ЗАМКНУТАЯ ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА НА НИЗКОКИПЯЩИХ ВЕЩЕСТВАХ

Полезная модель относится к теплосиловым установкам, в частности, к паросиловым, работающим на низкокипящих веществах.
Известна паросиловая установка с промежуточным перегревом пара, содержащая паровой котел, пароперегреватель, конденсатор, насос и две отдельные турбины - высокого и низкого давления, размещенные на одном валу, соединенном с электрогенератором (см., например, в книге В.А.Кирилин и др. Техническая термодинамика. Москва. Энергоатомиздат. 1983. стр.314-315).
Однако эта установка имеет низкий КПД.
Известна также ожижительная установка, работающая по методу Клода, содержащая компрессор, детандер, противоточный регенеративный теплообменник, электрогенератор и трубопровод (см., например, в книге В.А.Кириллин и др. Техническая термодинамика. Москва. Энергоатомиздат. 1983. стр.370-371).
Однако, согласно второму закону термодинамики непрерывное искусственное охлаждение не может происходить без затраты энергии.
Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является замкнутая паротурбинная установка на низкокипящих веществах, содержащая турбину, регенеративный подогреватель, компрессор, трубопровод, паропровод, конденсатор, насос (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №182739, МПК F 01 K 25/10, 1966 г.).
Однако, эта установка даже летом не может работать без топлива, так как температура окружающей среды, как правило, ниже 40°С, в то же время согласно первому закону термодинамики энергия может превращаться из одного вида в другой.
Задачей полезной модели является создание паротурбинной установки, работающей за счет тепловой энергии окружающей среды и уменьшение потерь на привод компрессора.
Это достигается тем, что турбина первой ступени через паропровод последовательно связана с отделителем жидкости, с компрессором, с противоточным регенеративным теплообменником, с турбиной второй ступени с промежуточным сосудом и вновь с отделителем жидкости, кроме того, отделитель жидкости дополнительно соединен через трубопровод с промежуточным сосудом, с насосом, с противоточным регенеративным теплообменником, с подогревателем и с турбиной первой ступени.
На чертеже представлена схема паротурбинной установки, работающей на холодных парах двуокиси углерода.
Замкнутая паротурбинная установка содержит турбину 1 первой ступени, связанную последовательно через паропровод 2 с отделителем жидкости 3, с компрессором 4, с противоточным регенеративным теплообменником 5, с турбиной 6 второй ступени, с промежуточным сосудом 7 и вновь с отделителем жидкости 3, кроме того, отделитель жидкости 3 дополнительно соединен через трубопровод 8 с промежуточным сосудом 7, с насосом 9, с противоточным регенеративным теплообменником 5, с подогревателем 10 и с турбиной 1 первой ступени. При этом вал турбины 1 первой ступени соединен с валом электрогенератора 11, а вал турбины 6 второй ступени соединен с валом электрогенератора 12.
1
1
1
2
2
2
3
3
4
4
3
3
Замкнутая паротурбинная установка работает следующим образом. Влажный пар двуокиси углерода, имеющий начальные параметры: давление p=51,895 бар, температуру T=289°К, удельный объем пара v"=6 дм/кг, из подогревателя 10 по паропроводу 2 поступает в турбину 1 первой ступени, где частично конденсируется и адиабатно расширяется. При адиабатном расширении влажного пара в 4 раза и показателе адиабаты 1,45-1,72 давление пара на выходе из турбины будет примерно в 10 раз меньше, чем в подогревателе, а удельный объем в 12 раз больше и составят р=5,18 бар, v"=72,464 дм/кг при Т=216,55°К, то есть масса жидкости будет примерно в два раза больше массы пара. Затем пар и конденсат направляются в отделитель жидкости 3, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар сжимается компрессором 4 и нагнетается в противоточный регенеративный теплообменник 5, на выходе из компрессора пар имеет давление примерно р=18 бар при температуре Т=320°К и степени сжатия E=2,5, в противоточном регенеративном теплообменнике пар охлаждается до температуры примерно 250°К при постоянном давлении и поступает в турбину 6 второй ступени, где частично конденсируется и адиабатно расширяется. При адиабатном расширении влажного пара в 2,2 раза и показателе адиабаты 1,45 давление пара на выходе из турбины 6 второй ступени будет примерно в три раза меньше, чем до входа в турбину и составит р=5,2 бар при Т=217°К, то есть масса жидкости примерно будет в два раза меньше массы пара, поэтому производительность турбины второй ступени должна быть в три раза больше, чем турбины первой ступени. Затем пар и жидкость направляются в промежуточный сосуд 7, где разделяются на пар и жидкость. Далее пар по паропроводу 2 вновь поступает в отделитель жидкости 3. И конденсат из отделителя жидкости 3 и промежуточного сосуда 7 нагнетается насосом 9 по трубопроводу 8 в противоточный
регенеративный теплообменник 5. В противоточном регенеративном теплообменнике 5 жидкость подогревается примерно до температуры 250°К и подается в подогреватель 10, где снова подогревается теплотой из окружающей среды. Затем жидкость подается в турбину первой ступени, и цикл замыкается. При этом для увеличения термического КПД цикла, число ступеней сжатия может быть увеличено.
Таким образом, при температуре выше 20°С эта установка может работать без топлива, то есть летом она может работать за счет тепловой энергии окружающей среды, кроме того если двуокись углерода заменить на зимнее рабочее вещество, например, на криптон, то она будет работать без топлива и зимой.