di scarico della sezione di turbina a bassa pressione e introdotta in un condensatore di alto vuoto, mentre il vapore di scarico della sezione di turbina ad alta pressione ? introdotto in un condensatore di basso vuoto.

2) L'impianto a turbina geotermica come definito nel. la rivendicazione 1, caratterizzato in ci? che la sezione di turbina ad alta pressione comprende una prima .ed .ama seconda parte,._e la prima ..parte possie de?la_sua .camera -del_y.apor.e_in?comunicazione._con_la sezione di.turbina a bassa .pressione, cosicch? il vapore ad alta pressione .espanso nella prima parte _ viene Indi successivamente espanso .nella sezione. di turbina a bassa pressione, mentre la seconda parte possiede la sua camera del vapore indipendente sia idalla prima parte che dalla sezione di turbina a ba !sa pressione, cosicch? il vapore ad alta pressione ]? distribuito, alla prima ed.alla seconda .parte.

.3) .L'impianto a turbina geotermica come definito, ne |la rivendicazione 1 caratterizzato in ci? che.le sezioni di turbina ad alta ed a bassa pressione pre sentano le loro rispettive camere del vapore indipe denti l'una dall?altra, e tra le stesse viene previ |sto un passaggio comunicante del vapore,cosicch? un iporzione del vapore ad alta pressione dopo l'espans in una parte della sezione a turbina ad alta pressi viene estratta e fornita alla sezione di turbina a bassa pressione.

3. Descrizione dettagliata dell'invenzione.

;Questa invenzione si riferisce ad un impianto a tur bina a vapore geotermica di un tipo di vaporizzazio Irapida multistadio, nel quale vapore vivo a pressio ne relativamente elevata viene dapprima estratto da |una miscela geotermica di vapore/acqua prodotta dal vapore vivo a pressione relativamente bassa viene poi prodotto mediante vaporizzazione rapida dell?ac calda restante dopo l'estrazione del vapore vivo ad alta pressione, e poi entrambi i vapori vivi ad alt ed a bassa pressione servono per generare potenza reale.

Un s? fatto impianto a turbina viene formato usuaimente in generale come un impianto a turbine_a press ne mista. Vale a dire che il vapore ad alta pressio ne ? alimentato ad una sezione ad alta pressione de la turbina, viene ivi espanso e poi introdotto in una sezione a bassa pressione della turbina ed ulte riormente espanso. Il vapore a bassa pressione ? al mentato alla sezione a bassa pressione della turbin per unirsi al vapore ad alta pressione introdotto i dopo l'espansione nella sezione ad alta pressione, ivi espandendosi. Ed una miscela dei vapori ad alta e a bassa pressione dopo l'espansione viene scarica ta ed introddotta in un condensatore singolo. Il va pore vivo ad alta pressione all'uscita di un separa di vapore per rimuovere l'acqua e sostanzialmente vapore saturo, e poi il vapore scaricato nello scarico della turbina presenta una elevata umidit?. Di conseguenza, se il vuoto del condensatore viene ten to_ elevato* esso,provoca una forte erosione delle palette della turbina .in stadi a bassa pressione * Inoltre, il vapore ad alta pressione contiene una grande quantit? di gas .non.condensabile. Pertanto^ .? quindi impossibile .dal_punto .di ..vista,della,capacit? pratica.del. dispositivo di.rimozione di_gas .avere un eieyato vuoto di.condensatore, .Dall'altro lato, il vapore a bassa pressione. ottenut_o__mediante vaporizzazione rapida dell'acqua calda, ? maggiore nell'entropia rispetto al vapore ad .alta pressione, origina pertanto una minore umidit? _nello_ scarico della turbina .e contiene solamente una .piccola quantit?. di gas non condensabili. Pertanto, per quanto ci si riferisce a vapore a bassa pressione, ? possibile mantenere un elevato vuoto di condensatore, ed ? anche preferibile per l'efficenza della conversione di energia. In costruzioni convenzionali come menzionate pi? sopra, comunque, poich? comunemente viene usato un singolo condensatore per i vapori ad alta e a bassa pressione il suo vuoto ? inevitabilmente abbassato in funzione soltanto delle condizioni del vapore ad alta pressione, a scapito di qualche energia reale, la quale ? po tata dal vapore a bassa pressione. Allo scopo di libe rarsi dagli svantaggi soprastanti, si pu? proporre di prevedere rispettivamente condensatori per prelevare .separatamente nei vapori.d? scarico ad alta e a bas -sa .pressione.^La. ,

La fig. 1 illustra un esempio dell?impianto geoterjinico a turbina a vapore includente si fatti condens 'tori a pressione plurima.

;In fig.1 il riferimento indica un pozzo geotermico. II vapore geotermico, vale a dire la miscela di vapore e di acqua, ? condotto dal pozzo X attraverso un condotto 2 ad un separatore 3 di vapore, e poi separato nel vapore vivo ad alta pressione e nell?a qua calda. L?alta pressione viene poi fornita attra verso una conduttura 4. L?acqua calda ? condotta at verso una conduttura 5 ad un pozzo 6 di rapida evap zione, ?ed evaporata rapidamente in esso, per produr il vapore vivo a bassa pressione, il quale ? condot alla conduttore 7? L'acqua calda restante viene sc ricata oppure pu? essere condotta ad un altro serba di cacciata.

Una la turbina 9 comprende una sezione 11 di turbin ad alta pressione ed una sezione 12 di turbina a baj sa pressione, le quali hanno un albero comune combi nato con un generatore 10, per? presentano camere del vapore separate. Il condotto 4 di vapore vivo a alta pressione ? collegato, attraverso una valvola di ingresso, all'ingresso 14 della sezione di turbi ad alta pressione; ed il condotto 5 di vapore vivo a bassa pressione ? collegato, attraverso una valvola 15 di ingresso, all'ingresso 16 della sezione 12 di turbina a bassa pressione. Rispettivamente gli scarichi di fuoriusci .ta delle sezioni di turbina di alta e di bassa pressione sono collegati separatamel te con condensatori 17 e l8. Nel disegno allegato i condensatori sono illustrati quali condensatori a getto. Acqua di raffreddamento per nebulizzazione viene dapprima condotta attraverso Un condotto 19 al condensatore 17,.per condensare ivi il vapore; e poi l'acqua di raffreddamento, ad una temperatura un p? elevata, insieme con condensato, viene condott attraverso ad un condott? 21 ed attraverso una pompa 22 di condensato all'altro condensatore l8. In effet i condensatori 17 e 18 sono collegati in serie tra loro, per quanto concerne l'alimentazione di acqua > di raffreddamento. Inoltre l'acqua di raffreddamento dopo la condensazione del vapore nel condensatore 18 ? condotta attreverso un condotto 24 con una pompa 25 del condensato per essere ricircolata. Entrambi i condensatori sono collegati con un eiettore 28 comune di gas mediante rispettivi condotti 26 e 27 di rimozione di gas. Il condotto 27 dal condensatore 17 ? equipaggiato con un altro eiettore 29 di gas.

Nella costruzione soprastante il condensatore 17 vie aliraentato con acqua di raffreddamento a bassa tempi ratura ed ? assoggettato all'azione dell'eiettore 29 di cassa addizionalmente all'eiettore 28 di gas. Di conseguenza, il condensatore 17 ? mantenuto in un vu to spinto. L'altro condensatore 18 ? alimentato con l'acqua di raffreddamento dopo il suo sorbimento di calore nel condensatore 17 ed ? assoggettato all'azi ne di rimozione di gas soltanto dell'eiettore 28. Di conseguenza il condensatore 18 ? mantenuto in un vuo to relativamente basso, Si.consegue,pertanto che il vapore nella sezione .11 di turbina ad alta pressione ? assoggettato ad espandersi solamente ad un vuoto relativamente basso per adattarsi a quanto sopra, me tre il vapore nella sezione 12 di turbina a bassa pressione ? assoggettato ad espandersi ad un vuoto spinto,in modo da ottenere la massima conversione possibile di efficenza di energia..Vale a dire ci? consente di migliorare 1'efficenza complessiva dell' pianto a turbina.

L'impiego dei condensatori di vapore a pressione mul tipla produce dei risultati eccellenti come descrit to pi? sopra. Tuttavia, il grado del miglioramento ottenuto in tal caso ? interessato dal rapporto dell portate del vapore ad alta pressione e del vapore a bassa pressione. .

J.a fig._2_.?_una .rappresentazione. ..grafica illustrante ,gli_.effetti della variazione del rapporto di por tata. L'asse verticale .indica 1'aumento incrementale in per cento (%) di un'uscita di turbina con condensatore di vapore a pressione multipla impiegato come descritto pi? sopra in relazione ad un'uscita di tur bina ottenuta quando il vapore ad alta pressione ed il vapore a bassa pressione scaricati vengono introdotti in un basso rapp?rto della portata del vapore in pressione* specif icataraente^ _la percentuale di di un valore che ? ottenuto .dalla formula seguente:

G2

Gl G2

n cui Gl ? la portata del vapore ad alta pressione G2 ? la portata del vapore a bassa pressione. Come evidente da questa figura, l'aumento del valore di scita ? massimo quando il rapporto della portata tra l vapore ad alta pressione e il vapore a bassa press e ? all 'incirca 1:1. Quando il rapporto diviene pi? qrande o pi? piccolo di 1:1 gli effetti favorevoli i usare il condensatore a vapore a pressione multipl iminuiscono. Nel Vapore geotermico reale la quantit? i vapore a bassa pressione vaporizzato rapidamente u? essere minore di quella del vapore ad alta pressi e, cosicch? l'impiego di un condensatore a vapore a pressione -multipla ..non.? .favorevole in .modo soddisf cente, .

In vista di .quanto .precede, 1.'.-invenzione mira,a for juire ama ..installazione .a _turbina..geotermica, la qua le^pu? _produrre._il _suo_massimo ..effetto.f avorevole_ anche.se J.a_portat? .del_vapore_.ad alta,pressione ? _ diversa da.,quella..d?L vapor.e_.a ..bassa.pressione-_ Le. ulteriori descrizioni. .verranno lette unitamente. alle fig. 3 .e.-4 ill.ustranti...forme.di .esecuzione ..dell venzione. _Nelle .figure_J_e__4-.vengono,usati uguali i dici di rifeirmento per. indicare parti o componenti uguali, corae .in.fig._1.,_ ed._una__descrizione dettaglia ta dei medesimi verr? omessa.?

La fig. J3 illustra una .esecuzione dell 1invenzione nella quale una turbina. 30..presenta una sezione 31 di turbina a bassa pressione ed una sezione 32 di turbina ad alta pressione. La sezione di turbina ad alta pressione ? divisa in due parti, una prima par te .33 e una seconda parte .34. La prima parte .33 col lega la sezione 31 di turbina a bassa pressione con la camera di vapore formante una turbina ordinaria a pressione mista. L'albero della turbina della seconda parte 34 ? comune con quello della prima part Tuttavia, la camera di vapore della stessa ? indipe dente da quella della prima parte. Diversamente dal l'esempio illustrato in fig. 1, l'ingresso 14 del vapore ad alta pressione ? previsto tra la prima e la seconda parte della turbina ad alta pressione, ove il vapore ad alta pressione viene distribuito, cosicch? una parte del vapore ad alta pressione ? alimentata alla prima parte 33 ed il vapore restant ? alimentato alla seconda parte 34. Il vapore ad al pressione espanso nella prima parte ? miscelato con vapore a bassa pressione alimentato da un ingresso l6 di vapore a bassa pressione e la miscela di vapo re espansa ^in continuo nella sezione di turbina a b sa pressione..Il vapore .di scarico viene introdotto in un condensatore.17 del vapore ad alto vu?to. Dal l'altro lato,il vapore alimentato alla seconda part 34 della turbina ad alta pressione ? espanso solame te nella seconda parte ed il vapore di scarico ? in trodotto in un condensatore l8 di vapore a basso vu La distribuzione di.vapore ad alta pressione nell'i gresso 14 ? determinata, cosicch?, concordemente al la curva della caratteristica di incremento di usci ta illustrata in fig. 2, il rapporto della quantit? del vapore scaricato dalla sezione 31 di turbina a bassa pressione rispetto alla quantit? di vapore sc ricato dalla seconda parte 34 della sezione di turb ad alta pressione si approssima il pi? possibile a 1 :1..Ci? _pu?._essere .conseguito..impiegando un metodo nel quale la distribuzione, di vapore ad alta pressio ne ? realizzata come calcolato in precedenza concordemente al rapporto .di_portat_a_tra.il vapore ad .alta pressione_e_la_p.ressipne?bass_a_di .vapore_nel ..vapore geotermic 'o che ? a.lime.n.tat.o da un p.articolare pozzo di vapore . In alternativa. _ si pu? prevedere una dispo sizione tale per cuila distribuzione .pu? essere con frollata come desiderato ._ in modo da essere,applica-? bile a qualsiasi pozzo di vapore.

Un 1altra forma di esecuzione dell.'.invenzione ? J lustrata in fig. 4_._.Analogamente all 'esempio illustra to in fig. ij una turbina 4Q ..possiede una sezione. 41 di turbina a bassa pressione, ed una sezione 42 di turbina ad alta pressione* le cui camere.del vapore sono indipendenti tra loro. Tuttavia, in questa esecuzione, una parte della sezione di turbina ad alta pressione ? collegata attraverso un percorso 43 di comunicazione alla turbina 41 di bassa pressione. Una parte del vapore ad alta pressione espanso nella se zione 42 di turbina ad alta pressione e estratta ed ? alimentata, insieme al vapore a bassa pressione, da un ingresso 16 alla sezione di turbina 41 a bassa pres sione. La quantit? di'vapore estratta pu? essere una quantit? costante predeterminata oppure essa pu? es? sere variata per mezzo di una valvola prevista nel percorso 43 di comunicazione. In ogni caso ? preferibile che il rapporto della quantit? di'vapore di scarico dalla sezione 41 di turbina ad alta pressio ne rispetto alla quantit? del vapore scaricato dall sezione 41 di turbina a bassa pressione sia il pi?. possibile vicino a 1:1.

Un entrambe le forme di esecuzione soprastanti dell venzione, una gran parte del vapore ad alta pressio contenente una grande quantit? di gas non condensab le e condensata in acqua mediante in condensatore l di vapore sul lato di basso vuoto e, pertanto, la p tenza richiesta per la rimozione del gas non ? ecce siva e viene eliminata la difficolt? descritta pi? sopra, nella quale una elevata umidit? viene format da un vuoto eccessivamente spinto. Inoltre, il vapo di scarico dalla sezione di turbina a bassa pressio una gran parte del quale ? vapore ottenuto mediante vaporizzazione rapida, e condensato in acqua dal co satore 17 di vapore di alto vuoto. Pertanto, l'ener del vapore a bassa pressione pu? essere realmente convertita in energia cinetica. Addizionalmente, ? possibile lasciare che il rapporto della portata de vapore di scarico dalla sezione di turbina ad alta pressione rispetto alla portata del vapore di scari co dalla sezione di turbina a bassa pressione si ap-5rpssimi..a_lj_l_.e.j.p.ertantOj si pu? realizzare pienamente 1'.incremento positivo nella potenza di uscita 4. Breve descrizione dei disegni.

La fig. .1, ? un diagramma schematico di un impianto turbina a vapore geotermica includente un equipaggia mento di condensazione a pressione multipla.

a fig. 2 ? un diagramma schematico illustrante una caratteristica dell'impianto a turbina a vapore geot mica della fig. 1. (ordinata: la percentuale di inc mento in_potenza di uscita.Ascissa: il rapporto tra a portata di vapore ad alta pressione e a bassa pre sione. )

a fig, 3 ? un diagramma schematico di una forma di ealizzazione di un impianto di turbina a vapore geo ermica dell'invenzione.

a fig. 4 ? un diagramma schematico di un'altra form i esecuzione del medesimo.

7 : condensatore di alto vuoto, l8: condensatore di asso vuoto; 31, 41: sezione di turbina a bassa pres nei 32, 42: sezione di turbina ad alta pressione, 33 rima parte della sezione di turbina ad alta pressio 4: seconda parte della sezione di turbina ad alta ressione; 43: passaggio di collegamento del vapore. a presente traduzione ? conforme al testo del docu