RU2564483C2

RU2564483C2 - Multiple heat-pipe steam-turbine plant with capillary condenser

Info

Publication number: RU2564483C2
Application number: RU2013147156/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-10-10
Also published as: RU2013147156A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used for utilisation of secondary heat energy resources and low-potential heat energy of natural sources, namely for conversion of heat energy to mechanical energy. A multiple heat-pipe steam-turbine plant with a capillary condenser includes the following: an evaporative chamber consisting of vertical evaporative sleeves, a separation section, the inner surface of which is covered with a grid of porous material strips, a distributing header with atomisers, a mist eliminator, connected to a working chamber, inside which there placed is a wheel of a power turbine connected on the outer side to a working element and a pump the steam outlet connection pipe is connected to the condensing chamber, in the centre of which a cylindrical tank with perforated walls is arranged, in which a feed pump connected to the distributing header of the evaporative chamber is located. The bottom of the condensing chamber is covered with a capillary condenser that consists of a condensation zone - several perforated sheets laid on each other, the holes in which are made in the form of conical capillaries, and a condensate header - a layer of porous lyophilic material. A cylindrical hole is made in the centre of the capillary condenser, and a restricting ring, a transport ring, a cylindrical cage with perforated walls, which forms a cylindrical tank, are placed in the above cylindrical hole.

EFFECT: improving reliability and efficiency of a multiple heat-pipe steam-turbine plant with a capillary condenser.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую.The present invention relates to a power system and can be used for the disposal of secondary thermal energy and low-potential thermal energy of natural sources, namely, for the transformation of thermal energy into mechanical.

Известен коаксиальный мультитеплотрубный двигатель, который содержит последовательно расположенные испарительную, рабочую и конденсационную камеры, соединенные между собой через кольцевые уплотнения, причем испарительная и конденсационная камеры состоят из вертикальных испарительных и конденсационных гильз, внутренняя боковая поверхность которых покрыта тонкими полосами пористого материала, образующими между собой канавки, а торца - решеткой из таких же полос, крышка сепарационной секции испарительной камеры покрыта полосами того же пористого материала, поверхность боковых стенок покрыта фитилем, в ней расположен распределительный коллектор, снабженный форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы и каплеотбойник, днище цилиндрической распределительной секции конденсационной камеры покрыто массивом фитиля с отверстиями и выполнено с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами вертикальные конденсационные гильзы, в центре фитиля расположен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками и питательный насос, соединенный с осью силовой турбины и распределительным коллектором в испарительной камере, а внутри рабочей камеры устроены коаксиально силовые турбины [Патент РФ №2379526, F01K 25/00, F28D 15/02, 2010].Known coaxial multi-tube engine, which contains a sequentially located evaporation, working and condensation chambers interconnected via O-rings, and the evaporation and condensation chambers consist of vertical evaporation and condensation sleeves, the inner side surface of which is covered with thin strips of porous material forming grooves between them and the end face - with a grid of the same strips, the lid of the separation section of the evaporation chamber is covered with togas As for the porous material, the surface of the side walls is covered with a wick, it contains a distribution manifold equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation sleeves and a droplet eliminator, the bottom of the cylindrical distribution section of the condensation chamber is covered with an array of wicks with openings and made with openings to which are connected open the ends are vertical condensation sleeves, in the center of the wick there is a cylindrical tank with perforated walls and a feed pump connected to a power turbine and a distribution manifold in the evaporation chamber, and power turbines are coaxially arranged inside the working chamber [RF Patent No. 2379526, F01K 25/00, F28D 15/02, 2010].

Основными недостатками известного коаксиального мультитеплотрубного двигателя являются соединение камер между собой через кольцевые уплотнения, что ограничивает величину давления пара, при котором работает устройство и снижает его герметичность, невозможность размещения испарительной и конденсационной камер на удалении друг от друга, что ограничивает область применения устройства и, в конечном итоге, уменьшают его надежность и эффективность.The main disadvantages of the known coaxial multi-tube engine are the connection of the chambers to each other through O-rings, which limits the vapor pressure at which the device operates and reduces its tightness, the inability to place the evaporation and condensation chambers at a distance from each other, which limits the scope of the device and, in ultimately, reduce its reliability and efficiency.

Более близким к предлагаемому изобретению является паротурбинная мультитеплотрубная установка, содержащая расположенные по ходу движения пара: испарительную камеру, состоящую из вертикальных испарительных гильз, соединенных открытыми торцами с крышкой сепарационной секции, внутренняя поверхность которых покрыты решеткой из полос пористого материала, причем вверху сепарационной секции расположен распределительный коллектор, снабженный форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы, а снизу помещен каплеотбойник, под которым устроен паровой патрубок соединенный с патрубком входа пара рабочей камеры, выполненной в виде корпуса силовой турбины, внутри которой помещено колесо силовой турбины, насаженное на вал, соединенный снаружи с рабочим органом, патрубок выхода пара соединен с входным патрубком крышки распределительной секции конденсационной камеры, днище которой покрыто массивом фитиля с отверстиями и выполнено также с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами, вертикальные конденсационные гильзы, внутренняя боковая поверхность и торцы которых покрыты решеткой из полос пористого материала, соединенной с массивом фитиля, причем в центре массива фитиля устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками, в котором помещен питательный насос, вал которого соединен коаксиально с валом колеса силовой турбины, а напорный патрубок соединен с распределительным коллектором испарительной камеры [Патент РФ №2449134, F01K 25/00, F28D 15/02, 2012].Closer to the proposed invention is a steam turbine multi-tube installation containing downstream steam: an evaporation chamber consisting of vertical evaporation sleeves connected by open ends to the lid of the separation section, the inner surface of which is covered with a lattice of strips of porous material, with a distribution at the top of the separation section a collector equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation sleeves, and a drop eliminator is placed below, One of which is equipped with a steam nozzle connected to the steam inlet port of the working chamber, made in the form of a power turbine housing, inside of which there is a power turbine wheel mounted on a shaft connected externally to the working body, the steam outlet nozzle is connected to the inlet nozzle of the cover of the distribution section of the condensation chamber, the bottom of which is covered with an array of wick with holes and is also made with holes to which are connected with open ends, vertical condensation sleeves, inner side surface and the ends of which are covered with a lattice of strips of porous material connected to the wick array, and in the center of the wick array there is a cylindrical tank with perforated walls, in which a feed pump is placed, the shaft of which is connected coaxially with the shaft of the power turbine wheel, and the discharge pipe is connected to the distribution manifold the evaporation chamber [RF Patent No. 2449134, F01K 25/00, F28D 15/02, 2012].

Основным недостатком известной паротурбинной мультитеплотрубной установки является необходимость создания значительной поверхности теплопередачи в конденсационной камере и расход большого количества холодной среды с низкой (по сравнению с горячей средой) температурой, что влечет за собой усложнение конструкции устройства, ограничение диапазона его применения и, таким образом, снижает его надежность и эффективность.The main disadvantage of the well-known steam turbine multiteplot tube installation is the need to create a significant heat transfer surface in the condensation chamber and the consumption of a large amount of cold medium with a low (compared to hot medium) temperature, which entails the complication of the design of the device, limiting the range of its use and, thus, reduces its reliability and efficiency.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности мультитеплотрубной паротурбинной установки с капиллярным конденсатором.The technical result, the solution of which the present invention is directed, is to increase the reliability and efficiency of a multi-pipe-tube steam turbine installation with a capillary condenser.

Технический результат достигается в мультитеплотрубной паротурбинной установке с капиллярным конденсатором, содержащей расположенные по ходу движения пара: испарительную камеру, состоящую из вертикальных испарительных гильз, соединенных открытыми торцами с крышкой сепарационной секции, внутренняя поверхность которых покрыта решеткой из полос пористого материала, вверху испарительной камеры расположен распределительный коллектор, снабженный форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы, снизу испарительной камеры помещен каплеотбойник, под которым устроен паровой патрубок; рабочую камеру, соединенную с паровым патрубком и снабженную патрубком выхода пара, внутри которой помещено колесо силовой турбины, насаженное на вал, соединенный снаружи с рабочим органом; конденсационную камеру, соединенную с вышеупомянутым патрубком выхода пара, в центре конденсационной камеры устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками и питательным насосом, вал насоса соединен коаксиально с валом колеса силовой турбины, а напорный патрубок насоса соединен с распределительным коллектором испарительной камеры, при этом днище конденсационной камеры покрыто капиллярным конденсатором, состоящим из уложенных друг на друга перфорированных листов - зоны конденсации, и отдельного слоя пористого лиофильного материала - конденсатного коллектора, перфорированные листы зоны конденсации уложены с зазором между собой, покрыты слоем лиофильного материала или изготовлены из него, отверстия в них выполнены в виде конических капилляров, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров предыдущего листа располагаются против больших отверстий конических капилляров последующего листа, большие отверстия конических капилляров обращены в сторону распределительную секции, в последнем перфорированном листе малые отверстия конических капилляров соприкасаются с пористым материалом конденсатного коллектора, уложенного на внутреннюю поверхность днища конденсационной камеры, в центре капиллярного конденсатора устроено цилиндрическое отверстие, в котором помещены ограничительное кольцо, закрывающее зону конденсации, транспортное кольцо, выполненное из лиофильного пористого материала, соединенное с лиофильным пористым материалом конденсатного коллектора, покрытое цилиндрической обоймой с перфорированными стенками, образующей цилиндрический резервуар.The technical result is achieved in a multiteplot tube steam turbine installation with a capillary condenser containing the steam located in the direction of travel: an evaporation chamber consisting of vertical evaporation sleeves connected by open ends to the lid of the separation section, the inner surface of which is covered with a lattice of strips of porous material, a distribution chamber is located at the top of the evaporation chamber a collector equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation sleeves, below the evaporation chamber s demister placed under which is arranged a steam nozzle; a working chamber connected to the steam nozzle and provided with a steam outlet nozzle, inside which a power turbine wheel is placed, mounted on a shaft connected externally to the working member; a condensation chamber connected to the aforementioned steam outlet pipe, a cylindrical tank with perforated walls and a feed pump is arranged in the center of the condensation chamber, the pump shaft is connected coaxially to the power turbine wheel shaft, and the discharge pipe of the pump is connected to the distribution manifold of the evaporation chamber, while the bottom of the condensation chamber covered with a capillary capacitor, consisting of perforated sheets stacked on top of each other - a condensation zone, and a separate layer of porous lyophilic of the condensate collector material, the perforated sheets of the condensation zone are laid with a gap between each other, covered with a layer of lyophilic material or made of it, the holes in them are made in the form of conical capillaries arranged so that the small holes of the conical capillaries of the previous sheet are located against the large holes of the conical capillaries of the subsequent sheet, large openings of conical capillaries face the distribution section, in the last perforated sheet small openings to The capillaries are in contact with the porous material of the condensate collector laid on the inner surface of the bottom of the condensation chamber, a cylindrical hole is arranged in the center of the capillary condenser, in which a restriction ring is placed covering the condensation zone, a transport ring made of lyophilic porous material connected to the lyophilic porous condensate material collector covered with a cylindrical ferrule with perforated walls forming a cylindrical tank.

На фиг. 1 представлен общий вид, на фиг. 2 - разрез, 3-5 - узлы предлагаемой мультитеплотрубной паротурбинной установки с капиллярным конденсатором (МТТПТУКК).In FIG. 1 is a perspective view; FIG. 2 - section, 3-5 - the nodes of the proposed multi-tube steam turbine installation with a capillary condenser (MTTPTUKK).

МТТПТУКК содержит: расположенные по ходу движения пара: испарительную камеру 1, состоящую из вертикальных испарительных гильз 2, внутренняя боковая поверхность и торцы которых покрыты решеткой из полос пористого материала 3, и соединенных открытыми торцами с крышкой сепарационной секции 4, внутренняя поверхность крышки, боковых стенок и конусного днища которой, покрыта решеткой из полос пористого материала 3, причем вверху секции 4 расположен распределительный коллектор 5, снабженный форсунками 6, размещенными в центре входа в испарительные гильзы 2, а снизу размещен каплеотбойник 7, выполненный в виде вогнутого перфорированного щита, под которым устроен паровой патрубок 8; рабочую камеру 9, выполненную в виде корпуса силовой турбины 10, снабженную патрубком входа пара высокого давления 11, через который она соединяется трубопроводом (на фиг.1-5 не показан) с паровым патрубком 8 испарительной камеры 1, и патрубком выхода отработавшего (мятого) пара 12, внутри которой помещено колесо силовой турбины 13, насаженное на вал 14, соединенный снаружи с рабочим органом (на фиг.1-5 не показан); конденсационную камеру 15, состоящую из распределительной секции 16, крышка которой снабжена входным патрубком отработавшего пара 17, жестко соединенным с патрубком выхода отработавшего пара 12, а днище покрыто капиллярным конденсатором 18, который состоит из уложенных друг на друга нескольких перфорированных листов 19, образующих зону конденсации 20, и слоя пористого лиофильного материала, образующего конденсатный коллектор 21. Перфорированные листы 19 зоны конденсации 20 уложены с зазором 22 между собой, покрыты слоем лиофильного материала 23 или изготовлены из него, большая часть отверстий в них выполнены в виде конических капилляров 24, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров 24 предыдущего листа 19 располагаются против больших отверстий конических капилляров 24 последующего листа 19, при этом большие отверстия конических капилляров 24 первого листа 19 обращены в распределительную секцию 16, в последнем листе 19 малые отверстия конических капилляров 24 соприкасаются с пористым материалом конденсатного коллектора 21, уложенного на внутреннюю поверхность днища конденсационной камеры 15, причем в центре капиллярного конденсатора 18 устроено цилиндрическое отверстие 25, в котором помещены ограничительное кольцо 26, закрывающее зону конденсации 20, транспортное кольцо 27, выполненное из лиофильного пористого материала, соединенное с лиофильным пористым материалом конденсатного коллектора 21, покрытое цилиндрической обоймой с перфорированными стенками 28, образующей цилиндрический резервуар 29, в котором помещен питательный насос 30, ротор которого насажен на вал 31, пропущенный через крышку конденсационной камеры 15 коаксиально валу 14 колеса 13 силовой турбины, и жестко соединенный с ним, а напорный патрубок 32 соединен трубопроводом (на фиг.1-5 не показан).MTTPTUKK contains: located along the steam: the evaporation chamber 1, consisting of vertical evaporation sleeves 2, the inner side surface and the ends of which are covered with a lattice of strips of porous material 3, and connected by open ends to the lid of the separation section 4, the inner surface of the lid, side walls and the conical bottom of which is covered with a lattice of strips of porous material 3, and at the top of section 4 there is a distribution manifold 5, equipped with nozzles 6 located in the center of the entrance to the evaporator e liner 2 and disposed below a demister 7 formed as a concave perforated shield under which is arranged a steam pipe 8; a working chamber 9, made in the form of a power turbine body 10, equipped with a high-pressure steam inlet pipe 11 through which it is connected by a pipe (not shown in Figs. 1-5) to the steam pipe 8 of the evaporation chamber 1, and the exhaust pipe (crumpled) a pair 12, inside which is placed the wheel of the power turbine 13, mounted on a shaft 14, connected externally to the working body (not shown in Figs. 1-5); a condensation chamber 15, consisting of a distribution section 16, the cover of which is provided with an inlet pipe of the exhaust steam 17, rigidly connected to the outlet pipe of the exhaust steam 12, and the bottom is covered with a capillary capacitor 18, which consists of several perforated sheets 19, stacked on top of each other, forming a condensation zone 20, and a layer of porous lyophilic material forming a condensate collector 21. Perforated sheets 19 of the condensation zone 20 are stacked with a gap 22 between themselves, covered with a layer of lyophilic material 23 and and made of it, most of the holes in them are made in the form of conical capillaries 24, arranged so that the small holes of the conical capillaries 24 of the previous sheet 19 are located against the large holes of the conical capillaries 24 of the subsequent sheet 19, while the large holes of the conical capillaries 24 of the first sheet 19 are facing the distribution section 16, in the last sheet 19, the small openings of the conical capillaries 24 are in contact with the porous material of the condensate collector 21 laid on the inner surface the bottom of the condensation chamber 15, and in the center of the capillary condenser 18 there is a cylindrical hole 25 in which a restriction ring 26 is placed covering the condensation zone 20, a transport ring 27 made of a lyophilic porous material connected to a lyophilic porous material of the condensate collector 21, coated with a cylindrical a holder with perforated walls 28, forming a cylindrical tank 29 in which the feed pump 30 is placed, the rotor of which is mounted on the shaft 31, passed through the lid of the cond the sensing chamber 15 coaxially to the shaft 14 of the wheel 13 of the power turbine, and rigidly connected to it, and the discharge pipe 32 is connected by a pipe (not shown in Fig.1-5).

Предлагаемый МТТПТУКК работает следующим образом. Предварительно прикрепляют к неподвижным опорам (на фиг.1-5 не показаны) корпус силовой турбины 10 рабочей камеры 9, которую через патрубок 11, трубопровод (на фиг.1-5 не показан) соединяют с патрубком 8 испарительной камеры 1, а с конденсационной камерой 15, обеспечивая жесткое коаксиальное соединение валов 14 и 22, соединяют через патрубки 12 и 17, причем напорный патрубок 22 конденсационной камеры 15 также соединяют трубопроводом (на фиг.1-5 не показан) с коллектором 5 испарительной камеры 1, а выходной торец вала 14 колеса силовой турбины 13 присоединяют к рабочему органу (электрогенератору, насосу, компрессору и т.д.).The proposed MTTTUKK works as follows. The casing of the power turbine 10 of the working chamber 9 is pre-attached to the fixed supports (not shown in FIGS. 1-5), which is connected through a pipe 11, a pipe (not shown in FIGS. 1-5) to the pipe 8 of the evaporation chamber 1, and to the condensation camera 15, providing a rigid coaxial connection of the shafts 14 and 22, are connected through nozzles 12 and 17, and the discharge pipe 22 of the condensation chamber 15 is also connected by a pipe (not shown in FIGS. 1-5) to the collector 5 of the evaporation chamber 1, and the output end of the shaft 14 wheels of a power turbine 13 are attached to working body (electric generator, pump, compressor, etc.).

Перед началом работы из камер 1, 9, 15 МТТПТУКК удаляют воздух и заполняют фитиль 18, пористый материал решеток 3, цилиндрический резервуар 29, полость питательного насоса 30, напорный трубопровод (на фиг.1-5 не показан) и коллектор 5 рабочей жидкостью, которую выбирают в зависимости от температуры горячей среды и технологических характеристик капиллярного конденсатора 18 (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости (на фиг.1-5 не показаны), после чего МТТПТУКК устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 1 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 15 - с холодной.Before starting work, air is removed from the MTTPTUKK chambers 1, 9, 15 and the wick 18 is filled, the porous material of the grids 3, the cylindrical tank 29, the cavity of the feed pump 30, the pressure pipe (not shown in FIGS. 1-5), and the collector 5 are working fluid, which is selected depending on the temperature of the hot medium and the technological characteristics of the capillary condenser 18 (fittings for venting and supplying the working fluid (not shown in Figs. 1-5), after which MTTTUKK is installed so that the evaporation chamber 1 is in contact with the heat whose medium, and condensation chamber 15 - with cold.

В результате нагрева испарительных гильз 2 испарительной камеры 1 происходит испарение рабочей жидкости с внутренней поверхности испарительных гильз 2, которая подается через коллектор 5 и форсунки 6 под давлением, создаваемым насосом 30, величина которого определяет рабочее давление пара в испарительной камере 1 и разбрызгивается по внутренней поверхности испарительных гильз 2, причем пористый материал решетки 3 предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности стенки и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.22], образуется пар с давлением, равным давлению, развиваемому питательным насосом 30, который, проходя через каплеотбойник 7, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, которые отбрасываются на пористый материал решетки 3, поглощающий эти капли и снова транспортирующий их в зону испарения. Очищенный пар поступает через патрубок 8, трубопровод (на фиг.1-5 не показан) и патрубок 11 в корпус 10 рабочей камеры 9 на лопатки колеса силовой турбины 13, вращает их, сообщает вращательное движение валам 31 и 14 и, соответственно, ротору питательного насоса 30 и вращающий момент М рабочего органа, в результате чего питательный насос 30 перемещает рабочую жидкость и создает требуемое давление в ней, а рабочий орган производит полезную работу. В полости корпуса 10 рабочей камеры 9 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.331], после чего отработавший мятый пар поступает через патрубки 12 и 17 в конденсационную камеру 15, давление в которой значительно меньше, чем в испарительной камере 1. В конденсационной камере 15 процесс конденсации пара осуществляется в капиллярном конденсаторе 18, в основу работы которого положены особенности движения жидкости (пара) в конических капиллярах, а именно: движение осуществляется от большего сечения к меньшему, при этом в широкой части капилляра происходит испарение жидкости, в узкой части капилляра - конденсация пара [Лыков А.В. Тепломассообмен: (Справочник). 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергия, 1978, с.365, 366; Ежов B.C. Снижение расхода охлаждающей воды на конденсацию отработавшего пара турбин. Промышленная энергетика. №8, 2013. С.25-27]. Пар при температуре, близкой к температуре насыщения, поступает в большие отверстия конических капилляров 24 первого листа 19 капиллярного конденсатора 18, в которых под действием капиллярных сил перемещается к их малым отверстиям, где происходит его частичная конденсация с выделением тепла конденсации Q_r1. Мениски образовавшейся жидкости в капиллярах 24 соприкасаются с лиофильным материалом 23, распределяются на его поверхности, благодаря зазорам 22 и поверхности слоя лиофильного материала 23 следующего листа 19, откуда попадают в большие отверстия его капилляров 24, куда также поступает несконденсировавшийся пар из предыдущего листа 19. В больших отверстиях конических капилляров 24 происходит частичное испарение образовавшейся жидкости в конических капиллярах 24, на которое используется тепло конденсации Q_r1 предыдущего листа 19 и тепло самого пара, парожидкостная смесь под действием капиллярных сил перемещается к малым отверстиям конических капилляров 24, где также происходит частичная конденсация меньшего количества пара с выделением уже меньшего количества тепла Q_r2. Образовавшаяся жидкость, как и в первом листе 19, распределяется по поверхности лиофильного материала 23 в зазорах 22 следующего листа 19, смешивается с несконденсировавшимся паром, поступающим из конических капилляров 24 предыдущего листа 9 и процесс повторяется аналогично вышеописанному во всех последующих листах 19. Количество конденсата, транспортируемого с паром по коническим капиллярам 24 листов 19, увеличивается по мере перемещения от одного листа 19 к другому, а количество пара, соответственно, уменьшается. Аналогично этому количество тепла конденсации Q_ri также уменьшается по мере перемещения парожидкостной смеси от одного листа 9 к другому, так как энергия большей части этого тепла тратится на создание поверхности жидкости на гидрофильной поверхности 23 листов 19, капиллярных сил, взаимное фазовое превращение и преодоление сил трения при перемещении парожидкостной смеси по капиллярам 24. В результате многократного повторения вышеописанных процессов в конденсационной зоне 20 капиллярного конденсатора 18 тепло конденсации отработавшего пара, поступающего в конденсационную камеру 15, тратится на проведение этих процессов испарения и конденсации, а сам процесс конденсации пара в капиллярном конденсаторе 18 происходит без использования хладоагента (холодной среды). По мере перемещения парожидкостной смеси от одного листа 19 к другому влагосодержание ее увеличивается и при достижении последнего листа 19 по ходу пара конденсат из малых отверстий конических капилляров 14 распределяется по порам лиофильного пористого материала конденсатного коллектора 21, транспортного кольца 27, выполненного также из лиофильного пористого материала, откуда за счет капиллярных сил и под действием сил тяжести через отверстия в цилиндрической перфорированной обойме 28 поступает в цилиндрический резервуар 29, откуда конденсат (рабочая жидкость) питательным насосом 30 через напорный патрубок 32 и трубопровод (на фиг.1-5 не показан) подается в коллектор 6 и форсунки 7 испарительной камеры 1, где происходит вышеописанный процесс испарения и цикл повторяется.As a result of heating the evaporation sleeves 2 of the evaporation chamber 1, the working fluid evaporates from the inner surface of the evaporation sleeves 2, which is supplied through the manifold 5 and nozzle 6 under the pressure created by the pump 30, the value of which determines the working pressure of the vapor in the evaporation chamber 1 and is sprayed on the inner surface evaporation sleeves 2, and the porous material of the lattice 3 prevents the formation of a vapor film on the inner surface of the wall and, thus, intensifies the evaporation process [Heat pipes and heat exchangers: from science to practice. Collection of scientific tr - M .: 1990, p.22], steam is formed with a pressure equal to the pressure developed by the feed pump 30, which, passing through the droplet eliminator 7, is freed from entrained drops of the working fluid, which are discarded on the porous material of the grating 3, absorbing these drops and transporting them again to the evaporation zone. The cleaned steam enters through the pipe 8, the pipeline (not shown in Figs. 1-5) and the pipe 11 into the housing 10 of the working chamber 9 on the blades of the wheel of the power turbine 13, rotates them, imparts a rotational movement to the shafts 31 and 14 and, accordingly, to the feed rotor the pump 30 and the torque M of the working body, as a result of which the feed pump 30 moves the working fluid and creates the required pressure in it, and the working body does useful work. In the cavity of the housing 10 of the working chamber 9, isentropic heat loss of steam occurs with a simultaneous decrease in its temperature and pressure [I.N. Sushkin. Heat engineering. - M .: Metallurgy, 1973, p.331], after which the spent crushed steam enters through the nozzles 12 and 17 into the condensation chamber 15, the pressure of which is much less than in the evaporation chamber 1. In the condensation chamber 15, the process of steam condensation is carried out in capillary condenser 18, which is based on the features of the movement of liquid (steam) in conical capillaries, namely: the movement is from a larger section to a smaller one, while in the wide part of the capillary the liquid evaporates, in the narrow part of the capillary - condensate steam generation [Lykov A.V. Heat and mass transfer: (Reference). 2nd ed., Revised. and add. -M .: Energy, 1978, p. 365, 366; Ezhov BC Reduced cooling water consumption for condensation of exhaust turbine steam. Industrial power. No. 8, 2013. S.25-27]. Steam at a temperature close to the saturation temperature enters the large openings of the conical capillaries 24 of the first sheet 19 of the capillary capacitor 18, in which, under the action of capillary forces, it moves to their small openings, where it partially condenses with the release of condensation heat Q _r1 . The menisci of the formed liquid in the capillaries 24 are in contact with the lyophilic material 23, distributed on its surface, thanks to the gaps 22 and the surface of the layer of lyophilic material 23 of the next sheet 19, from where they enter the large openings of its capillaries 24, which also receives non-condensed vapor from the previous sheet 19. B large holes tapered capillaries 24 is a partial evaporation of the liquid formed in the tapered capillaries 24, which is used for the heat of condensation Q _r1 preceding sheet 19 and the heat of ara, vapor-liquid mixture by capillary action moves to the small holes 24 of tapered capillaries, which also occurs partial condensation of the smaller amount of steam with the release has a smaller amount of heat Q _r2. The liquid formed, as in the first sheet 19, is distributed over the surface of the lyophilic material 23 in the gaps 22 of the next sheet 19, is mixed with non-condensing vapor coming from the conical capillaries 24 of the previous sheet 9 and the process is repeated similarly to that described in all subsequent sheets 19. The amount of condensate, 24 sheets 19 transported with steam through conical capillaries increases as one moves from one sheet 19 to another, and the amount of steam decreases accordingly. Similarly, the amount of condensation heat Q _ri also decreases as the vapor-liquid mixture moves from one sheet 9 to another, since the energy of most of this heat is spent on creating a liquid surface on the hydrophilic surface of 23 sheets 19, capillary forces, mutual phase transformation and overcoming friction forces when moving the vapor-liquid mixture through the capillaries 24. As a result of repeated repetition of the above processes in the condensation zone 20 of the capillary condenser 18, the heat of condensation of the exhaust steam entering the condensation chamber 15 is spent on carrying out these processes of evaporation and condensation, and the process of vapor condensation in the capillary condenser 18 occurs without the use of a refrigerant (cold medium). As the vapor-liquid mixture moves from one sheet 19 to another, its moisture content increases and upon reaching the last sheet 19 along the steam, the condensate from the small openings of the conical capillaries 14 is distributed over the pores of the lyophilic porous material of the condensate collector 21, the transport ring 27, also made of lyophilic porous material from where due to capillary forces and under the action of gravity through holes in a cylindrical perforated holder 28 it enters into a cylindrical tank 29, from where al (working fluid) supply pump 30 through the discharge port 32 and conduit (not shown in Figures 1-5) is applied to the collector 6 and the injector 7, the vaporization chamber 1, where the above-described process of evaporation and the cycle is repeated.

Количество листов 19 в капиллярном конденсаторе 18 принимают таким, чтобы обеспечить конденсацию всего отработавшего пара, поступившего в конические капилляры 24. Удельное количество (n), диаметр и длину (толщину листов 19) конических капилляров 24 (d и 1), ширину зазора 22 Δ между пластинами 19 определяют опытным путем. Толщину коллектора конденсата 21 (δ) определяют из условий поглощения всего образовавшегося конденсата также опытным путем. Лиофильный материал 23 выбирается из условий его сродства к конденсату отработавшего пара.The number of sheets 19 in the capillary condenser 18 is taken so as to ensure condensation of all the exhaust vapor entering the conical capillaries 24. The specific number (n), diameter and length (thickness of the sheets 19) of the conical capillaries 24 (d and 1), the gap width is 22 Δ between the plates 19 is determined empirically. The thickness of the condensate collector 21 (δ) is also determined experimentally from the absorption conditions of the entire condensate formed. The lyophilic material 23 is selected from the conditions of its affinity for the condensate of the exhaust steam.

Таким образом, устройство мультитеплотрубной паротурбинной установки с капиллярным конденсатором обеспечивает снижение удельного расхода металла на создание теплообменных поверхностей и упрощение ее конструкции за счет отсутствия конденсационных гильз в конденсационной камере, возможность ее работы без использования холодной среды (хладоагента), что упрощает конструкцию устройства и увеличивает диапазон его применения и, в конечном итоге, повышает его надежность и эффективность.Thus, the device of a multiteplot tube steam turbine installation with a capillary condenser reduces the specific metal consumption for creating heat transfer surfaces and simplifies its design due to the absence of condensation sleeves in the condensation chamber, the possibility of its operation without the use of a cold medium (refrigerant), which simplifies the design of the device and increases the range its application and, ultimately, increases its reliability and effectiveness.

Claims

A multi-tube steam turbine installation with a capillary condenser, comprising: steam chamber, consisting of vertical evaporation sleeves connected by open ends to the lid of the separation section, the inner surface of which is covered with a grid of strips of porous material, at the top of the vapor chamber there is a distribution manifold equipped with nozzles placed in the center of the entrance to the evaporation sleeves, a drop eliminator is placed below the evaporation chamber, under which arranged steam nozzle; a working chamber connected to the steam nozzle and provided with a steam outlet nozzle, inside which a power turbine wheel is placed, mounted on a shaft connected externally to the working member; a condensation chamber connected to the aforementioned steam outlet pipe, a cylindrical tank with perforated walls and a feed pump is arranged in the center of the condensation chamber, the pump shaft being connected coaxially to the power turbine wheel shaft, and the discharge pipe of the pump connected to the distribution manifold of the evaporation chamber, characterized in that the bottom of the condensation chamber is covered with a capillary condenser, consisting of perforated sheets stacked on top of each other - the condensation zone, and a separate layer porous lyophilic material - condensate collector, perforated sheets of the condensation zone are laid with a gap between each other, covered with a layer of lyophilic material or made of it, the holes in them are made in the form of conical capillaries arranged so that the small holes of the conical capillaries of the previous sheet are located against large holes conical capillaries of the subsequent sheet, large openings of conical capillaries face the distribution section, in the last perforated sheet e small openings of the conical capillaries are in contact with the porous material of the condensate collector laid on the inner surface of the bottom of the condensation chamber, a cylindrical hole is arranged in the center of the capillary condenser, in which a restriction ring is placed covering the condensation zone, a transport ring made of lyophilic porous material connected to the lyophilic material porous material of the condensate manifold, covered with a cylindrical ferrule with perforated walls forming a cylinder cal tank.