Паросиловая установка

Полезная модель относится к теплосиловым установкам. В частности, к паросиловым, работающим на низкокипящих веществах.

Задачей полезной модели является уменьшение потерь энергии на привод компрессора и создание высокоэффективной паросиловой установки с хорошим рабочим веществом.

Это достигается тем, что рабочим телом в паросиловой установке является одноатомный газ ксенон, кроме того, установка имеет трехступенчатый компрессор и три теплообменника, которые последовательно соединены с паровым двигателем второй ступени, с промежуточным сосудом и вновь с компрессором, при этом промежуточный сосуд дополнительно соединен через трубопровод с отделителем жидкости, с насосом, с теплообменниками, с подогревателем и с паровым котлом.

Таким образом, в паросиловой установке, в которой рабочим веществом является одноатомный газ ксенон, эффективный кпд может быть повышен за счет парового двигателя второй ступени и за счет охлаждения окружающей среды, то есть воздуха или воды.

Полезная модель относится к теплосиловым установкам. В частности, к паросиловым, работающим на низкокипящих веществах.

Известно рабочее тело энергетической установки замкнутого цикла, состоящее из инертного газа - гелия и четыреххлористого титана (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №754096, F 01 K 25/06, 1980 г.).

Однако такое рабочее тело не позволяет осуществить высокоэкономичный термодинамический цикл потому, что гелий имеет низкое критическое давление и очень низкую критическую температуру, а четыреххлористый титан имеет низкий показатель адиабаты.

Известна также замкнутая паротурбинная установка на низкокипящих веществах, содержащая паровой котел, турбину, отделитель жидкости, компрессор, конденсатор-теплообменник, насосы и подогреватель (см., например, полезную модель №48364, МПК F 01K 25/10, 2005 г.).

Однако двуокись углерода имеет высокую температуру замерзания и значительное давление сублимации.

Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является паросиловая установка, содержащая паровой котел, последовательно соединенный через паропровод с паровым двигателем, с отделителем жидкости, с компрессорами и конденсаторами (см., например, полезную модель №47442, МПК F 01 K 13/00, 2005 г.).

Однако в этой установке на привод компрессора затрачивается чрезмерно большая энергия, так как при двухступенчатом сжатии степень повышения давления в компрессоре оказывается весьма большой и поэтому водяной пар будет сильно перегрет. По этим причинам снижение температуры водяного пара в процессе сжатия является одним из главных условий работоспособности паросиловой установки, кроме того, вода имеет высокую критическую температуру и высокое критическое давление, что приводит к усложнению установки.

Задачей полезной модели является уменьшение потерь энергии на привод компрессора и создание высокоэффективной паросиловой установки с хорошим рабочим веществом.

Это достигается тем, что рабочим телом в паросиловой установке является одноатомный газ ксенон, кроме того установка имеет трехступенчатый компрессор

и три теплообменника, которые последовательно соединены с паровым двигателем второй ступени, с промежуточным сосудом и вновь с компрессором, при этом промежуточный сосуд дополнительно соединен через трубопровод с отделителем жидкости, с насосом, с теплообменниками, с подогревателем и с паровым котлом.

На фигуре представлена схема паросиловой установки.

Паросиловая установка содержит паровой котел 1, связанный последовательно через паропровод 2 с паровым двигателем 3 первой ступени, с отделителем жидкости 4, с компрессором 5 первой ступени, с теплообменником 6, с компрессором 7 второй ступени, с промежуточным теплообменником 8, с компрессором 9 третьей ступени, с дополнительным теплообменником 10, с паровым двигателем 11 второй ступени, с промежуточным сосудом 12 и вновь с компрессором 5, при этом промежуточный сосуд 12 дополнительно соединен через трубопровод 13 с отделителем жидкости 4, с насосом 14, с теплообменниками 6, 8, 10, с подогревателем 15 и с паровым котлом 1. Кроме того, вал парового двигателя 3 первой ступени связан с валом электрогенератора 16, а вал двигателя 11 второй ступени связан с валом электрогенератора 17.

Паросиловая установка работает следующим образом.

Влажный пар ксенона, имеющий начальные параметры: давление p ₁=58,28 бар, температуру T₁=290°K, плотность пара ₁''=1100 кг/м ³, из парового котла 1 по паропроводу 2 поступает в паровой двигатель 3, где частично конденсируется и адиабатно расширяется и превращается в электроэнергию с помощью электрогенератора 16, связанного с турбиной парового двигателя 3. При адиабатном расширении влажного пара в 8 раз и показателе адиабаты 1,67 давление пара на выходе из турбины будет примерно в 37 раз меньше, чем в котле, а плотность пара будет примерно в 77 раз меньше и составят: p ₂=1,5 бар, ₂''=14,24 кг/м ³, при Т₂=172°К, то есть масса жидкости на выходе из парового двигателя будет примерно в 8,5 раза больше массы пара. Затем пар и конденсат направляются в отделитель жидкости 4, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар сжимается компрессором 5 первой ступени и нагнетается в теплообменник 6, в котором охлаждается до температуры 184°К. На выходе из компрессора 5 первой ступени пар имеет давление p ₃=2,7 бар, при температуре Т₃=223°К и степени сжатия =1,4. Затем пар сжимается компрессором 7 второй ступени и нагнетается в промежуточный теплообменник 8, в котором охлаждается до температуры 198°К. на выходе из компрессора 7 второй ступени пар имеет давление 4,8 бар, при температуре 239°К и

степени сжатия =1,4. Из промежуточного теплообменника пар поступает в компрессор 9 третьей ступени, где сжимается до давления 9 бар и подается в дополнительный теплообменник 10. В дополнительном теплообменнике 10 пар охлаждается до температуры примерно 215°К при постоянном давлении и поступает в паровой двигатель 11 второй ступени, где частично конденсируется и адиабатно расширяется. При адиабатном расширении влажного пара в 2,8 раза и показателе адиабаты 1,67 давление и плотность пара на выходе из парового двигателя 11 второй ступени будет примерно в 5-6 раз меньше, чем до входа в турбину и составят p=1,5 бар, p''=14,23 кг/м³, при Т=172°К, то есть масса пара и жидкости будут примерно одинаковыми, поэтому производительность турбины второй ступени должна быть в два раза больше, чем первой. Затем пар и жидкость направляются в промежуточный сосуд 12, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар по паропроводу 2 вновь поступает в компрессор 5 первой ступени. И конденсат из отделителя жидкости 4 и промежуточного сосуда 12 нагнетается насосом 14 по трубопроводу 13 в теплообменник 6, в промежуточный теплообменник 8 и в дополнительный теплообменник 10, где жидкость подогревается до температуры 205-210°К и подается в подогреватель 15. В подогревателе 15 жидкость снова подогревается теплотой из окружающей среды. Затем жидкость подается в паровой котел 1, и цикл замыкается.

Таким образом, в паросиловой установке, в которой рабочим веществом является одноатомный газ ксенон, эффективный кпд может быть повышен за счет парового двигателя второй ступени и за счет охлаждения окружающей среды, то есть воздуха или воды.

Паросиловая установка, содержащая паровой котел, последовательно соединенный через паропровод с паровым двигателем, с отделителем жидкости, с компрессорами и конденсаторами, отличающаяся тем, что рабочим телом в паросиловой установке является одноатомный газ ксенон, кроме того, установка имеет трехступенчатый компрессор и три теплообменника, которые соединены с паровым двигателем второй ступени, с промежуточным сосудом и вновь с компрессором, при этом промежуточный сосуд дополнительно соединен через трубопровод с отделителем жидкости, с насосом, с теплообменниками, с подогревателем и с паровым котлом.