Turbogenerator stosowany w ukladach ORC Przedmiotem wynalazku jest turbogenerator stosowany w ukladach opartych na organicznym cyklu Rankine'a (ORC). Turbogeneratory sa urzadzeniami, w których zachodzi konwersja energii mechanicznej i termicznej plynu w energie elektryczna. Sprawnosc zastosowanych turbogeneratorów ma dominujace znacznie w ogólnej sprawnosci calego ukladu opartego na organicznym cyklu Rankine'a (ORC). Turbogenerator budowany jest najczesciej w formie turbiny parowej oraz generatora elektrycznego osadzonych na jednym wale i zamknietych w hermetycznym korpusie. Wal lozyskowany jest z wykorzystaniem róznorakich typów lozysk (w zaleznosci od technologii uzywanej przez producenta), takich jak: gazowe, cieczowe, magnetyczne, czy - w przypadku najmniejszych maszyn - toczne. Turbogeneratory ORC charakteryzuja sie kompaktowoscia, co z kolei utrudnia wewnetrzna dystrybucje ciepla zarówno tego uzytecznego, którego nosnikiem jest para czynnika roboczego na dolocie do turbiny, jak i ciepla odpadowego z generatora elektrycznego, które wydziela sie na skutek strat w procesie konwersji energii. Utrata ciepla uzytecznego do otoczenia jest ograniczana przez projektantów w znanych ze stanu techniki rozwiazaniach poprzez izolacje termiczna korpusu turbiny. Natomiast wewnetrzny przeplyw ciepla od goracej komory turbiny do pozostalych chlodniejszych czesci turbogeneratora redukowany jest poprzez odpowiednie ksztaltowanie geometrii korpusu - mozliwie duza redukcje mostków termicznych, przekladki z materialów izolujacych itp. Z cieplem odpadowym producenci w znanych rozwiazaniach radza sobie poprzez chlodzenie woda plaszcza wodnego generatora elektrycznego z zewnetrznego zródla, badz poprzez wykorzystanie chlodziwa dostepnego w ramach samego ukladu ORC, jak np. ciecz chlodzaca skraplacz w przypadku skraplacza chlodzonego posrednio z wykorzystaniem chlodni. PL 443695 A1 2/11Ze stanu techniki znany jest turbogenerator ujawniony w opisie patentowym EP3363101 (B1) zawierajacy turbine, kolo wprawiane w ruch obrotowy przez goracy plyn krazacy miedzy wlotem plynu a wylotem plynu oraz generatorem elektrycznym z wirnikiem polaczonym z tym kolem za pomoca walu laczacego, znamienny tym, ze turbogenerator zawiera oslone cieplna wykonana z polimeru i umieszczona na polaczeniu pomiedzy turbina a generatora oraz tym, ze oslona termiczna jest wykonana z politetrafluoroetylenu (PTFE), polieteroeteroketonu (PEEK), polioksymetylenu (POM) lub mieszaniny co najmniej dwóch z tych materialów Zastosowanie przekladek z materialów izolujacych termicznie moze utrudnic zachowanie wymaganych tolerancji ksztaltu i polozenia, co jest kluczowe szczególnie w przypadku maszyn wysokoobrotowych. Natomiast redukcja mostków termicznych poprzez odpowiednie ksztaltowanie geometrii korpusu niejednokrotnie prowadzi do zwiekszenia gabarytów turbogeneratora badz oslabienia wytrzymalosci konstrukcji korpusu poprzez redukcje powierzchni przekroju w celu ograniczenia przeplywu ciepla. Celem wynalazku bylo dostarczenie konstrukcji turbogeneratora, w którym izolacja wewnetrzna turbogeneratora, szczególnie izolacja pomiedzy komora turbiny a pozostalymi, chlodniejszymi czesciami turbogeneratora bylaby efektywniejsza niz znane do tej pory rozwiazania a jednoczesnie nie oslabialaby konstrukcji turbogeneratora. Istota wynalazku jest turbogenerator stosowany w ukladach opartych na organicznym cyklu Rankine'a, skladajacy sie z dwukomorowego korpusu, zawierajacego czesc turbinowa i generatorowa, przy czym w czesci turbinowej (przeplywowej) zasilanej czynnikiem roboczym, znajduja sie stopnie turbiny wraz z komora dolotowa, komora zasilajaca oraz dyfuzorem wylotowym turbiny, natomiast w czesci generatorowej znajduje sie generator elektryczny z obwodowym plaszczem chlodzacym chlodzonym ciecza chlodzaca oraz lozyska turbogeneratora, lozysko poprzeczne zawierajace tarcze oprawy, lozysko poprzeczno-wzdluzne oraz lozysko osiowe, które to lozyska zasilane sa czynnikiem roboczym charakteryzujacy sie tym, ze zawiera ponadto czolowy plaszcz izolujacy usytuowany pomiedzy glównymi komorami korpusu, w tarczy oprawy PL 443695 A1 3/11przedniego lozyska poprzecznego turbogeneratora i zawierajacy co najmniej dwie komory cieczowe i polaczony z komorami cieczowymi pierscieniowy kanal przeplywowy wyposazony w króciec zasilajacy usytuowany w dolnej czesci korpusu turbogeneratora i króciec odprowadzajacy usytuowany w górnej czesci korpusu turbogeneratora, przy czym króciec zasilajacy jak i króciec odprowadzajacy usytuowane sa pod katem w zakresie od O do 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora a calosc zasilana jest czynnikiem chlodzacym przeplywajacym przez kanal pierscieniowy oraz przez co najmniej dwie komory cieczowe. Czynnikiem chlodzacym jest woda lub mieszanina wody i glikolu etylenowego lub weglowodory lub fluorowe czynniki chlodnicze lub ich mieszaniny. Jako ciecz chlodzaca w obwodowym plaszczu chlodzacym generator stosowana jest woda lub mieszanina wody i glikolu etylenowego lub weglowodory lub fluorowe czynniki chlodnicze lub ich mieszaniny. Czolowy plaszcz izolujacy korzystnie zawiera cztery komory cieczowe. Czolowy plaszcz izolujacy korzystnie zawiera szesc komór cieczowych. Króciec zasilajacy usytuowany jest w dolnej czesci korpusu turbogeneratora pod katem 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora. Króciec odprowadzajacy usytuowany jest w górnej czesci korpusu turbogeneratora pod katem 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora. Lozysko turbogeneratora i/lub lozysko poprzeczne i/lub lozysko poprzeczno wzdluzne i/lub lozysko osiowe zasilane jest czynnikiem roboczym w fazie cieklej. Czynnikiem roboczym sa weglowodory i/lub fluorowe czynniki chlodnicze i/lub ich mieszaniny. Czolowy plaszcz izolujacy zostal zastosowany w korpusie turbogeneratora, w celu separacji termicznej goracej czesci przeplywowej gdzie jest dostarczana para swieza do turbiny oraz zimniejszej czesci - komory lozyskowej i generatora, do której jest dostarczana ciekla frakcja czynnika roboczego do zasilania lozysk oraz w której znajduje sie czolowy plaszcz izolujacy turbogeneratora. Rodzaje czynników roboczych znane sa ze stanu techniki sa to zwiazki organiczne takie jak weglowodory, sa takze czynniki robocze oparte na zwiazkach fluoru i ich PL 443695 A1 4/11mieszaniny powszechnie stosowane w przemysle jako czynniki chlodnicze. Do zasilania lozysk stosowany jest ten sam czynnik roboczy, który zasila turbine jednakze do lozysk dostarczany jest on w postaci cieklej. Budowa turbogeneratora wedlug wynalazku umozliwia ograniczenie transportu ciepla od goracej pary swiezej czynnika roboczego do przestrzeni lozyskowej turbogeneratora. Ma to szczególne znaczenie w przypadku zastosowania lozysk cieczowych, w których bezawaryjna prace wirnika mozna zapewnic tylko przez zasilanie lozysk ciecza czynnika bez wystepujacych w niej frakcji gazowych. Poprzez odseparowanie doplywu ciepla od pary swiezej znacznie ograniczona zostaje szansa na lokalne odparowanie cieczowego filmu smarnego lozyska. Wynalazek przedstawiono w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój porzeczny przez turbogenerator wedlug wynalazku; fig. 2 przedstawia widok osiowy, od strony wylotu z turbiny uwidaczniajacy króciec zasilajacy i króciec odprowadzajacy, zas fig. 3 przedstawia widok czesci tarczy oprawy lozyska poprzecznego z cieczowymi komorami chlodzacymi, plaszczem czolowym a fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny tarczy oprawy lozyska Na rysunku fig 1 widoczny jest turbogenerator stosowany do ukladów ORC. Turbogenerator sklada sie z dwukomorowego korpusu, zawierajacego czesc turbinowa i czesc generatorowa. W czesci turbinowej (przeplywowej) zasilanej czynnikiem roboczym, znajduja sie stopnie turbiny wraz z komora dolotowa 3, komora zasilajaca oraz dyfuzorem wylotowym 4 turbiny. W czesci generatorowej 1 znajduje sie generator elektryczny z obwodowym plaszczem chlodzacym chlodzonym ciecza chlodzaca oraz lozyska turbogeneratora, lozysko poprzeczne 5 zawierajace tarcze oprawy 2, lozysko poprzeczno-wzdluzne 6 oraz lozysko osiowe 7, które to lozyska zasilane sa czynnikiem roboczym. Przed tarcza oprawy 2 lozyska poprzecznego 5 znajduje sie komora dolotowa 3 pary czynnika roboczego turbiny i dyfuzor wylotowy 4 turbiny. Turbina 8 i generator elektryczny 9 posadowione sa na jednym wale, podpartym na lozyskach poprzecznym 5 i poprzeczno-wzdluznym 6, urn iejscowionych w komorze PL 443695 A1 /11generatora. W tylnej czesci korpusu czesci generatorowej 1 znajduje sie lozysko osiowe 7. Wewnatrz korpusu turbogeneratora w czesci generatorowej 1, w tarczy oprawy 2 przedniego lozyska poprzecznego 5, usytuowany jest czolowy plaszcz izolujacy 21, w celu separacji termicznej goracej czesci przeplywowej gdzie jest dostarczana para swieza do turbiny oraz zimniejszej czesci, komory lozyskowej i generatora, do której jest dostarczana ciekla frakcja czynnika roboczego do zasilania lozysk 5, 6 i 7. Czolowy plaszcz izolujacy 21 jest w postaci kanalu pierscieniowego 211 laczacego co najmniej dwie komory cieczowe 212. Zasilanie czolowego plaszcza izolujacego 21 odbywa sie poprzez króciec zasilajacy 213 natomiast odprowadzenie czynnika chlodzacego, którym jest woda, odbywa sie przy pomocy krócca odprowadzajacego 214. Przeplyw w czolowym plaszczu izolujacym 21 odbywa sie od dolnej czesci gdzie znajduje sie króciec zasilajacy 213, nastepnie symetrycznie, wzdluz przebiegu kanalu pierscieniowego 211, w obu kierunkach, do wylotu poprzez króciec odprowadzajacy 214 znajdujacy sie w górnej czesci korpusu turbogeneratora. Krócce (213, 214), widoczne na rysunku fig. 2, moga byc umiejscowione calkowicie pionowo lub pod katem nie wiekszym jednak niz 45°, co jest determinowane koniecznoscia unikniecia kolizji z otworowaniem elementów korpusu lub punktami mocowania czujników na korpusie maszyny. Szczególy konstrukcji i zabudowy czolowego plaszcza izolujacego wskazano na rysunku fig. 3 oraz fig. 4, które stanowia korzystny przyklad wykonania turbogeneratora wedlug wynalazku i na których widoczny jest pierscieniowy kanal izolujacy 211 a takze cztery komory cieczowe 212 polaczone pierscieniowym kanalem izolujacym 211. Ciecz chlodzaca jednostajnie przeplywa przez pierscieniowy kanal 211 wplywajac do komór cieczowych 212, w których nastepuje mieszanie i turbulizacja przeplywu. Zasilanie i opróznianie czolowego plaszcza izolujacego odbywa sie za pomoca krócców 213, 214 umiejscowionych na korpusie 1 turbogeneratora. Ilosc komór cieczowych 212 moze sie róznic i jest zalezna od indywidualnej konstrukcji i rozmiarów turbogeneratora, wymagan zapewnienia odpowiedniego poziomu wymiany ciepla. PL 443695 A1 6/11Zastrzezenia patentowe 1. Turbogenerator stosowany w ukladach opartych na organicznym cyklu Rankine'a, skladajacy sie z dwukomorowego korpusu, zawierajacego czesc turbinowa i generatorowa (1 ), przy czym w czesci turbinowej (przeplywowej) zasilanej czynnikiem roboczym, znajduja sie stopnie turbiny wraz z komora dolotowa (3), komora zasilajaca oraz dyfuzorem wylotowym (4) turbiny, natomiast w czesci generatorowej (1) znajduje sie generator elektryczny z obwodowym plaszczem chlodzacym chlodzonym ciecza chlodzaca oraz lozyska turbogeneratora, lozysko poprzeczne (5) zawierajace tarcze oprawy (2), lozysko poprzeczno-wzdluzne (6) oraz lozysko osiowe (7), które to lozyska zasilane sa czynnikiem roboczym znamienny tym, ze zawiera ponadto czolowy plaszcz izolujacy (21) usytuowany pomiedzy glównymi komorami korpusu, w tarczy oprawy (2) przedniego lozyska poprzecznego (5) turbogeneratora i zawierajacy co najmniej dwie komory cieczowe (212) i polaczony z komorami cieczowymi (212) pierscieniowy kanal przeplywowy (211) wyposazony w króciec zasilajacy (213) usytuowany w dolnej czesci korpusu turbogeneratora i króciec odprowadzajacy (214) usytuowany w górnej czesci korpusu turbogeneratora, przy czym króciec zasilajacy (213) jak i króciec odprowadzajacy (214) usytuowane sa pod katem w zakresie od O do 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora a calosc zasilana jest czynnikiem chlodzacym przeplywajacym przez kanal pierscieniowy (211) oraz przez co najmniej dwie komory cieczowe (212). 2. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze czynnikiem chlodzacym jest woda lub mieszanina wody i glikolu etylenowego lub weglowodory lub fluorowe czynniki chlodnicze lub ich mieszaniny. 3. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze ciecza chlodzaca w obwodowym plaszczu chlodzacym generator jest woda lub mieszanina wody i glikolu etylenowego lub weglowodory lub fluorowe czynniki chlodnicze lub ich mieszaniny. 4. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze czolowy plaszcz izolujacy (21) zawiera cztery komory cieczowe (212). . Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze czolowy plaszcz izolujacy (21) zawiera szesc komór cieczowych (212). PL 443695 A1 7/116. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze króciec zasilajacy (213) usytuowany jest w dolnej czesci korpusu (1) turbogeneratora pod katem 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora. 7. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze króciec odprowadzajacy (214) usytuowany jest w górnej czesci korpusu (1) turbogeneratora pod katem 45° w stosunku do pionowej osi turbogeneratora. 8. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze lozysko turbogeneratora i/lub lozysko poprzeczne i/lub lozysko poprzeczno-wzdluzne i/lub lozysko osiowe zasilane jest czynnikiem roboczym w fazie cieklej. 9. Turbogenerator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze czynnikiem roboczym sa weglowodory i/lub fluorowe czynniki chlodnicze i/lub ich mieszaniny. PL 443695 A1 8/114 8 .~~. 213 3 2 5 r-- Fig. 1 ef Fig. 2 1 9 r- / / 214 ,,,- 6 7 r-.·~ I I I PL 443695 A1 9/11211 \ 214 A 213 212 Fig. 3 A-A ( 1 : 2) 211 212 Fig. 4 PL 443695 A1 /11al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr, poczt, 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 OS SS I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www,uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P,--1---1-3695 Klasyfikacja zgloszenia: FOlD 25/1--1-, FOlD 15/10 Podklasy w któ0chprowadzono poszukiwania: F01D25 F01Dl5 Ba,-:y komputerowe\\ któ1ych pro\, ad,-:ono poszukiwania: EPODOC WPI bazy UPRP Kategoria dokumentu Dokwncnt) - L podana idcnty fikacja Odniesienie do zastrL A US2012306206 Al (AGRA WAL GIRIDHARI L [US]; BUCKLEY CHARLES W 1-9 lUSJ; SHAKlL ALllUSJ; COWARD ANDREW HAMILTON lUSJ; R & D DYNAMICS CORP IUSI) 06-12-2012 A US2013160450 Al (COGSWELL FREDERICK J 1us1: BlEDERJ\ilAN BRUCE P 1-9 IUSI) 27-06-2013 A CN213016--1-63 U (UNTECO CHANGSHU COL TD) 20-04-2021 1-9 A EP29 I 7507 A 1 (LAPPEENRANNAN TEKNILLTNEN YLIOPISTO [FI]) 16-09- 1-9 2015 D Dalszy ciag "ykazn dokumentów na nastepnej stronie A - dokument okreslaJacy ogólny stan techniki, który nie Jest mrnzany za posiada1acv szczególne znaczenie, E - doh.ument stanowiacy "czesniejsLe zgluszenie lub patent. ale opubhk.owauy \V lub po dacie zgloszema, L - dokumcnl. l....JÓI) muL.c podda\\ ac \V watpliH osc zastrLcganc picrwsLc1isl\\ o(-wa). lub prz)' toczon: \V celu w,talcnia dal) publ.tl"-acji rnncgo C)' lu\vancgo dul.,.umcntu lub 1. innc~o s1.c1.cgól11cgo P°'Hlclll, O cloklm1ent oclnos7.[JC:V sie clo 11_imn1ienin ustnego pr7.e7 znstosownnie. w: 1 stnwienie h1h 11_inwnienie ,v inny sposób. P - dokument opublikowmw przed d3ta zgloszenia. ale pófniej niz zastrzegam dcta pierwszenstwc. T - dokument pózmeJszv, opublikowany po dacie zgloszema lub w dacie pierwszenstwa i mebedacy w konlllkcie ze zgloszemem, ale c\lowanv" celu zrozu1111ema Lasad lub teoni leL.acyd1 u podstaw v, ynalazk.u. X - doL..umcuL o sLCLcgUh1: m Lltaczc1tiu: z.astrLcgaH)' \V)' 1ttlaLcL.. nic uwzc b)' c U\\ az~Ul) La HO\\)' lub 1tic mut:::c byc: U\\ az.all)' za pusiad~llC) puLium \\ )' 11.alazcz:, jcL.ch ten doL11mc111 br;Jll)' jest pod mvafi; s:nnoclI.icl11ic. Y - cloklm1ent o S7.C7ególnym znnczenin: 7aStf7egmrv w:vnnfa7.ek nie mo7.e byc mYn7nny 7.n posincln_jqcy poziom 1v:nrnfazc7y. ie7.eli ten dokument 70stnnie polqc7.on:v 7 iednvm lub kilkoma tego tvpu dokumentcmi, a takie polac1,enie bedzie oczvwiste dla zmwcv, & - dokument nalezacy do teJ sameJ rodzim patemoweJ, Sprawozdanie wykonali-a: Bartlomiej Tutka Ekspert Data: 09.08.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz. z dnia 6.02.2023 r. Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym/ Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego PL 443695 A1 11/11 PL