Установка для автономного электротеплоснабжения
Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить экономичность на режимах пиковых нагрузок. Установка содержит дизель, теплообменные аппараты, установленные в контурах жидкостного охлаждения и смазки дизеля, газожидкостный теплообменник с впускным и выпускным патрубками, соединенный газовым трактом с выхлопным трубопроводом дизеля и водяным контуром с внешней тепловой сетью. Дополнительно она снабжена тепловым аккумулятором (например, на основе фазового перехода), конструктивно встроенным в газожидкостный теплообменник, парогазовым турбокомпрессором, состоящим из паровой турбины и газового компрессора, причем входной патрубок паровой турбины сообщен с выходным патрубком теплового аккумулятора, а выходной патрубок через блок конденсатоотводчиков - с трубопроводом обратной сетевой воды, входной патрубок газового компрессора сообщен с выхлопным трактом дизеля, а выпускной патрубок - с газовым трактом газожидкостного теплообменника. Входной патрубок газожидкостного теплообменника сообщен с выходом турбокомпрессора системы наддува дизеля, а в контур теплоснабжения включен охладитель наддувочного воздуха. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для совместного получения электрической и тепловой энергии.
Известна установка для автономного электротеплоснабжения [1], содержащая дизель, теплообменные аппараты, включенные в системы охлаждения и смазки дизеля, газожидкостные теплообменники, последовательно подключенные газовым трактом к выхлопному трубопроводу дизеля, а водяным контуром - к внешней тепловой сети, газотурбинную установку, выходным газовым трактом подключенную к газовыпускному патрубку основного газожидкостного теплообменника, трубопровод и насос для подачи конденсата выхлопных газов в камеру сгорания газотурбинной установки, увлажнитель выхлопных газов, включенный в газовый тракт между газожидкостными теплообменниками, компрессор для отсоса выхлопных газов, бак-аккумулятор, соединенный входным патрубком с обратным трубопроводом внешней тепловой сети, а выходным - с водяным трактом теплообменников, причем бак-аккумулятор соединен дополнительным контуром с запорными устройствами с водяным контуром теплообменников, включенных в системы смазки и охлаждения дизеля.
Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка для автономного электротеплоснабжения, содержащая дизель, теплообменные аппараты, установленные в контуры жидкостного охлаждения и смазки дизеля, газожидкостный теплообменник с впускным и выпускным патрубками, соединенный газовым трактом с выхлопным трубопроводом дизеля и водяным контуром с внешней тепловой сетью, снабженная дополнительным газожидкостным теплообменником, соединенным газовым трактом с выпускным газовым патрубком газожидкостного теплообменника, а водяным контуром - с обратным трубопроводом внешней тепловой сети, газотурбинной установкой с камерой сгорания, трубопроводом и насосом подачи конденсата выхлопных газов из дополнительного газожидкостного теплообменника в камеру сгорания газотурбинной установки, причем трубопровод выпуска отработавших газов газотурбинной установки соединен с впускным патрубком газожидкостного теплообменника [2] - наиболее близкий аналог.
Недостатком известных устройств [1, 2] является невысокая экономичность на режимах, отличных от номинального, вследствие недостаточного воздухоснабжения дизеля при пиковых нагрузках.
Задача изобретения - повышение эффективности установки при работе на пиковых нагрузках.
Это достигается тем, что на режимах пиковых нагрузок в состав установки, состоящей из дизель-генератора с включенными в контуры жидкостного охлаждения и смазки теплообменниками, газожидкостного теплообменника с впускным и выпускным патрубками, соединенного газовым трактом с выхлопным трубопроводом дизеля и водяным контуром с внешней тепловой сетью, дополнительно включены тепловой аккумулятор (конструктивно встроенный в газожидкостный теплообменник) и парогазовый турбокомпрессор, состоящий из газового компрессора и паровой турбины, причем входной патрубок турбины соединен с выходным патрубком теплового аккумулятора, а выходной патрубок через блок конденсатоотводчиков - с трубопроводом обратной воды, входной патрубок компрессора сообщен с выхлопным трактом дизеля, а выпускной патрубок с газовым трактом газожидкостного теплообменника. На режимах пиковых нагрузок в тепловом аккумуляторе дополнительно вырабатывается водяной пар, который совершает дополнительную полезную работу в турбокомпрессоре, за счет чего увеличивается разрежение в выхлопном тракте дизеля, что приводит к увеличению расхода воздуха на дизель, а следовательно, повышается эффективность установки.
Отличительными (новыми) признаками предлагаемого изобретения по отношению к наиболее близкому аналогу являются следующие изменения конструкции установки: во-первых, включение в ее состав теплового аккумулятора (например, на основе фазового перехода), конструктивно встроенного в газожидкостный теплообменник, во-вторых, включение в состав установки парогазового турбокомпрессора, состоящего из газового компрессора и паровой турбины. Причем входной патрубок турбины соединен с выходным патрубком теплового аккумулятора, а выходной через блок конденсатоотводчиков - с трубопроводом обратной сетевой воды. При этом входной патрубок компрессора соединен с выхлопным трактом дизеля, а выпускной - с газовым трактом газожидкостного теплообменника. Все перечисленные отличительные (новые) признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию “новизна”.
Из существующего уровня техники не известны установки для автономного электротеплоснабжения, включающие в себя одновременно все перечисленные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию “изобретательский уровень”.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки.
Установка включает в себя дизель-генератор с дизелем 1. В систему смазки и охлаждения дизеля 1 включены водомасляный 2 и водоводяной 3 теплообменники, а к выхлопному тракту дизеля подключен газожидкостный теплообменник 4, соединенный с внешним контуром теплоснабжения. Внутри газожидкостного теплообменника установлен тепловой аккумулятор 5, включенный в газовый тракт теплообменника 4. Паровой тракт теплового аккумулятора присоединен к входному патрубку паровой турбины 6, вращающей газовый компрессор 7, который подключен к газожидкостному теплообменнику параллельно выхлопному тракту дизеля через запорные органы 8. На выхлопном тракте дизеля параллельно компрессору установлен запорный орган 9. Выхлопной патрубок турбины 6 соединен через блок конденсатоотводчиков 10 с трубопроводом обратной сетевой воды.
Представленная на фиг.1 установка работает следующим образом.
Отработавшие газы из дизеля 1 поступают в газожидкостный теплообменник 4, где их тепло передается воде, предварительно подогретой в водомасляном 2 и в водоводяном теплообменнике 3. Далее отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, а нагретая вода поступает в тепловую сеть. При этом происходит накопление теплоты в тепловом аккумуляторе 5.
При пиковых нагрузках (более 80% от номинальной) часть сетевой воды подается в тепловой аккумулятор, где за счет накопленного количества теплоты она испаряется. Образовавшийся в тепловом аккумуляторе пар поступает в направляющий аппарат турбины 6, которая приводит во вращение компрессор 7. Запорный орган 9 закрывается, а запорные органы 8 открываются. Компрессор создает дополнительное разрежение в выхлопном тракте дизеля, что ведет к увеличению расхода воздуха через камеры сгорания. При этом повышается коэффициент избытка воздуха и повышается эффективный кпд. дизеля. Сработавший в турбине 6 пар поступает в блок конденсатоотводчиков 10, где конденсируется, образующийся конденсат поступает в трубопровод обратной сетевой воды.
В случае применения в качестве силовой установки дизельного двигателя с газотурбинным наддувом, газовый тракт газожидкостного теплообменника может быть присоединен к выходному патрубку турбокомпрессора 11, как это показано на фиг.2. При этом в контур теплоснабжения перед водомасляным теплообменником включен охладитель наддувочного воздуха 12. В рассматриваемом варианте газовый компрессор 7 увеличивает разрежение на выходе газовой турбины турбокомпрессора 11 дизеля 1, повышая его мощность, что также способствует более эффективной работе дизеля.
Таким образом, предлагаемая установка для автономного электротеплоснабжения за счет следующих изменений конструкции: во-первых, включения в ее состав теплового аккумулятора (например, на основе фазового перехода), конструктивно встроенного в газожидкостный теплообменник, во-вторых, включения в состав установки парогазового турбокомпрессора, состоящего из газового компрессора и паровой турбины, причем входные патрубки компрессора и турбины соединены соответственно с выхлопным трактом дизеля и выходным патрубком теплового аккумулятора, а выходные - соответственно с газовым трактом газожидкостного теплообменника и через блок конденсатоотводчиков с трубопроводом обратной сетевой воды, обеспечивает повышение эффективности при работе на пиковых нагрузках, так как за счет накопленной в тепловом аккумуляторе тепловой энергии происходит испарение воды и образование водяного пара, который совершает дополнительную полезную работу в турбокомпрессоре, за счет чего увеличивается разрежение в выхлопном тракте дизеля, что приводит к увеличению расхода воздуха на дизель, а следовательно повышается кпд дизеля.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию “промышленная применимость”.
Источники информации
1. Патент РФ №2073106 от 10.02.97.
2. Патент РФ №2007606 от 15.02.94.
Формула изобретения
1. Установка для автономного электротеплоснабжения, содержащая дизель, теплообменные аппараты, установленные в контурах жидкостного охлаждения и смазки дизеля, газожидкостный теплообменник с впускным и выпускным патрубками, соединенный газовым трактом с выхлопным трубопроводом дизеля и водяным контуром с внешней тепловой сетью, отличающаяся тем, что она снабжена тепловым аккумулятором (например, на основе фазового перехода), конструктивно встроенным в газожидкостный теплообменник, парогазовым турбокомпрессором, состоящим из паровой турбины и газового компрессора, причем входной патрубок паровой турбины сообщен с выходным патрубком теплового аккумулятора, а выходной патрубок через блок конденсатоотводчиков - с трубопроводом обратной сетевой воды, входной патрубок газового компрессора сообщен с выхлопным трактом дизеля, а выпускной патрубок - с газовым трактом газожидкостного теплообменника.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входной патрубок газожидкостного теплообменника сообщен с выходом турбокомпрессора системы наддува дизеля, а в контур теплоснабжения включен охладитель наддувочного воздуха.
