ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
POWER PLANT

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли.
Одна из острых проблем в нефтегазовом секторе сегодня - это проблема утилизации попутного нефтяного газа. В настоящий момент попутный нефтяной газ в огромном количестве сжигается на факелах. Использование попутного нефтяного газа в энергетике позволит решить проблему теплового и энергетического снабжения нефтяных компаний. При добыче нефти существует практика использования попутного нефтяного газа для выработки электроэнергии для промысловых нужд.
Известна энергетическая машина для утилизации попутного нефтяного газа, содержащая корпус в виде вытяжной трубы, сообщенной с атмосферой входом и выходом, лопаточную машину, кинематически соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа, теплообменник, компрессор и турбину, которые кинематически соединены между собой и дополнительным агрегатом полезной нагрузки, образуя турбокомпрессор. Вход компрессора сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в нижней ее части, а выход его сообщен с входом турбины через полость холодной части теплообменника, которая размещена в высокотемпературной зоне камеры сгорания. Выход турбины сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в зоне подвода попутного нефтяного газа камеры сгорания (патент РФ №2488705, МПК: F02C 1/02 - прототип).
Указанная энергетическая машина работает следующим образом.
Попутный нефтяной газ через элементы подвода попутного нефтяного газа вместе со свободно поступающим холодным воздухом из атмосферы с минимальными потерями напора подается в камеру сгорания и сгорает, выделяя определенное количество теплоты. Часть холодного воздуха, не участвующая в процессе горения вместе с продуктами сгорания, образуя рабочее тело, вводится в канал отвода рабочего тела корпуса вытяжной трубы, который сообщается с атмосферой. В результате, из-за повышения температуры продуктов сгорания в поле силы тяжести создается положительная разница плотностей на входе и выходе из энергетической машины. За счет разницы плотностей нагретых газов внутри вытяжной трубы и столба холодного атмосферного воздуха вне трубы создается вытяжной поток. Кинетическая энергия вытяжного потока рабочего тела используется для вращения лопаточной машины, расположенной на выходе из корпуса вытяжной трубы. Крутящий момент от лопаточной машины передается на агрегат полезной нагрузки, в виде электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.
Компрессор сжимает воздух и направляет его в полость холодной части теплообменника. Нагретый в теплообменнике воздух поступает в турбину и далее во внутреннюю полость корпуса вытяжной трубы в зону подвода попутного нефтяного газа в камеру сгорания. Работа расширения предварительно сжатого в компрессоре и нагретого в теплообменнике воздуха в турбине используется для привода компрессора и дополнительного электрогенератора. При запуске энергетической машины электрогенератор работает в режиме стартера.
Основными недостатками данной энергетической машины являются значительная сложность конструкции, а также значительные габариты и вес, обусловленные принятой компоновкой элементов конструкции энергетической машины.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание энергетической установки, конструкция которой позволит обеспечить высокую производительность и компактность путем увеличения термического коэффициента полезного действия.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная энергетическая установка согласно изобретению содержит камеру сгорания, во внутренней полости которой расположена горелка, представляющая собой глухой патрубок с прикрепленными к нему пилонами, равномерно расположенными по окружности и имеющими в поперечном сечении V-образную форму, в которых выполнены каналы для выхода топлива, запальное устройство, размещенное на боковой поверхности камеры сгорания, турбокомпрессор, состоящий из связанных между собой турбины и компрессора, соединенного с электрогенератором, при этом турбина турбокомпрессора расположена во входной части камеры сгорания, а выход компрессора соединен с помощью трубопроводов с теплообменником, расположенным в выходной части камеры сгорания, причем на выходе теплообменника расположена дымовая труба.
Предлагаемая конструкция энергетической установки, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышения производительности и уменьшения габаритов и массы энергетической установки путем увеличения термического коэффициента полезного действия.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид энергетической установки, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез камеры сгорания энергетической установки, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез пилона горелки.
Предложенная энергетическая установка содержит камеру сгорания 1, во внутренней полости которой расположена горелка 2, представляющая собой глухой патрубок 3 с прикрепленными к нему пилонами 4, равномерно расположенными по окружности и имеющими в поперечном сечении V-образную форму, в которых выполнены глухие каналы 5 и ряды отверстий 6 для выхода топлива, запальное устройство 7, размещенное на боковой поверхности камеры сгорания 1, турбокомпрессор 8, состоящий из связанных между собой турбины 9 и компрессора 10, соединенного с электрогенератором 11, при этом турбина 9 турбокомпрессора 8 расположена во входной части камеры сгорания 1, а выход компрессора 10 соединен с помощью трубопроводов 12 с теплообменником 13, расположенным в выходной части камеры сгорания 1, причем на выходе теплообменника 13 расположена дымовая труба 14.
Предложенная энергетическая установка работает следующим образом.
С помощью пускового устройства производится раскрутка ротора турбокомпрессора 8. Компрессор 10 турбокомпрессора 8 сжимает воздух, поступающий из окружающей среды, и направляет его по трубопроводам 12 в теплообменник 13 и далее в камеру сгорания 1. Топливо поступает в глухой патрубок 3 горелки 2 и далее равномерно распределяется по глухим каналам 5, выполненным в пилонах 4. В камеру сгорания 1 топливо попадает через отверстия 6, выполненные в пилонах 4. В камере сгорания 1 топливо смешивается с воздухом и воспламеняется от запального устройства 7. Смесь топлива и воздуха сгорает в камере сгорания 1, выделяя определенное количество тепла. Образовавшееся тепло нагревает в теплообменнике 13 воздух, который поступает из компрессора 10. Нагретый воздух поступает в турбину 9 и далее в камеру сгорания 1. Работа, совершаемая сжатым в компрессоре 10 и нагретым в теплообменнике 13 воздухом, при расширении его в турбине 9, используется для привода компрессора 10 и электрогенератора 11. Продукты сгорания топлива из теплообменника 13 поступают в дымовую трубу 14 и далее в атмосферу. Вырабатываемая электроэнергия направляется различным потребителям.
Использование предложенного технического решения позволит повысить производительность и уменьшить габариты и массу энергетической установки путем увеличения термического коэффициента полезного действия.