RU52931U1

RU52931U1 - CLOSED STEAM TURBINE INSTALLATION ON LOW-BOILING SUBSTANCES

Info

Publication number: RU52931U1
Application number: RU2005123893/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Киченков
Original assignee: Александр Николаевич Киченков
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Полезная модель относится к теплосиловым установкам, в частности, к паросиловым, работающим на низкокипящих веществах установках. Задачей полезной модели является создание паротурбинной установки, работающей за счет тепловой энергии окружающей среды и уменьшение потерь на привод компрессора. Замкнутая паротурбинная установка содержит турбину 1 первой ступени, связанную последовательно через паропровод 2 с отделителем жидкости 3, с компрессором 4, с противоточным регенеративным теплообменником 5, с турбиной 6 второй ступени, с промежуточным сосудом 7 и вновь с отделителем жидкости 3. кроме того, отделитель жидкости 3 дополнительно соединен через трубопровод 8 с промежуточным сосудом 7, с насосом 9, с противоточным регенеративным теплообменником 5. с подогревателем 10 и с турбиной 1 первой ступени. При этом вал турбины 1 первой ступени соединен с валом электрогенератора 11, а вал турбины 6 второй ступени соединен с валом электрогенератора 12. Таким образом, при температуре выше 20°С эта установка может работать без топлива, то есть летом она может работать за счет тепловой энергии окружающей среды, кроме того если двуокись углерода заменить на зимнее рабочее вещество, например, на криптон, то она будет работать без топлива и зимой.The utility model relates to heat power plants, in particular to steam power plants operating on low-boiling substances plants. The objective of the utility model is to create a steam turbine unit operating due to the thermal energy of the environment and to reduce losses on the compressor drive. The closed steam turbine installation comprises a turbine 1 of the first stage, connected in series through the steam line 2 with a liquid separator 3, with a compressor 4, with a counterflow regenerative heat exchanger 5, with a turbine 6 of the second stage, with an intermediate vessel 7 and again with a liquid separator 3. In addition, the separator liquid 3 is additionally connected through a pipe 8 with an intermediate vessel 7, with a pump 9, with a counterflow regenerative heat exchanger 5. with a heater 10 and with a turbine 1 of the first stage. In this case, the shaft of the turbine 1 of the first stage is connected to the shaft of the electric generator 11, and the shaft of the turbine 6 of the second stage is connected to the shaft of the electric generator 12. Thus, at a temperature above 20 ° C this installation can work without fuel, that is, in summer it can work due to heat environmental energy, in addition, if carbon dioxide is replaced with a winter working substance, for example, krypton, then it will work without fuel in the winter.

Description

Полезная модель относится к теплосиловым установкам, в частности, к паросиловым, работающим на низкокипящих веществах.The utility model relates to heat power plants, in particular to steam power plants operating on low boiling substances.

Известна паросиловая установка с промежуточным перегревом пара, содержащая паровой котел, пароперегреватель, конденсатор, насос и две отдельные турбины - высокого и низкого давления, размещенные на одном валу, соединенном с электрогенератором (см., например, в книге В.А.Кирилин и др. Техническая термодинамика. Москва. Энергоатомиздат. 1983. стр.314-315).Known steam power installation with intermediate steam overheating, containing a steam boiler, superheater, condenser, pump and two separate turbines - high and low pressure, placed on one shaft connected to an electric generator (see, for example, in the book of V.A. Kirilin et al. Technical Thermodynamics, Moscow, Energoatomizdat. 1983. p. 314-315).

Однако эта установка имеет низкий КПД.However, this installation has a low efficiency.

Известна также ожижительная установка, работающая по методу Клода, содержащая компрессор, детандер, противоточный регенеративный теплообменник, электрогенератор и трубопровод (см., например, в книге В.А.Кириллин и др. Техническая термодинамика. Москва. Энергоатомиздат. 1983. стр.370-371).Also known is a liquefaction plant operating according to the Claude method, containing a compressor, an expander, a counterflow regenerative heat exchanger, an electric generator and a pipeline (see, for example, in the book of V.A. Kirillin and other Technical Thermodynamics. Moscow. Energoatomizdat. 1983. p. 370 -371).

Однако, согласно второму закону термодинамики непрерывное искусственное охлаждение не может происходить без затраты энергии.However, according to the second law of thermodynamics, continuous artificial cooling cannot occur without energy consumption.

Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является замкнутая паротурбинная установка на низкокипящих веществах, содержащая турбину, регенеративный подогреватель, компрессор, трубопровод, паропровод, конденсатор, насос (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №182739, МПК F 01 K 25/10, 1966 г.).The closest analogue adopted for the prototype is a closed steam turbine installation on low-boiling substances, containing a turbine, regenerative heater, compressor, pipeline, steam pipe, condenser, pump (see, for example, the description of the invention to the USSR copyright certificate No. 182739, IPC F 01 K 25 / 10, 1966).

Однако, эта установка даже летом не может работать без топлива, так как температура окружающей среды, как правило, ниже 40°С, в то же время согласно первому закону термодинамики энергия может превращаться из одного вида в другой.However, even in summer this installation cannot work without fuel, since the ambient temperature is usually lower than 40 ° С, at the same time, according to the first law of thermodynamics, energy can be converted from one type to another.

Задачей полезной модели является создание паротурбинной установки, работающей за счет тепловой энергии окружающей среды и уменьшение потерь на привод компрессора.The objective of the utility model is to create a steam turbine unit operating due to the thermal energy of the environment and to reduce losses on the compressor drive.

Это достигается тем, что турбина первой ступени через паропровод последовательно связана с отделителем жидкости, с компрессором, с противоточным регенеративным теплообменником, с турбиной второй ступени с промежуточным сосудом и вновь с отделителем жидкости, кроме того, отделитель жидкости дополнительно соединен через трубопровод с промежуточным сосудом, с насосом, с противоточным регенеративным теплообменником, с подогревателем и с турбиной первой ступени.This is achieved by the fact that the turbine of the first stage through the steam line is connected in series with the liquid separator, with the compressor, with a counterflow regenerative heat exchanger, with the second stage turbine with an intermediate vessel and again with the liquid separator, in addition, the liquid separator is additionally connected through the pipeline to the intermediate vessel, with a pump, with a counterflow regenerative heat exchanger, with a heater and with a turbine of the first stage.

На чертеже представлена схема паротурбинной установки, работающей на холодных парах двуокиси углерода.The drawing shows a diagram of a steam turbine plant operating on cold vapors of carbon dioxide.

Замкнутая паротурбинная установка содержит турбину 1 первой ступени, связанную последовательно через паропровод 2 с отделителем жидкости 3, с компрессором 4, с противоточным регенеративным теплообменником 5, с турбиной 6 второй ступени, с промежуточным сосудом 7 и вновь с отделителем жидкости 3, кроме того, отделитель жидкости 3 дополнительно соединен через трубопровод 8 с промежуточным сосудом 7, с насосом 9, с противоточным регенеративным теплообменником 5, с подогревателем 10 и с турбиной 1 первой ступени. При этом вал турбины 1 первой ступени соединен с валом электрогенератора 11, а вал турбины 6 второй ступени соединен с валом электрогенератора 12.The closed steam turbine installation comprises a turbine 1 of the first stage, connected in series through a steam line 2 with a liquid separator 3, with a compressor 4, with a counterflow regenerative heat exchanger 5, with a turbine 6 of the second stage, with an intermediate vessel 7 and again with a liquid separator 3, in addition, a separator liquid 3 is additionally connected through a pipe 8 with an intermediate vessel 7, with a pump 9, with a counterflow regenerative heat exchanger 5, with a heater 10 and with a turbine 1 of the first stage. The shaft of the turbine 1 of the first stage is connected to the shaft of the generator 11, and the shaft of the turbine 6 of the second stage is connected to the shaft of the generator 12.

Замкнутая паротурбинная установка работает следующим образом. Влажный пар двуокиси углерода, имеющий начальные параметры: давление p₁=51,895 бар, температуру T₁=289°К, удельный объем пара v₁"=6 дм³/кг, из подогревателя 10 по паропроводу 2 поступает в турбину 1 первой ступени, где частично конденсируется и адиабатно расширяется. При адиабатном расширении влажного пара в 4 раза и показателе адиабаты 1,45-1,72 давление пара на выходе из турбины будет примерно в 10 раз меньше, чем в подогревателе, а удельный объем в 12 раз больше и составят р₂=5,18 бар, v₂"=72,464 дм³/кг при Т₂=216,55°К, то есть масса жидкости будет примерно в два раза больше массы пара. Затем пар и конденсат направляются в отделитель жидкости 3, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар сжимается компрессором 4 и нагнетается в противоточный регенеративный теплообменник 5, на выходе из компрессора пар имеет давление примерно р₃=18 бар при температуре Т₃=320°К и степени сжатия E=2,5, в противоточном регенеративном теплообменнике пар охлаждается до температуры примерно 250°К при постоянном давлении и поступает в турбину 6 второй ступени, где частично конденсируется и адиабатно расширяется. При адиабатном расширении влажного пара в 2,2 раза и показателе адиабаты 1,45 давление пара на выходе из турбины 6 второй ступени будет примерно в три раза меньше, чем до входа в турбину и составит р₄=5,2 бар при Т₄=217°К, то есть масса жидкости примерно будет в два раза меньше массы пара, поэтому производительность турбины второй ступени должна быть в три раза больше, чем турбины первой ступени. Затем пар и жидкость направляются в промежуточный сосуд 7, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар по паропроводу 2 вновь поступает в отделитель жидкости 3. И конденсат из отделителя жидкости 3 и промежуточного сосуда 7 нагнетается насосом 9 по трубопроводу 8 в противоточный Closed steam turbine installation operates as follows. Wet steam of carbon dioxide having initial parameters: pressure p ₁ = 51.895 bar, temperature T ₁ = 289 ° K, specific volume of steam v ₁ "= 6 dm ³ / kg, from heater 10 through steam line 2 enters turbine 1 of the first stage, where it partially condenses and expands adiabatically.When the adiabatic expansion of wet steam is 4 times and the adiabatic index 1.45-1.72, the steam pressure at the turbine outlet will be about 10 times less than in the heater, and the specific volume is 12 times larger and will make p ₂ = 5.18 bar, v ₂ "= 72.464 dm ³ / kg at T ₂ = 216.55 ° K, that is, the mass of liquid will be approximately two times the mass of steam. Then the steam and condensate are sent to the liquid separator 3, where they are separated into steam and liquid. Next, the steam is compressed by compressor 4 and injected into a counterflow regenerative heat exchanger 5, at the outlet of the compressor the steam has a pressure of approximately p ₃ = 18 bar at a temperature of T ₃ = 320 ° K and a compression ratio of E = 2.5, in the counterflow regenerative heat exchanger the steam is cooled to temperature of about 250 ° K at constant pressure and enters the turbine 6 of the second stage, where it partially condenses and expands adiabatically. With an adiabatic expansion of wet steam by 2.2 times and an adiabatic index of 1.45, the vapor pressure at the exit of the turbine 6 of the second stage will be approximately three times less than before entering the turbine and will be p ₄ = 5.2 bar at T ₄ = 217 ° K, that is, the mass of liquid will be approximately two times less than the mass of steam, therefore, the performance of the turbine of the second stage should be three times greater than the turbine of the first stage. Then the steam and liquid are sent to the intermediate vessel 7, where they are separated into steam and liquid. Next, the steam through the steam line 2 again enters the liquid separator 3. And the condensate from the liquid separator 3 and the intermediate vessel 7 is pumped by the pump 9 through the pipe 8 into the counterflow

регенеративный теплообменник 5. В противоточном регенеративном теплообменнике 5 жидкость подогревается примерно до температуры 250°К и подается в подогреватель 10, где снова подогревается теплотой из окружающей среды. Затем жидкость подается в турбину первой ступени, и цикл замыкается. При этом для увеличения термического КПД цикла, число ступеней сжатия может быть увеличено.regenerative heat exchanger 5. In the counterflow regenerative heat exchanger 5, the liquid is heated to about 250 ° K and fed to the heater 10, where it is again heated by heat from the environment. Then the liquid is supplied to the turbine of the first stage, and the cycle closes. Moreover, to increase the thermal efficiency of the cycle, the number of compression stages can be increased.

Таким образом, при температуре выше 20°С эта установка может работать без топлива, то есть летом она может работать за счет тепловой энергии окружающей среды, кроме того если двуокись углерода заменить на зимнее рабочее вещество, например, на криптон, то она будет работать без топлива и зимой.Thus, at temperatures above 20 ° C, this installation can work without fuel, that is, in summer it can work due to the thermal energy of the environment, in addition, if carbon dioxide is replaced with a winter working substance, for example, krypton, then it will work without fuel in the winter.

Claims

A closed steam turbine installation on low-boiling substances, containing a steam boiler connected in series through a steam line with a turbine, with a liquid separator, with a compressor, with a condenser-heat exchanger, with a pump, with a heater and again with a steam boiler, in addition, the liquid separator is additionally connected through a pipeline with a pump, with a condenser-heat exchanger, with a heater and with a steam boiler, characterized in that the turbine of the first stage through a steam line is connected in series with a liquid separator, with compressors, with countercurrent regenerative heat exchanger to the turbine of the second stage with the intermediate vessel and again with liquid separator further liquid separator is further connected through a conduit to an intermediate vessel, a pump, a countercurrent regenerative heat exchanger with a heater and the turbine first stage.