RU2534917C2 - Turbine for geothermal power plant - Google Patents

Turbine for geothermal power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2534917C2
RU2534917C2 RU2013109873/06A RU2013109873A RU2534917C2 RU 2534917 C2 RU2534917 C2 RU 2534917C2 RU 2013109873/06 A RU2013109873/06 A RU 2013109873/06A RU 2013109873 A RU2013109873 A RU 2013109873A RU 2534917 C2 RU2534917 C2 RU 2534917C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
geothermal
turbine
housing
rotating blades
blades
Prior art date
Application number
RU2013109873/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013109873A (en
Inventor
Ганапи Янгиевич Ахмедов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority to RU2013109873/06A priority Critical patent/RU2534917C2/en
Publication of RU2013109873A publication Critical patent/RU2013109873A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2534917C2 publication Critical patent/RU2534917C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: invention relates to heat power industry, and namely to units using heat of geothermal sources in the form of a gas/steam/water mixture with increased salt content. The invention proposes a turbine, the housing, the shaft and the rotating blades of which are hollow and interconnected between each other. Heads of the rotating blades have an oval shape, and thickness of their walls does not exceed thickness of the turbine housing wall. Cold water flowing in the cavity of the turbine housing and the rotating blades reduces temperature of their walls, due to which it is possible to prevent formation of calcium carbonate deposits on the turbine surface.
EFFECT: invention allows increasing energy use efficiency of geothermal sources owing to excluding losses of a mechanical and some thermal potential of geothermal waters, as well as excluding costs for cleaning of a geothermal heat carrier from hardness salts diluted in it.
2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам, использующим теплоту геотермальных источников в виде газопароводяной смеси с повышенным солесодержанием.The invention relates to a power system, in particular, to plants using the heat of geothermal sources in the form of a gas-steam mixture with high salinity.

Наличие в геотермальной воде большого количества растворенных солей и газов ограничивает возможности широкого использования традиционных видов турбин на геотермальных электростанциях (ГеоТЭС). При выходе на поверхность Земли парциальное давление углекислого газа в воде уменьшается. При этом в растворе геотермальной воды возможно нарушение углекислотного равновесия с образованием твердой фазы карбоната кальция как в толще воды в виде взвешенных частиц, так и на поверхности оборудования в виде отложений. При использовании высокопотенциальных вод (температура воды свыше 100°С) эти процессы протекают с большой скоростью. В расширителях и дегазаторах ГеоТЭС возможны интенсивные отложения карбоната кальция. Для исключения этих отложений на лопатках самой турбины и на ее корпусе необходима высокая очистка геотермального теплоносителя от содержащихся в нем растворенных солей жесткости.The presence of a large amount of dissolved salts and gases in geothermal water limits the widespread use of traditional types of turbines at geothermal power plants (GeoTES). Upon reaching the Earth's surface, the partial pressure of carbon dioxide in water decreases. At the same time, in the solution of geothermal water carbon dioxide equilibrium may be disturbed with the formation of the solid phase of calcium carbonate both in the water column in the form of suspended particles, and on the equipment surface in the form of deposits. When using high potential waters (water temperature above 100 ° C), these processes proceed at high speed. Intensive deposits of calcium carbonate are possible in GeoTES expanders and degassers. To eliminate these deposits on the blades of the turbine itself and on its casing, high purification of the geothermal coolant from the dissolved hardness salts contained in it is necessary.

Известно, что для геотермального теплоносителя на любой скважине в эксплуатируемом оборудовании можно создавать такие условия, при которых в нем не образуются отложения карбоната кальция. Этого можно добиться путем охлаждения стенки оборудования до температуры, ниже которой при данном давлении из раствора геотермальной воды не выделяется твердая фаза карбоната кальция [1-5].It is known that for a geothermal coolant at any well in the equipment in operation, it is possible to create conditions under which calcium carbonate deposits are not formed in it. This can be achieved by cooling the equipment wall to a temperature below which, at a given pressure, the solid phase of calcium carbonate does not stand out from the solution of geothermal water [1-5].

Однако, если стенку оборудования, в котором находится турбина, или стенку расширителя, дегазатора геотермальной воды можно защитить охлаждением ее до температуры, ниже которой не идут отложения [5], то турбину ГеоТЭС можно защитить только предварительной очисткой геотермального теплоносителя от растворенных в нем солей жесткости. В то же время, в расширителях и дегазаторах ГеоТЭС имеет место некоторое снижение механического и теплового потенциала геотермального теплоносителя (уменьшается давление и температура воды). Вследствие этого, а также из-за наличия затрат на очистку геотермального теплоносителя от растворенных в нем солей жесткости, в общем, снижается эффективность использования энергии геотермального источника.However, if the wall of the equipment in which the turbine is located, or the wall of the expander, degasser of geothermal water can be protected by cooling it to a temperature below which deposits do not go [5], then the GeoTES turbine can be protected only by preliminary cleaning of the geothermal coolant from hardness salts dissolved in it . At the same time, in the expanders and degassers of GeoTES there is a slight decrease in the mechanical and thermal potential of the geothermal coolant (pressure and temperature of the water decrease). As a result of this, and also because of the cost of cleaning the geothermal coolant from hardness salts dissolved in it, in general, the efficiency of using the energy of the geothermal source is reduced.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности использования энергии геотермальных источников за счет исключения затрат на очистку геотермального теплоносителя от растворенных в нем солей жесткости, а также исключения потерь механического и некоторого теплового потенциала геотермальных вод.The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the use of energy of geothermal sources by eliminating the cost of cleaning the geothermal coolant from hardness salts dissolved in it, as well as eliminating the loss of mechanical and some thermal potential of geothermal waters.

Технический результат достигается тем, что в турбине для геотермальной электростанции, содержащей корпус на валу, рабочие лопатки и сопло для подачи рабочего тела, корпус, вал и рабочие лопатки выполнены полыми и сообщающимися между собой, при этом толщина стенок рабочих лопаток не превышает толщину стенки корпуса, а вершины лопаток имеют овальный профиль.The technical result is achieved by the fact that in a turbine for a geothermal power plant containing a housing on the shaft, working blades and a nozzle for supplying a working fluid, the housing, the shaft and working blades are made hollow and interconnected, while the wall thickness of the working blades does not exceed the wall thickness of the casing and the tops of the shoulder blades have an oval profile.

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемой турбины для геотермальной электростанции, а на фиг.2 - вид фиг.1 по А-А.Figure 1 shows a schematic diagram of the proposed turbine for a geothermal power plant, and figure 2 is a view of figure 1 on aa.

Турбина для геотермальной электростанции состоит из полого корпуса 1, соединенного по обоим торцам с валом 2 в виде полой трубы, рабочих лопаток 3 в виде полых выступов на корпусе 1 с овальным профилем верхушек 4, сопла 5 для подачи геотермального теплоносителя на лопатки 3. При этом полости корпуса 1, вала 2 и рабочих лопаток 3 сообщаются между собой.The turbine for a geothermal power plant consists of a hollow body 1 connected at both ends with a shaft 2 in the form of a hollow pipe, working blades 3 in the form of hollow protrusions on the body 1 with an oval profile of the tops 4, a nozzle 5 for supplying the geothermal coolant to the blades 3. the cavity of the housing 1, shaft 2 and rotor blades 3 communicate with each other.

Турбина работает следующим образом.The turbine operates as follows.

Геотермальный теплоноситель 6 в виде газопароводяной смеси подается на рабочие лопатки 3 через сопло 5. Под действием сил давления струи газопароводяной смеси турбина приходит во вращение. Одновременно с одного торца турбины через вал 2 подается холодная вода 7 во внутрь корпуса 1. При этом холодная вода 7 заполняет корпус 1 турбины только на половину его емкости. Вода 7, проходя внутри корпуса 1, попадает в полость лопаток 3 турбины и выводится из корпуса 1 через противоположный торец турбины по валу 2.The geothermal coolant 6 in the form of a gas-steam mixture is supplied to the working blades 3 through the nozzle 5. Under the action of the pressure forces of the jet of gas-steam mixture, the turbine rotates. Simultaneously, cold water 7 is supplied from one end of the turbine through the shaft 2 to the inside of the housing 1. In this case, cold water 7 fills the turbine housing 1 only to half its capacity. Water 7, passing inside the housing 1, enters the cavity of the blades 3 of the turbine and is discharged from the housing 1 through the opposite end of the turbine along the shaft 2.

Вращение турбины и заполнение емкости корпуса 1 только наполовину интенсифицирует процесс турбулизации потока воды внутри полости корпуса 1 и рабочих лопаток 3. Этому способствует также и периодическое перетекание холодной воды из корпуса 1 в полость лопаток 3 и обратно. В то же время, выполнение стенок рабочих лопаток 3 толщиной не более толщины стенки корпуса 1 уменьшает термическое сопротивление их стенок. В итоге все это приводит к охлаждению стенок корпуса 1 и рабочих лопаток 3 турбины со стороны геотермального теплоносителя до температуры, при которой отсутствует выделение из раствора геотермальной воды твердой фазы карбоната кальция [1, 2]. Дополнительным условием охлаждения стенок корпуса и лопаток является еще тот факт, что время контакта с ними холодной воды больше, чем время контакта газопароводяной смеси. Овальный профиль верхушек 4 со стенкой не более толщины стенки корпуса 1 позволяет равномерно охлаждать всю их поверхность.The rotation of the turbine and the filling of the capacity of the housing 1 only half intensifies the process of turbulization of the water flow inside the cavity of the housing 1 and the working blades 3. This is also facilitated by the periodic flow of cold water from the housing 1 into the cavity of the blades 3 and vice versa. At the same time, the execution of the walls of the working blades 3 with a thickness of not more than the wall thickness of the housing 1 reduces the thermal resistance of their walls. As a result, all this leads to cooling of the walls of the casing 1 and of the turbine blades 3 from the side of the geothermal coolant to a temperature at which there is no precipitation of the solid phase of calcium carbonate from the solution of geothermal water [1, 2]. An additional condition for cooling the walls of the casing and the blades is the fact that the contact time of cold water with them is longer than the contact time of the gas-vapor mixture. The oval profile of the tops 4 with a wall of not more than the wall thickness of the housing 1 allows you to evenly cool their entire surface.

Благодаря охлаждению стенок корпуса турбины и ее лопаток предлагаемое техническое решение позволяет непосредственно подавать геотермальный теплоноситель из скважины без промежуточного оборудования (дегазаторы, расширители), где возможна потеря некоторого энергетического потенциала (давление, температура). В то же время, после прохождения через турбину холодная вода может быть подана во вторичный контур теплообменника для дальнейшей утилизации тепла геотермального теплоносителя, подведенного в первичный контур того же теплообменника. А утилизация горючих газов из геотермального теплоносителя может быть осуществлена на любой стадии после прохождения им предлагаемой турбины.Thanks to the cooling of the walls of the turbine casing and its blades, the proposed technical solution allows direct supply of the geothermal coolant from the well without intermediate equipment (degassers, expanders), where a loss of some energy potential (pressure, temperature) is possible. At the same time, after passing through the turbine, cold water can be supplied to the secondary circuit of the heat exchanger for further utilization of the heat of the geothermal coolant supplied to the primary circuit of the same heat exchanger. And the utilization of combustible gases from the geothermal coolant can be carried out at any stage after passing through the proposed turbine.

Таким образом, благодаря выполнению в турбине корпуса, вала и рабочих лопаток полыми и сообщающимися между собой, а рабочих лопаток с овальной формой их вершин и со стенками толщиной не более толщины стенки корпуса турбины, удается повысить эффективность использования энергии геотермальных источников в виде газопароводяной смеси с повышенным солесодержанием.Thus, due to the execution of the casing, shaft and rotor blades in the turbine hollow and interconnected, and the blades with an oval shape of their vertices and walls with a thickness not exceeding the wall thickness of the turbine casing, it is possible to increase the energy efficiency of geothermal sources in the form of a gas-vapor mixture with increased salinity.

Источники информацииInformation sources

1. Ахмедов Г.Я. Проблемы солеотложения при использовании геотермальных вод для горячего тепловодоснабжения // Промышленная энергетика.- №9.- 2009.1. Akhmedov G.Ya. Problems of salt deposition when using geothermal water for hot heat supply // Industrial Energy. - No. 9. - 2009.

2. Ахмедов Г.Я. Защита геотермальных систем водоподготовки от карбонатных отложений // Энергосбережение и водоподготовка. - №6. - 2010.2. Akhmedov G.Ya. Protection of geothermal water treatment systems from carbonate deposits // Energy saving and water treatment. - No. 6. - 2010.

3. Ахмедов Г.Я. Устройство для очистки жидкости. А.с. СССР №1583135. МКИ В01D 21/24, С02F 5/00. Заявл. 26.10.88., опубл.07.08.90. Бюл. №29.3. Akhmedov G.Ya. A device for cleaning liquids. A.S. USSR No. 1583135. MKI B01D 21/24, С02F 5/00. Claim 10.26.88., Published on 07.08.90. Bull. No. 29.

4. Ахмедов Г.Я. Геотермальная установка. Патент №91384. МПК F03G 7//00. Заявл. 04.05.2008. опубл. 10.02.2010. Бюл. №4.4. Akhmedov G.Ya. Geothermal installation. Patent No. 91384. IPC F03G 7 // 00. Claim 05/04/2008. publ. 02/10/2010. Bull. Number 4.

5. Ахмедов Г.Я. Геотермальное устройство. Патент №2406944. МПК F24J 3/08. Заявл. 06.04.2009., опубл. 20.12.2010. Бюл. №35.5. Akhmedov G.Ya. Geothermal device. Patent No. 2406944. IPC F24J 3/08. Claim 04/06/2009., Publ. 12/20/2010. Bull. Number 35.

Claims (1)

Турбина для геотермальной электростанции, содержащая корпус на валу, рабочие лопатки, сопло для подачи рабочего тела, отличающаяся тем, что корпус, вал и рабочие лопатки выполнены полыми и сообщающимися между собой, при этом толщина стенки рабочих лопаток не превышает толщину стенки корпуса, а вершины лопаток имеют овальный профиль. A turbine for a geothermal power plant, comprising a housing on the shaft, working blades, a nozzle for supplying a working fluid, characterized in that the housing, shaft and working blades are hollow and interconnected, while the wall thickness of the working blades does not exceed the wall thickness of the housing, and the top the blades have an oval profile.
RU2013109873/06A 2013-03-05 2013-03-05 Turbine for geothermal power plant RU2534917C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109873/06A RU2534917C2 (en) 2013-03-05 2013-03-05 Turbine for geothermal power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109873/06A RU2534917C2 (en) 2013-03-05 2013-03-05 Turbine for geothermal power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013109873A RU2013109873A (en) 2014-09-10
RU2534917C2 true RU2534917C2 (en) 2014-12-10

Family

ID=51539924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013109873/06A RU2534917C2 (en) 2013-03-05 2013-03-05 Turbine for geothermal power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2534917C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006662C1 (en) * 1990-12-27 1994-01-30 Владимир Афанасьевич Корниенко Wind-electric power unit
US5970714A (en) * 1992-10-02 1999-10-26 Ormat Industries Ltd. Geothermal power plant operating on high pressure geothermal fluid
WO2002033332A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Hita Ag Method and system for exchanging earth energy between earthly bodies and an energy exchanger, especially to produce an electric current
RU2201510C2 (en) * 2001-04-04 2003-03-27 ОАО "Калужский турбинный завод" Steam turbine plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006662C1 (en) * 1990-12-27 1994-01-30 Владимир Афанасьевич Корниенко Wind-electric power unit
US5970714A (en) * 1992-10-02 1999-10-26 Ormat Industries Ltd. Geothermal power plant operating on high pressure geothermal fluid
WO2002033332A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Hita Ag Method and system for exchanging earth energy between earthly bodies and an energy exchanger, especially to produce an electric current
RU2201510C2 (en) * 2001-04-04 2003-03-27 ОАО "Калужский турбинный завод" Steam turbine plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2245454 C1, (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)"), 27.01.2005 . *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013109873A (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104445481B (en) A kind of waste heat electricity-water cogeneration system
CN101774657A (en) Sea water desalinization device for ships and method for preparing fresh water
CN103771564B (en) Ocean thermal energy open circulation joint deep sea reverse-osmosis seawater desalination system
KR101297983B1 (en) Desalination System Based on Mechanical Vapor Recompression and Desalination Method
KR20110101754A (en) Ocean thermal energy conversion system of multistage cycle type using surface water or discharge water of power plant and deep sea water
CN105317485B (en) A kind of novel energy converting system
Venkatesan et al. A theoretical and experimental study of a small-scale barometric sealed flash evaporative desalination system using low grade thermal energy
RU2534917C2 (en) Turbine for geothermal power plant
CN105217706A (en) A kind of solar energy sea water desalination apparatus
EA201650094A1 (en) SYSTEM OF PASSIVE DISPOSAL OF HEAT FROM A WATER-POWER ENERGY REACTOR THROUGH A STEAM GENERATOR
WO2014013093A1 (en) Desalination plant co-generating electricity by hydrothermal means
JP2013167178A (en) Power generation system
CN204644039U (en) Utilize the low-temperature evaporation formula high slat-containing wastewater treatment unit of waste water residual heat
CN202039044U (en) Semi-water gas cooling system with lithium bromide unit and capable of generating cold water as byproduct
CN204063684U (en) A kind of fume afterheat segmented utilizes device
KR20110115028A (en) Cooling application system for power plant and ocean thermal energy conversion using deep sea water
JP2013007547A (en) Power generation system and method of generating power
CN206669705U (en) A kind of boiler blow-off buffering and energy conversion device
CN201660459U (en) Seawater desalinization device
CN104048452A (en) Sectional type utilizing device for flue gas waste heat
Jesionek et al. Enhancement of the Brayton cycle efficiency by water or steam utilization
RU2007119765A (en) HEAT ELECTRIC STATION
RU2372564C1 (en) Method for prevention of scale formation in process of geothermal waters energy utilisation
RU2528776C1 (en) Method of cleaning heat exchanger from carbonate deposits
CN202937318U (en) System for generating power and supplying heat by utilizing afterheat

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150306