RU2659683C2 - Объемная паровая машина для минитэц - Google Patents
Объемная паровая машина для минитэц Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659683C2 RU2659683C2 RU2016136563A RU2016136563A RU2659683C2 RU 2659683 C2 RU2659683 C2 RU 2659683C2 RU 2016136563 A RU2016136563 A RU 2016136563A RU 2016136563 A RU2016136563 A RU 2016136563A RU 2659683 C2 RU2659683 C2 RU 2659683C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- water
- ejector
- mixer
- hydraulic motor
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике. В паровую машину, содержащую блок двигателя с паровыми цилиндрами, поршнями и золотниковым распределителем пара, подводимого из внешнего парового котла по распределительной сети, электрический генератор, дополнительно вводят блок поршней для перекачки воды, эжектор-смеситель и гидромотор. Дополнительный гидравлический блок соединен по входу с магистралью воды, первый выход его с водой высокого давления подключен к гидромотору, вращение которого передается электрогенератору, вырабатывающему основную часть электроэнергии, а со второго выхода дополнительного блока отработанный пар поступает на вход эжектора-смесителя, на другой вход которого подается отработанная вода с гидромотора. Подогретая и получившая дополнительную кинетическую энергию вода проходит через батарею-конденсатор в магистраль. Батарея-конденсатор используется для целей теплоснабжения. Для выработки дополнительной электроэнергии используется теплоаккумулятор, подключенный параллельно батарее-конденсатору, теплообменник которого включен в замкнутый контур низкокипящего рабочего тела, а турбина контура соединена с дополнительным электрогенератором. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования пара. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к паровым двигателям низкого и среднего давления, преимущественно в теплотехнике, используемых в разных технологических процессах, связанных с необходимостью редукции пара и выработки при этом электрической энергии.
Исторически известны машины [1], в которых тепловая энергия превращается в механическую за счет давления атмосферы при создании с помощью пара разряжения воздуха в цилиндрах.
Эти машины имели незначительную мощность и малый КПД, поэтому в процессе технической эволюции были заменены поршневыми локомобилями и паровозами, использующими относительно высокое давление пара [2].
Локомобили [3] и паровозы имели агрегатированные топки, котлы, цилиндро-поршневые и кривошипные системы для преобразования давления пара в механическое движение. При давлении пара около 15 атмосфер КПД одного из лучших паровозов «ФД» не достигал 9%.
В связи с изложенным, делались неоднократные попытки усовершенствовать конструкцию паровых двигателей. Например, в паровом двигателе [4] автора Никулина А.О. проводился разогрев непосредственно днищ цилиндров с последующим впрыском воды для образования пара, перемещающего поршни в цилиндрах. Данный двигатель имел еще меньший КПД.
Однако и в настоящее время делаются попытки разработать более современные двигатели [5, 6] на низкие и средние давления пара, который в промышленных установках, как правило, не используется и выбрасывается в атмосферу.
Отечественная промышленность подобные паровые двигатели не выпускает. Паровые локомобили [3], производимые до 50-х годов прошлого столетия могли бы сегодня широко использоваться на отдаленных территориях страны, располагающих местным топливом: древесина, торф, уголь.
Наиболее современными подобными машинами являются «Паровые двигатели РМ-VS» (прототип), выпускаемые чешской фирмой PolyComp, a.s. [7].
Данный двигатель (приложение к заявке) является объемной паровой машиной, состоящей из блоков двигателя, цилиндров, поршней и золотникового распределителя пара. Двигатель РМ-VS посредством кривошипно-шатунного механизма соединен с генератором электроэнергии.
По сравнению с паровыми турбинами данный паровой двигатель более выгодно перерабатывает меньший объем пара при большем перепаде давления. При эксплуатации парового двигателя достаточно иметь насыщенный водяной пар, который часто используется в разных технологических процессах.
Недостатком данного парового двигателя является наличие кривошипа, преобразующего поступательное движение поршней во вращательное вала, и, в связи с этим, значительные потери на боковые трения поршней о стенки цилиндров.
Кроме того, не вся энергия пара превращается в электроэнергию, так как его значительная часть поступает на конденсацию.
Известны также не имеющие кривошипов двухпоршневые прямодействующие паровые насосы двойного действия, выпускаемые ПАО Свесским насосным заводом [8]. Данные насосы, кроме блока паровых поршней имеют дополнительный блок поршней для перекачки воды, взаимодействующие между собой общими штоками для паровой и гидравлической частями насоса.
Такого рода парогидравлические насосы целесообразно использовать в объемных паровых машинах для мини-ТЭЦ, так как отсутствует кривошип, причем перекачиваемую жидкость (воду), плотность которой значительно больше плотности насыщенного водяного пара, направить в гидромотор, а энергию отработанного пара после паровых цилиндров тоже использовать на подогрев перекачиваемой воды.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков паровых двигателей, оснащенных кривошипами-преобразователями линейного перемещения поршней во вращательное движение вала и улучшение их технических характеристик.
Технические преимущества заявленного технического решения по сравнению с прототипом следующие:
- исключен кривошип, вследствие чего уменьшены боковое давление и трение на стенки цилиндров;
- энергия отработанного пара в паровых цилиндрах насоса использована на разгон и нагрев воды в эжекторе-смесителе;
- энергия воды высокого давления, перекачиваемой в гидравлических цилиндрах насоса, и имеющая большую плотность, чем плотность насыщенного пара, использована в гидромоторе;
- остаточная тепловая энергия после эжектора-смесителя используется в батарее-конденсаторе для обогрева в холодный период года либо подключается контур низкокипящего рабочего тела для выработки дополнительной электроэнергии.
Это достигается тем, что в объемную паровую машину для мини-ТЭЦ, содержащую магистраль воды, блок двигателя с паровыми цилиндрами, поршнями и золотниковым распределителем пара, подводимого из внешнего парового котла по распределительной сети, и электрический генератор с приводом от поршней машины, причем в качестве двигателя применен паровой поршневой насос с дополнительным блоком поршней для перекачки воды, также дополнительно введены эжектор-смеситель и гидромотор, дополнительный блок соединен по входу с магистралью воды, выход его с водой высокого давления подключен к гидромотору, соединенному с электрогенератором, выход блока с отработанным паром от паровых цилиндров подключен к одному входу эжектора-смесителя, на другой вход эжектора-смесителя подключен выход отработанной воды гидромотора, а выход эжектора-смесителя соединен с магистралью воды через батарею-конденсатор.
Кроме того, заявленные технические преимущества достигаются также тем, что дополнительно введен замкнутый контур низкокипящего рабочего тела, состоящий из последовательно соединенных теплообменника теплового аккумулятора, паровой турбины, конденсатора, циркуляционного насоса и ресивера, причем тепловой аккумулятор подключен параллельно батарее-конденсатору, а вал паровой турбины соединен с дополнительным электрогенератором.
На чертеже изображена схема объемной паровой машины для мини-ТЭЦ.
Объемная паровая машина 1 (на чертеже выделена штрихпунктирной линией) использует в рабочем цикле паровой насос 2, вход которого по пару подключен к внешнему паровому котлу (парогенератору) 3, вход по воде - к магистрали 4, а его выход воды высокого давления - к гидромотору 5, выходной вал последнего соединен с электрогенератором 6. Отработанный пар с выхода парового насоса подается на вход эжектора-смесителя 7, на другой вход которого поступает отработанная вода с гидромотора, а выход эжектора-смесителя через вентиль 8 подключен к батарее-конденсатору 9, соединенной с магистралью воды. Через дополнительный вентиль 10 параллельно батарее-конденсатору подключен теплоаккумулятор 11, теплообменник 12 которого включен в последовательный замкнутый контур низкокипящего рабочего тела: паровая турбина 13, конденсатор 14, циркуляционный насос 15 и ресивер 16, причем к валу паровой турбины присоединен дополнительный электрогенератор 17, а на пополнение водой паровой машины из магистрали включен вентиль 18.
Объемная паровая машина для мини-ТЭЦ работает следующим образом.
Насыщенный пар низкого или среднего давления поступает от какого либо внешнего источника, например от парового котла 3, на блок паровых поршней насоса 2, а на блок поршней для перекачки вода поступает из магистрали 1. Блок паровых поршней связан с блоком поршней для перекачки воды общими прямыми штоками и передает давление пара при отсутствии кривошипа непосредственно на создание давления перекачиваемой воды, поступающей затем на вход гидромотора 5. В качестве последнего также может быть использован роликолопастной расходомер [9, 10]. К выходу гидромотора подключен электрогенератор 6, вырабатывающий в сеть основной объем электроэнергии.
Отработанный пар (на чертеже: «отр. пар») с блока паровых поршней насоса 2 поступает на один вход эжектора-смесителя 7, на другой вход которого поступает отработанная вода (на чертеже: «отр. вода») с гидромотора 5, а с выхода эжектора-смесителя 7 подогретая и получившая дополнительную кинетическую энергию вода через вентиль 8 поступает в батарею-конденсатор 9 и далее в магистраль. В качестве батареи-конденсатора может в зимний период использоваться батарея отопления у потребителей тепловой энергии. В летний период, когда отсутствует потребность в отоплении или при необходимости увеличения количества вырабатываемой электроэнергии, параллельно батарее-конденсатору 9 через вентиль 10 подключают теплоаккумулятор 11, теплообменник 12 которого включен в замкнутый контур низкокипящего рабочего тела (фреон, изобутан и т.п.). Рабочее тело испаряется в теплообменнике 12, поступает на турбину 13, с вала которой снимается механическая энергия на вращение электрогенератора 17, вырабатывающего в сеть потребителя дополнительный объем электроэнергии. С выхода турбины 13 пар низкокипящего рабочего тела поступает в конденсатор 14, где конденсируется в жидкость, и далее через циркуляционный насос 15 и ресивер 16 возвращается в теплообменник 12.
Ресивер необходим в связи с высокой текучестью и высокой стоимостью рабочего тела и, поскольку давление в замкнутом контуре выше атмосферного, то во избежание потерь при ремонтах его собирают в ресивере.
Предлагаемая паровая машина для мини-ТЭЦ в комплекте с паровым котлом может найти широкое применение для отдаленных территорий страны, не имеющих централизованных электрических сетей и располагающих местными топливными ресурсами.
Это оборудование может послужить альтернативой локомобилям, которые промышленность в настоящее время не выпускает.
Кроме того, предлагаемая паровая машина может повысить энергоэффективность ряда промышленных технологий, не использующих по прямому назначению пар низкого и среднего давления, который бесполезно выбрасывается в атмосферу.
Например, на заводах железобетонных изделий применяют технологию пропаривания сырых залитых в формы блоков, колонн, стеновых панелей и др. Для этого пар от паровых котлов 12…15 атмосфер редуцируют для пропаривания данных изделий до 3…4 атмосфер.
На некоторых производствах, где по технологии необходим пар высокого давления, но возникает необходимость обеспечить теплоснабжение объекта или населенного пункта, также применяют редуцирование пара, вместо того, чтобы полезно энергетически использовать перепад давлений для выработки дополнительной электроэнергии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Моравский А.В. Огонь в упряжке, или как изобретают тепловые двигатели. М., 1990, с. 20, рис. 5.
2. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника. М., 1980, с. 443.
3. Гаркуша Г.Н. Теория конструирования и расчета локомобиля. М., 1952.
4. Никулин А.О. Паровой двигатель. Патент СССР №12327, кл. 14а, 9 от 5.03.1928.
5. Жигалов В.А. Руководство к использованию паровых машин. «Промышленная энергетика», 2005, №6, с. 20.
6. Некрасов В.Г. К вопросу о применении паровых машин. «Промышленная энергетика», 2004, №7, с. 55.
7. Паровой двигатель (прототип). [Электронный ресурс] : www.Polycomp.cz. (приложение к заявке, 1 стр.). PolyComp a.s. Na Hrazce 22, 29001 Podebrady Czech Republic.
8. Насосы паровые поршневые ПДГ и ПДВ. [Электронный ресурс] www.snz-nasos.ru;
www.snz.com.ua. (приложение к заявке, 1 стр.)
9. Домогацкий В.В., Левченко И.В. Ролико-лопастная машина. Патент РФ №2230194, кл. F01c 1/14.
10. Роторные расходомеры «Норд» [электронный ресурс] http//npopramen.ru.
11. Турмов Г.П., Туркеев В.В. Тепловой двигатель. Патент РФ №2503847, кл. F03G 7/06.
12. Подлисецкий А.С. Энергетическая установка. Патент Украины. UA 91126, 2010.
13. Дунаевский С.Н. Способ преобразования в механическую работу всего тепла, полученного рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, получаемого от вещества окружающей среды, и устройство для его осуществления. Патент РФ №2101521, кл. F02B 75/02.
Claims (2)
1. Объемная паровая машина для мини-ТЭЦ, содержащая магистраль воды, блок двигателя с паровыми цилиндрами, поршнями и золотниковым распределителем пара, подводимого из внешнего парового котла по распределительной сети, электрический генератор, отличающаяся тем, что содержит дополнительный блок поршней для перекачки воды, эжектор-смеситель и гидромотор, причем дополнительный блок поршней соединен по входу с магистралью воды, выход его с водой высокого давления подключен к гидромотору, соединенному с электрогенератором, выход отработанного пара от паровых цилиндров подключен к входу эжектора-смесителя, на другой вход эжектора-смесителя подключен выход отработанной воды гидромотора, а выход эжектора-смесителя соединен с магистралью воды через батарею-конденсатор.
2. Объемная паровая машина для мини-ТЭЦ по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно введен замкнутый контур низкокипящего рабочего тела, состоящий из последовательно соединенных теплообменника теплового аккумулятора, паровой турбины, конденсатора, циркуляционного насоса и ресивера, причем тепловой аккумулятор подключен параллельно батарее-конденсатору, а вал паровой турбины соединен с дополнительным электрогенератором.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136563A RU2659683C2 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Объемная паровая машина для минитэц |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136563A RU2659683C2 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Объемная паровая машина для минитэц |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016136563A3 RU2016136563A3 (ru) | 2018-03-15 |
| RU2016136563A RU2016136563A (ru) | 2018-03-15 |
| RU2659683C2 true RU2659683C2 (ru) | 2018-07-03 |
Family
ID=61627337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136563A RU2659683C2 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Объемная паровая машина для минитэц |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659683C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU12327A1 (ru) * | 1928-03-05 | 1929-12-31 | А.О. Никулин | Паровой двигатель |
| RU2224134C2 (ru) * | 2001-09-20 | 2004-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Управление государственного энергетического надзора по Байкальскому региону" | Водяной двигатель |
| UA91126C2 (en) * | 2008-10-01 | 2010-06-25 | Александр Семенович Подлисецкий | Power unit |
| RU2503847C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Тепловой двигатель |
-
2016
- 2016-09-12 RU RU2016136563A patent/RU2659683C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU12327A1 (ru) * | 1928-03-05 | 1929-12-31 | А.О. Никулин | Паровой двигатель |
| RU2224134C2 (ru) * | 2001-09-20 | 2004-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Управление государственного энергетического надзора по Байкальскому региону" | Водяной двигатель |
| UA91126C2 (en) * | 2008-10-01 | 2010-06-25 | Александр Семенович Подлисецкий | Power unit |
| RU2503847C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Тепловой двигатель |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Паровой двигатель, Электронный ресурс, www. Polycomp. cz., 2006, c. 3. ЖИГАЛОВ В.А. Руководство к использованию паровых машин, Промышленная энергетика, N 6, 2005, c. 20. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016136563A3 (ru) | 2018-03-15 |
| RU2016136563A (ru) | 2018-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mamasaliev | Theoretical Foundations of Energy Saving | |
| RU2659683C2 (ru) | Объемная паровая машина для минитэц | |
| CN104481613B (zh) | 一种低品位热能再热循环利用双驱发电机发电系统 | |
| CN105484811B (zh) | 一种低温热流体回收利用系统 | |
| CN101600855B (zh) | 用于产生混合蒸汽的方法 | |
| CN103758595A (zh) | 多压补汽式低沸点有机工质朗肯循环系统 | |
| CN103790793A (zh) | 海洋热能开式循环发电系统 | |
| Müller et al. | Experimental investigation of the atmospheric steam engine with forced expansion | |
| Xiao et al. | Slag-washing water of blast furnace power station with supercritical organic Rankine cycle | |
| RU2015107419A (ru) | Паротурбинная аэс | |
| SK279395B6 (sk) | Jednotný energetický blok | |
| Muller et al. | Comparative analysis of ORC and condensing heat engines for low grade waste heat recovery | |
| CN105464729A (zh) | 烟气和热流体余热回收利用系统 | |
| Luo et al. | Energy efficiency comparison between geothermal power systems | |
| CN203925628U (zh) | 一种利用鱼品解冻冷能和干燥鱼片废气发电的装置 | |
| Müller | The atmospheric steam engine as energy converter for low and medium temperature thermal energy | |
| Kim | Theoretical characteristics of thermodynamic performance of combined heat and power generation with parallel circuit using organic Rankine cycle | |
| RU145195U1 (ru) | Тепловая электрическая станция | |
| CN204152571U (zh) | 汽轮机余热发电装置 | |
| Vedran et al. | Energy evaluation of a steam turbine from solar-based combined cycle power plant | |
| CN202745953U (zh) | 一种发电循环机组 | |
| CN204691838U (zh) | 低温热能发电装置 | |
| RU2496993C2 (ru) | Двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую энергию | |
| Muller | The condensing cycle for heat engines with operating temperatures from 50 to 100C | |
| RU72725U1 (ru) | Электрическая станция |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180913 |