RU2113598C1 - Steam plant - Google Patents
Steam plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113598C1 RU2113598C1 RU95113296A RU95113296A RU2113598C1 RU 2113598 C1 RU2113598 C1 RU 2113598C1 RU 95113296 A RU95113296 A RU 95113296A RU 95113296 A RU95113296 A RU 95113296A RU 2113598 C1 RU2113598 C1 RU 2113598C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- steam generator
- condenser
- steam
- plant
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 49
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 24
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 20
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 20
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к паросиловым турбинам, и может быть использовано в различных системах привода для преобразования тепловой энергии в механическую. The invention relates to power engineering, namely to steam-powered turbines, and can be used in various drive systems to convert thermal energy into mechanical energy.
Для оценки новизны и изобретательского уровня предлагаемого решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения. To assess the novelty and inventive step of the proposed solution, we consider a number of well-known technical means of a similar purpose.
Известна энергетическая установка, содержащая установленные в замкнутом контуре рабочего тела парогенератор, турбину с генератором, конденсатор с трубопроводом подвода воздуха и конденсатно-питательный насос [1]. A known power plant containing a steam generator installed in a closed loop of the working fluid, a turbine with a generator, a condenser with an air supply pipe and a condensate feed pump [1].
Данная установка, как и все другие, имеющие подобную традиционную компоновку, имеет ряд недостатков. This installation, like all others with a similar traditional layout, has several disadvantages.
Парогенератор установки имеет ограниченную паропроизводительность, обусловленную малой скоростью всплытия пузырьков пара рабочего тела, а также образованием паровой пленки между его стенками и рабочим телом. В конденсаторе установки необходим отвод большого количества тепла, что заставляет применять громоздкие теплообменники, при этом большая часть тепла безвозвратно теряется. Необходимый в данной схеме насос для прокачки конденсата также усложняет конструкцию установки, которая получается громоздкой и материалоемкой. The steam generator of the installation has limited steam production, due to the low speed of ascent of the bubbles of the vapor of the working fluid, as well as the formation of a vapor film between its walls and the working fluid. In the condenser of the installation, it is necessary to remove a large amount of heat, which forces the use of bulky heat exchangers, while most of the heat is irretrievably lost. The condensate pump required in this scheme also complicates the design of the installation, which is cumbersome and material-intensive.
В существующем уровне техники известны паросиловые установки, в которых, с целью снижения их габаритов и веса, реализованы различные варианты конструктивного совмещения отдельных ее элементов (парогенератора с турбиной, парогенератора с конденсатором и т.п.). Steam power plants are known in the prior art, in which, in order to reduce their dimensions and weight, various options for constructively combining its individual elements (steam generator with turbine, steam generator with condenser, etc.) are implemented.
Известна, например, паросиловая установка, содержащая коаксиально установленные на основании в подшипниковых опорах парогенератор, турбину, конденсатор и конденсатный насос, последовательно соединенные в замкнутый герметичный контур, причем конденсатор и парогенератор выполнены в виде тел вращения, конденсатор прикреплен к парогенератору и смещен относительно него к оси вращения, при этом рабочее колесо турбины и рабочее колесо конденсатного насоса прикреплены к противоположным торцам парогенератора [2]. A steam power plant is known, for example, comprising a steam generator, a turbine, a condenser and a condensate pump coaxially mounted on a bearing support base and connected in series to a closed tight circuit, the condenser and the steam generator being made in the form of bodies of revolution, the condenser is attached to the steam generator and offset relative to it to axis of rotation, while the impeller of the turbine and the impeller of the condensate pump are attached to the opposite ends of the steam generator [2].
Вращение такой установки возможно только при наличии направляющего аппарата, который почему-то упомянут только в дополнительном пункте формулы. Необходимость наличия направляющего аппарата, соединенного с основанием через неподвижный уплотненный вал, приводит к разгерметизации установки, необходимости иметь надежное уплотнение, что усложняет конструкцию и эксплуатацию установки. Rotation of such an installation is possible only if there is a guide apparatus, which for some reason is mentioned only in an additional paragraph of the formula. The need for a guide vane connected to the base through a fixed sealed shaft leads to depressurization of the installation, the need to have a reliable seal, which complicates the design and operation of the installation.
Известна паросиловая установка, содержащая коаксиально установленные на основании в подшипниковых опорах парогенератор, турбину, конденсатор и конденсатный насос, последовательно соединенные в замкнутый герметичный контур, причем парогенератор и конденсатор выполнены в виде тел вращения, конденсатор прикреплен к парогенератору и смещен относительно него к оси вращения, а сопловый направляющий аппарат прикреплен к парогенератору [3]. A steam-powered installation is known, comprising a steam generator, a turbine, a condenser and a condensate pump coaxially mounted on the base in bearings, and connected in series to a closed tight circuit, the steam generator and condenser made in the form of bodies of revolution, the condenser attached to the steam generator and offset relative to it to the axis of rotation, and the nozzle guide apparatus is attached to the steam generator [3].
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа предлагаемого изобретения. For the greatest number of similar features and the result achieved using this technical solution is selected as a prototype of the invention.
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, являются невыгодные условия работы конденсатора, обусловленные тем, что при конденсации пара с охлаждающим хладагентом, например воздухом, уносится и безвозвратно теряется большое количество тепла. Это приводит к существенному снижению КПД установки в целом. The disadvantages of the prototype, which does not allow us to achieve our goal, are the unfavorable operating conditions of the condenser, due to the fact that when condensing steam with a cooling refrigerant, such as air, a large amount of heat is taken away and irretrievably lost. This leads to a significant decrease in the efficiency of the installation as a whole.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы установки путем обеспечения утилизации остаточного тепла отработанного пара. The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation by ensuring the utilization of the residual heat of the spent steam.
Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата. The invention is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result.
Согласно изобретению в паросиловой установке, содержащей коаксиально установленные на основании в подшипниковых опорах парогенератор, турбину и конденсатор, последовательно соединенные в замкнутый герметичный контур, причем парогенератор и конденсатор выполнены в виде полых тел вращения, а конденсатор смещен относительно парогенератора к оси вращения, парогенератор сообщен трубопроводом с сопловым направляющим аппаратом, закрепленным на герметичном корпусе конденсатора, при этом часть корпуса конденсатора выполнена в виде теплопроводной конденсационной стенки, полость конденсатора в зоне сбора конденсата основного рабочего тела посредством трубопровода сообщена с полостью парогенератора, а турбина с возможностью свободного вращения размещена внутри полости конденсатора, конденсационная стенка выполнена полой и заполнена дополнительным рабочим телом, имеющим температуру кипения меньшую, чем у основного рабочего тела, при этом установка снабжена дополнительным теплообменником для охлаждения дополнительного рабочего тела, прикрепленным к корпусу установки и выполненным в виде дополнительной паросиловой установки, аналогичной основной, причем полая конденсационная стенка основной паросиловой установки является парогенератором дополнительной паросиловой установки, конденсационная стенка которой смещена к оси вращения по сравнению с конденсационной стенкой основной установки. According to the invention, in a steam power installation comprising a steam generator, a turbine and a capacitor coaxially mounted on the base of the bearings, connected in series to a closed hermetic circuit, the steam generator and condenser made in the form of hollow bodies of revolution, and the capacitor is offset relative to the steam generator to the axis of rotation, the steam generator is communicated by a pipeline with nozzle guide apparatus mounted on a sealed capacitor housing, while part of the condenser housing is made in the form of heat a condensate wall, the condenser cavity in the condensate collection zone of the main working fluid is connected to the steam generator cavity through a pipeline, and the turbine is freely rotated inside the condenser cavity, the condensation wall is hollow and filled with an additional working fluid having a boiling point lower than that of the main working body, while the installation is equipped with an additional heat exchanger for cooling the additional working fluid attached to the body of the installation and made in the form of an additional steam power installation similar to the main one, and the hollow condensation wall of the main steam power installation is a steam generator of the additional steam power installation, the condensation wall of which is offset from the axis of rotation in comparison with the condensation wall of the main installation.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. This is the totality of essential features that provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.
Кроме того, предлагаемое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно: установка может быть снабжена пароперегревателем для перегрева пара дополнительного рабочего тела; турбины основной и дополнительной установок с горизонтальной осью могут быть снабжены дебалансирующими грузами. In addition, the proposed solution has optional features characterizing its particular cases, specific forms of its material embodiment or special conditions for its use, namely: the installation can be equipped with a superheater for overheating the steam of the additional working fluid; the turbines of the main and auxiliary units with a horizontal axis can be equipped with unbalancing weights.
Техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения. The technical solution is new, as it is characterized by the presence of a new set of features that is absent in all objects of equipment of a similar purpose known to us.
Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации совокупности признаков, заключается в том, что поскольку дополнительное рабочее тело имеет температуру кипения меньшую, чем у основного рабочего тела, при конденсации пара основной установки происходит вскипание дополнительного рабочего тела, при этом эффективность теплоотвода оказывается примерно в 10 раз выше по сравнению с теплоотводом на некипящую жидкость или газ, как это делается в аналогах и прототипе, при тех же площадях поверхности конденсационной стенки. Кроме того, пар дополнительного рабочего тела выполняет полезную работу в дополнительной паросиловой установке. The immediate technical result, which can be obtained by implementing a set of features, is that since the additional working fluid has a boiling point lower than that of the main working fluid, the condensation of the steam of the main installation boils the additional working fluid, while the heat removal efficiency is approximately 10 times higher compared to the heat sink to a non-boiling liquid or gas, as is done in the analogues and prototype, with the same surface areas, condensation second wall. In addition, the steam of the additional working fluid performs useful work in an additional steam-powered installation.
Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как сопловый аппарат, конденсационная стенка, полые тела вращения и т. п. а является свойством только всей предлагаемой в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков, как взаимное размещение и взаимосвязь всех элементов установки. This technical result is not a consequence of the well-known properties that are shown separately by signs well-known from other objects of technology, such as a nozzle apparatus, a condensation wall, hollow bodies of revolution, etc., but is a property of only the totality of features proposed in the first paragraph of the formula, in t .h. such completely new features as the mutual placement and interconnection of all elements of the installation.
Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно: повышение эффективности за счет обеспечения оптимальных условий конденсации отработанного пара и получение дополнительной механической энергии на дополнительной установке. Указанное позволяет признать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень". Obtaining the mentioned technical result ensures that the object of the invention as a whole has a number of new useful properties, namely: increasing efficiency by providing optimal conditions for the condensation of spent steam and obtaining additional mechanical energy in an additional installation. The above allows us to recognize the proposed technical solution in accordance with the criterion of "inventive step".
На чертеже представлена установка, осевое сечение. The drawing shows the installation, axial section.
Установка содержит парогенератор 1, рабочее колесо турбины 2 и конденсатор 3. Парогенератор 1 охвачен нагревателем, соединенным с источником тепла (не показаны). Парогенератор 1 трубопроводом 4 соединен с сопловым направляющим аппаратом 5. Конденсатор 3 имеет полую теплопроводную конденсационную стенку 6 и трубопроводом 7 сообщен с парогенератором 1. Дополнительная паросиловая установка имеет сопловый направляющий аппарат 8, рабочее колесо турбины 9, конденсатор 10 с теплопроводной конденсационной стенкой 11. Дополнительная паросиловая установка имеет конструкцию, аналогичную конструкции основной установки, при этом ее парогенератором является полая конденсационная стенка 6 основной установки. Трубопровод 12 сообщает конденсатор 10 с полостью конденсационной стенки 6. Установка закреплена в подшипниковых опорах 13 на общей оси 14. Рабочие колеса турбин 2 и 9 закреплены в подшипниковых опорах 15 и 16 и вращаются в противоположных направлениях по отношению к корпусу установки. The installation comprises a steam generator 1, an impeller of a turbine 2 and a condenser 3. The steam generator 1 is covered by a heater connected to a heat source (not shown). The steam generator 1 is connected by a pipe 4 to the nozzle guide device 5. The condenser 3 has a hollow heat-conducting condensation wall 6 and the pipe 7 is in communication with the steam generator 1. An additional steam-powered installation has a nozzle guide device 8, a turbine impeller 9, and a condenser 10 with a heat-conducting condensation wall 11. Additional the steam-powered installation has a design similar to that of the main installation, while its steam generator is the hollow condensation wall 6 of the main installation. The pipe 12 communicates a capacitor 10 with a cavity of the condensation wall 6. The installation is fixed in the bearing bearings 13 on a common axis 14. The impellers of the turbines 2 and 9 are fixed in the bearing bearings 15 and 16 and rotate in opposite directions with respect to the housing of the installation.
Установка работает следующим образом. Installation works as follows.
Основное рабочее тело из парогенератора 1 по трубопроводу 4 поступает к направляющему аппарату 5 и к лопаткам рабочего колеса турбины 2. При этом установка получает момент сил, приводящий ее корпус во вращение. Турбина 2 при этом начинает вращаться в противоположном направлении. Лопатки ее рабочего колеса выполнены с профилем, обеспечивающим поворот отработанных струй пара в сторону теплопроводной конденсационной стенки 6. Пар, двигаясь к конденсационной стенке 6, имеет составляющую скорости, совпадающую с направлением вращения конденсационной стенки 6, обеспечивая добавочный момент, вращающий установку. Образовавшийся на стенке 6 конденсат основного рабочего тела за счет ее центробежных сил по трубопроводу 7 возвращается в периферийную зону полости парогенератора 1. The main working fluid from the steam generator 1 through a pipe 4 enters to the guide apparatus 5 and to the blades of the impeller of the turbine 2. At the same time, the installation receives a moment of force, which rotates its casing. The turbine 2 thus begins to rotate in the opposite direction. The blades of its impeller are made with a profile that ensures the rotation of the exhausted steam jets towards the heat-conducting condensation wall 6. The steam moving towards the condensation wall 6 has a velocity component that coincides with the direction of rotation of the condensation wall 6, providing an additional moment that rotates the installation. The condensate of the main working fluid formed on the wall 6 due to its centrifugal forces through the pipeline 7 is returned to the peripheral zone of the cavity of the steam generator 1.
Дополнительное рабочее тело в полости конденсационной стенки 6 имеет температуру кипения меньшую, чем у основного рабочего тела, за счет чего в режиме его кипения обеспечивается повышенная эффективность теплоотвода. Пар дополнительного рабочего тела поступает на сопловый направляющий аппарат 8 и лопатки рабочего колеса турбины 9 дополнительной установки, которые также имеют профиль, обеспечивающий направление струй пара дополнительного рабочего тела к конденсационной стенке 11. Конденсат по трубопроводу 12 за счет центробежных сил возвращается в периферийную зону полости конденсационной стенки 6. Это происходит вследствие того, что конденсационная стенка 11 и другие основные элементы дополнительной установки смещены к общей оси по отношению к соответствующим элементам основной установки. The additional working fluid in the cavity of the condensation wall 6 has a boiling point lower than that of the main working fluid, due to which, in the mode of its boiling, increased heat removal efficiency is provided. The steam of the additional working fluid enters the nozzle guide apparatus 8 and the blades of the impeller of the turbine 9 of the additional installation, which also have a profile that ensures the direction of the steam jets of the additional working fluid to the condensation wall 11. Condensate through the pipe 12 due to centrifugal forces returns to the peripheral zone of the condensation cavity walls 6. This is due to the fact that the condensation wall 11 and other main elements of the additional installation are offset from the common axis with respect to the respective the existing elements of the main installation.
Пар дополнительного рабочего тела передает часть энергии лопаткам рабочего колеса 9. При этом возникает момент сил, который, складываясь с моментом сил в основной установке, приводит к увеличению мощности всей установки в целом. The steam of the additional working fluid transfers part of the energy to the blades of the impeller 9. In this case, a moment of forces arises, which, folding with the moment of forces in the main installation, leads to an increase in the power of the entire installation as a whole.
Для еще большего увеличения эффективности работы предлагаемой паросиловой установки может быть применен дополнительный пароперегреватель (не показан) для перегрева пара дополнительного рабочего тела с последующей его подачей в направляющий аппарат 8. Для нагревания дополнительного рабочего тела может быть использовано остаточное тепло за парогенератором основной установки. В отдельных случаях с целью упрощения конструкции установки могут применяться дебалансы, укрепляемые на ободах рабочих колес основной и дополнительной установок, которые препятствуют их вращению и увеличивают моменты сил, вращающие корпус установки. To further increase the efficiency of the proposed steam-powered installation, an additional superheater (not shown) can be used to overheat the steam of the additional working fluid and then feed it into the guiding apparatus 8. To heat the additional working fluid, the residual heat behind the steam generator of the main installation can be used. In some cases, in order to simplify the design of the installation, unbalances can be applied that are mounted on the rims of the impellers of the main and additional installations, which impede their rotation and increase the moments of force that rotate the installation casing.
Предлагаемая установка может иметь более двух аналогично устроенных ступеней, в каждой из которых рабочее тело должно иметь температуру кипения меньшую, чем в предыдущей ступени, а конденсатор должен быть смещен к общей оси. The proposed installation may have more than two similarly arranged stages, in each of which the working fluid should have a boiling point lower than in the previous stage, and the capacitor should be offset to the common axis.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так как оно может быть реализовано с использованием порознь известных средств. The possibility of industrial application of the claimed technical solution is not in doubt, since it can be implemented using separately known means.
В настоящее время осуществляются испытания опытного образца предлагаемой установки, предварительные итоги которых подтвердили работоспособность и высокую ее эффективность. Currently, tests of a prototype of the proposed installation are being carried out, preliminary results of which have confirmed the operability and its high efficiency.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95113296A RU2113598C1 (en) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | Steam plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95113296A RU2113598C1 (en) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | Steam plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95113296A RU95113296A (en) | 1997-08-10 |
| RU2113598C1 true RU2113598C1 (en) | 1998-06-20 |
Family
ID=20170679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95113296A RU2113598C1 (en) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | Steam plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113598C1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1442678A1 (en) * | 1984-11-30 | 1988-12-07 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Power plant |
-
1995
- 1995-08-01 RU RU95113296A patent/RU2113598C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1442678A1 (en) * | 1984-11-30 | 1988-12-07 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Power plant |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 2. SU, авторс кое свидетельство, 920239, F 01 K 11/04, 1982. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4236083A (en) | Windmill having thermal and electric power output | |
| CA1083926A (en) | Turbine and like rotary machines | |
| US8739540B2 (en) | Vapor vortex heat sink | |
| GB2184788A (en) | Transportable power unit for converting low grade heat to power | |
| US4367629A (en) | Rankine cycle engine | |
| JPS58500448A (en) | Closed turbine generator | |
| US4166361A (en) | Components and arrangement thereof for Brayton-Rankine turbine | |
| US7913493B2 (en) | Rotary displacement steam engine | |
| EP1908918B1 (en) | Jet steam engine | |
| RU2056606C1 (en) | Heat energy-to-mechanical work converter | |
| RU2113598C1 (en) | Steam plant | |
| CN119063272B (en) | Solar energy heat exchange device and method | |
| JP4735116B2 (en) | Rotary steam engine | |
| SU1681031A1 (en) | Ocean thermal electric power station | |
| KR102122873B1 (en) | ORC turbine power generation system with closed cooling circuit | |
| JPH0115681B2 (en) | ||
| RU2070638C1 (en) | Engine | |
| RU2108466C1 (en) | Power plant | |
| US20090056308A1 (en) | Jet-type steam engine | |
| RU2053378C1 (en) | Steam-gas power plant | |
| SU920239A1 (en) | Steam power plant | |
| RU93053301A (en) | PAROSIL INSTALLATION | |
| RU95113296A (en) | STEAM INSTALLATION | |
| RU1697481C (en) | Steam power plant | |
| SU826052A1 (en) | Solar steam turbine plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120802 |