ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к парогазовым энергоустановкам.
В настоящее время важными проблемами в создании и эксплуатации энергетических установок являются проблемы повышения их КПД, улучшение экологичности и пожаровзрывобезопасности, особенно при эксплуатации в специфических условиях ограниченного и/или замкнутого пространства.
Известна парогазовая установка (см. патент РФ №2142565, МПК F01K 23/10 по заявке №96108097 от 18.04.1996 г.), включающая газотурбинную установку с электрогенератором и источником пара.
Известна паровая энергетическая установка, содержащую паровую машину выходной вал, который связан с электрической машиной, систему управления (см. патент РФ №2144984 МПК F01C 1/16 по заявке №97122296/06 от 30.12.1997 г.)
Известна энергетическая установка, содержащая паровую машину, кинематически связанную с электрогенератором, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например, кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан электрогенератором, и/или водяным насосом (см. патент РФ №2393358, МПК F01K 16/02 по заявке №2009102132 от 26.10.2010 - прототип).
Недостатком известных устройств является низкий КПД, недостаточная экологичность установок и высокая пожароопасность при эксплуатации вследствие наличия взрывоопасных неконденсирующихся газов, например водорода, в отработанном паре после турбины. Это предполагает при их промышленном применении создавать дополнительные дожигатели взрывоопасных газов, что в специфических условиях ограниченного и/или замкнутого пространства проблематично.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение КПД энергоустановки и эффективности ее работы, улучшение условий экологичности эксплуатации и обеспечение требований пожаровзрывобезопасности.
Указанная цель достигается тем, что в известной энергетической установке, содержащей паровую машину, кинематически связанную с электрогенератором, теплообменник, систему подачи компонентов топлива, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например, кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан с электрогенератором и/или водяным насосом, согласно полезной модели выход рабочей среды теплообменника соединен с сепаратором, выход газообразной фракции которого соединен с фильтром тонкой очистки газообразного горючего и далее через компрессор и клапаны закольцован с системой подачи топлива.
Кроме того, в качестве сепаратора используется фильтрующее устройство типа «циклон» или электростатический фильтр, в качестве фильтра тонкой очистки газообразного горючего - мембранный диффузионный фильтр.
Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что появляется возможность исключить применение дожигателей взрывоопасных газов. Это повышает эффективность работы энергоустановки и пожаробезопасность, улучшает экологичность.
Кроме того, использование компрессора возвращает часть горючего и позволяет использовать его повторно в энергоустановке, что так же повышает ее КПД в целом.
Принципиальная схема энергоустановки показана на рисунке фиг.1 - где:
1 - парогазогенератор;
2 - турбонасосный агрегат;
3 - турбина;
4 - водяной насос;
5 - электрогенератор;
6 - теплообменник;
7 - емкость горючего;
8 - емкость окислителя;
9 - магистраль выхода рабочей среды теплообменника;
10 - сепаратор;
11 - расширительная емкость;
12 - пневмоклапан;
13 - фильтр тонкой очистки газообразного горючего;
14 - компрессор;
15 - обратный клапан;
16 - магистраль утилизации сбросного потока (ретанта);
17 - магистраль выхода газовой фракции сепаратора.
Энергоустановка включает в себя высокотемпературный кислородно-водородный парогазогенератор 1, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат 2, включающий турбину 3 и блок водяного насоса 4. Валы турбины 3, водяного насоса 4, электрогенератора 5 кинематически связанны между собой. На выходе турбины установлен теплообменник 6 для охлаждения отработанного пара после турбины с целью частичной утилизации тепловой энергии. Магистраль 9 выхода рабочей среды теплообменника 6 соединена с сепаратором 10, магистраль выхода газовой фракции 17 которого, в свою очередь, соединена с расширительной емкостью 11, пневмоклапаном 12, фильтром тонкой очистки газообразного горючего 13, и далее через компрессор 14 и обратный клапан 15 закольцована с системой подачи газообразного горючего от емкости горючего 7.
Работа энергоустановки начинается с подачи компонентов топлива (например, газообразных кислорода и водорода) от емкостей 7 и 8 в парогазогенератор 1, где они сгорают с образованием высокотемпературного (~900°С) пара. Обладая высокой энергетикой, высокотемпературный пар приводит в действие турбину 3 турбонасосного агрегата 2 и кинематически связанные с ней водяной насос 4 и электрогенератор 5.
При работе энергоустановки после охлаждения в теплообменнике 6 отработанного пара на турбине 3, он конденсируется, и парогазовая среда переходит в двухфазный состав - газообразную и жидкую фракции. Жидкая фракция может использоваться по замкнутому циклу в ходе работы энергоустановки или утилизироваться. В газообразной же фракции возможно присутствие газообразного горючего, не вступившего в реакцию горения, накопление которого во внутренних полостях энергоустановки или в окружающем пространстве до опасной концентрации может привести к взрыву и/или пожару.
Для предотвращения этого, согласно полезной модели, предусмотрен фильтр тонкой очистки газообразного горючего 13, после очистки в котором, можно повторно использовать газообразное горючее, а не утилизировать в дожигателе. В качестве фильтра тонкой очистки газообразного горючего 13 можно использовать мембранный диффузионный фильтр. Мембранный диффузионный фильтр позволяет отделить газообразное горючее, например водород, от других газовых примесей с чистотой 99,9999% об.
Газообразная фракция после сепаратора 10, представляющего собой, например, фильтр типа «циклон» или электростатический фильтр, попадает в расширительную емкость 11. Из расширительной емкости 11 при открытии пневмоклапана 12 газообразное горючее подается в фильтр тонкой очистки газообразного горючего 13. После фильтра тонкой очистки газообразного горючего 13 оно компрессором 14 подается через обратный клапан 15 обратно в емкость горючего 7.
Сбросной поток (ретант), без присутствия взрывоопасных остатков горючего, по магистрали 16 направляется на дальнейшую утилизацию.
Таким образом, благодаря использованию полезной модели, повышается КПД энергоустановки, улучшаются условия экологичности эксплуатации и обеспечиваются требования пожаровзрывобезопасности.