Паротурбинная энергоустановка

 

Использование: теплоэнергетика, автономные энергоустановки ограниченной мощности. Сущность изобретения: в герметичном контейнере 1 размещены насос 5 и турбогенератор 2, вход турбины которого подсоединен к котлу 3, а выхлоп - к конденсатору 4. Котел размещен под контейнером 1, выше контейнера 1 установлен конденсатор 4. Конденсаторосборник подключен к трубопроводам системы смазки и охлаждения турбогенератора 2. В жидкостном объеме котла 3 установлен поверхностный испаритель 7, вход которого сообщен с нижней частью контейнера 1, а выход с входом конденсатора 4 и пароструйным эжектором 9. Напорное сопло эжектора 9 подключено к выходу испарителя 7, камера всасывания - к выхлопу турбины, а камера смещения - к входу конденсатора 4. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к автономным паротурбинным энергоустановкам ограниченной мощности (1-10 кВт), работающим по циклу Ренкина в поле массовых сил с насосной подачей рабочего тела в паровой котел.

Известны энергоустановки, работающие по циклу Ренкина в поле массовых сил с насосной подачей рабочего тела в паровой котел, содержащие контейнер с турбогенератором, насосы, паровой котел и конденсатор, например, проспект фирмы "ОRMAT" SYSTEMS ING U.S.A.

Недостатком указанных энергоустановок является то, что конденсат и дренажи из нижней части контейнера, в котором размещены турбогенератор и насос, при давлении на всосе насоса, практически равном давлению на выхлопе турбины турбогенератора, удаляются в паровой котел лопастным насосом, в основном применяемом в рассматриваемом типе энергоустановок с длительным ресурсом работы. Так как величина давления на выхлопе турбогенератора является одной из определяющих эффективность термодинамического цикла и энергоустановки в целом, причем снижение этой величины повышает эффективность энергоустановки, то из условий получения высокой эффективности необходимо стремиться к минимальной величине давления на выхлопе турбины турбогенератора.

Одновременно для исключения кавитации на всосе в лопастной насос в контейнере необходимо поддерживать давление значительно выше величины, определяемой из условия максимальной эффективности цикла.

Известно, что для рассматриваемого типа энергоустановок важнейший критерий высокая надежность при длительном ресурсе работы, соответственно и величина давления на выхлопе турбины турбогенератора в контейнере выбирается из условий бескавитационного режима работы лопастного насоса, при которых эффективность энергоустановки относительно низка.

Наиболее близкой по устройству к предлагаемой автономной энергоустановке является автономная паротурбинная энергоустановка американской фирмы "ОRMAT", работающая по циклу Ренкина в поле массовых сил с подачей рабочего тела в паровой котел лопастным насосом, содержащая контейнер с турбогенератором и насосом, паровой котел и конденсатор. Однако в указанной энергоустановке конденсат и дренажи из нижней части контейнера, в котором расположены турбогенератор и лопастной насос, перекачиваются в паровой котел указанным насосом, из-за чего в контейнере на выхлопе турбины турбогенератора поддерживается относительно высокое давление, снижающее вероятность возникновения кавитации в насосе, но при этом к.п.д. цикла в целом остается низким.

Целью изобретения является повышение надежности, эффективности, улучшение габаритно-массовых характеристик соответственно за счет повышения давления, снижения температуры теплоносителя на всосе в лопастной насос, снижения давления пара на выхлопе турбины турбогенератора, использования потенциальной энергии пара на выходе из вспомогательного испарительного контура.

Указанная цель достигается тем, что в паротурбинную энергоустановку, содержащую герметичный контейнер с турбогенератором и насосом, расположенный над контейнером конденсатор, входной коллектор которого подключен к выходу турбины, а конденсаторосборник к системе смазки и охлаждения турбогенератора, размещенный под контейнером котел, паровое пространство которого сообщено с входом турбины, введены установленный в жидкостном объеме котла поверхностный испаритель, вход которого сообщен с нижней частью контейнера, а выход с входным коллектором конденсатора, и пароструйный эжектор, напорное сопло которого подключено к выходу испарителя, камера всасывания к выхлопу турбины, а камера смешения к входу конденсатора.

Схема предлагаемой энергоустановки приведена на чертеже. Она содержит контейнер 1, в котором установлены турбогенератор 2, турбина которого входом присоединена к паровому котлу 3, а выхлопом к входу конденсатора 4, лопастной насос 5, всос которого соединен с выходом конденсатора 4, а выход - с трубопроводами питания систем смазки опор, охлаждения турбогенератора 2 и возврата теплоносителя в паровой котел 3 и вспомогательный испарительный контур 6, испаритель 7 которого размещен в объеме жидкого теплоносителя 8 указанного парового котла 3 и присоединен входом к нижней части контейнера 1, а выходом к входу напорного сопла пароструйного эжектора 9, вход камеры всасывания которого подключен к выхлопу турбины турбогенератора 2, а вход камеры смешения ко входу конденсатора 4. Теплоноситель 8, испаряясь в паровом котле 3, поступает на вход турбины турбогенератора 2, отдав в который часть внутренней энергии в виде полезной работы, частично поступает в виде утечек в контейнер 1, где, конденсируясь, опускается в нижнюю часть контейнера частично через камеру всасывания и камеру смешения пароструйного эжектора 9 на вход конденсатора 4. Сконденсировавшись в конденсаторе 4, теплоноситель поступает на всос насоса 5, из которого поступает по трубопроводам на питание систем смазки опор и охлаждения турбогенератора 2 и парового котла 3.

Из нижней части контейнера 1 конденсат пара утечек и дренажи систем смазки опор и охлаждения турбогенератора 2, насоса 5 поступают во вспомогательный испарительный контур 6, испаряясь в котором теплоноситель поступает на вход напорного сопла пароструйного эжектора 9, истекая из которого, эжектирует из камеры всасывания пар, поступающий с выхлопа турбины турбогенератора 2 и повышает давление на входе в конденсатор 4. Дренажи и конденсат в жидком виде из нижней части контейнера 1 под действием разности давлений пара в контейнере 1 и на входе конденсатора 4, напора гидростатического столба жидкого теплоносителя высотой Н поступают во вспомогательный испарительный контур 6 в испарителе 7, из которого, испаряясь, поступают на вход камеры всасывания эжектора 9 и далее на вход конденсатора 4. Для работы вспомогательного испарительного контура 6 высота гидростатического столба между зеркалом жидкости в нижней части контейнера и вспомогательного испарительного контура выбирается из условия: где Р_п, Р_к соответственно давление пара на выходе вспомогательного испарительного контура и на входе в конденсатор; ΔP_вк - гидростатические потери во вспомогательном испарительном контуре; ρ_ж - плотность жидкости в нижней части контейнера; ρ_п плотность пара на выходе из вспомогательного испарительного контура; Р_к Р_в ΔP_тк, где Р_в давление пара на выхлопе турбины турбогенератора; ΔP_тк гидростатическое сопротивление паропровода от выхлопа турбины до входа в конденсатор.

Преимущества от использования предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, заключаются в повышении надежности и эффективности в условиях эксплуатации, соответственно за счет повышения давления жидкого теплоносителя на всосе насоса, снижения давления пара на выхлопе турбины и в повышении эффективности и улучшении габаритно-массовых характеристик конденсатора за счет повышения давления пара на входе в конденсатор и увеличения интенсивности теплообмена в нем.

Формула изобретения

Паротурбинная энергоустановка, содержащая герметичный контейнер с турбогенератором и насосом, расположенный над контейнером конденсатор, входной коллектор которого подключен к выходу турбины, а конденсатосборник к системе смазки и охлаждения турбогенератора, и размещенный под контейнером котел, паровое пространство которого сообщено с входом турбины, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в жидкостном объеме котла поверхностным испарителем, вход которого сообщен с нижней частью контейнера, а выход с входным коллектором конденсатора и пароструйным эжектором, напорное сопло которого подключено к выходу испарителя, камера всасывания к выхлопу турбины, а камера смешения к входу конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1