УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Полезная модель относится к области добычи газа, газового конденсата и нефти, и может быть использована в других отраслях производства для преобразования энергии сжатого газа в тепловую энергию.
7
Известным техническим решением является устройство для нагрева теплоносителя, содержащее источник механической энергии в виде газовой турбины с входным газовым каналом и выходным газовым каналом, соединенный с газовой турбиной насос, имеющий рабочее колесо, корпус с входным жидкостным каналом и выходным жидкостным каналом, а жидкостные каналы соединены с внешним замкнутым трубопроводным контуром, заполненным теплоносителем [Патент на полезную модель №49960. МПК F24H 4/00, F24D 3/02. Устройство для нагрева теплоносителя. - Опубликовано: 10.12.2005 Бюл.34].
Недостатком известного устройства является то, что устройство для нагрева теплоносителя снижает эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности и расширение области применения устройства для нагрева теплоносителя.
Техническим результатом является создание более совершенной конструкции устройства для нагрева теплоносителя, что позволит повысить эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для нагрева теплоносителя содержит источник механической энергии в виде газовой турбины, в состав которой входят корпус турбины, ротор турбины. Корпус турбины оснащен входным газовым каналом и выходным газовым каналом. Через трансмиссию газовая турбина соединена с насосом. Насос имеет рабочее колесо, корпус с входным жидкостным каналом и выходным жидкостным каналом. Жидкостные каналы соединены с внешним замкнутым трубопроводным контуром, заполненным жидким теплоносителем. Во внешний замкнутый трубопроводный контур включен потребитель тепловой энергии. Рабочее колесо насоса содержит диск из токопроводящего материала. В корпусе насоса по окружности размещены постоянные магниты, причем полярность магнитов чередуется в окружном направлении, с обеспечением возможности для наведения вихревых токов в диске из токопроводящего материала. На общем валу размещены ротор турбины, рабочее колесо насоса и диск из токопроводящего материала.
Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение эффективности работы при изменении давления и расхода газа в турбине. Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве устройств для нагрева теплоносителя.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемый графический материал.
На фигуре изображена схема предлагаемого устройства для нагрева теплоносителя.
Устройство для нагрева теплоносителя содержит источник механической энергии в виде газовой турбины, в состав которой входят корпус турбины 1, ротор турбины 2. Корпус турбины 1 оснащен входным газовым каналом 3 и выходным газовым каналом 4. Через трансмиссию 5 газовая турбина соединена с насосом. Насос имеет рабочее колесо 6, корпус 7 с входным жидкостным каналом 8 и выходным жидкостным каналом 9. Рабочее колесо 6 может иметь различные исполнения, в том числе исполнение в виде лопастного рабочего колеса (как в известных лопастных насосах) или исполнение в виде дискового рабочего колеса (как в известных дисковых насосах). Жидкостные каналы 8 и 9 соединены с внешним замкнутым трубопроводным контуром 10, заполненным жидким теплоносителем. Во внешний замкнутый трубопроводный контур 10 включен потребитель тепловой энергии 11. Рабочее колесо 6 насоса содержит, по крайней мере, один диск 12 из токопроводящего материала. Возможно применение двух и более дисков 12, установленных вместе с рабочим колесом 6 на валу 14. В корпусе 7 насоса по окружности размещены постоянные магниты 13, причем полярность магнитов чередуется в окружном направлении, с обеспечением возможности для наведения вихревых токов в диске 12 из токопроводящего материала. На общем валу 14 размещены ротор турбины 2, рабочее колесо 6 насоса и диск 12 из токопроводящего материала. В качестве токопроводящего материала, к примеру, могут использовать алюминиевые, титановые или медные сплавы. Диск 12 может быть цельным, кроме того диск 12 может быть выполнен сборным, состоящим из нескольких частей, и эти части могут отличаться геометрическими размерами и типом используемого конструкционного материала. Трансмиссия 5 может содержать подшипниковые опоры для размещения вала 14, а также уплотнительные устройства для разобщения полости с газом от полости с жидким теплоносителем (уплотнительное устройство на фигуре не показано).
Устройство для нагрева теплоносителя работает следующим образом.
Устройство для нагрева теплоносителя содержит источник механической энергии в виде газовой турбины, в состав которой входят корпус турбины 1, ротор турбины 2. Корпус турбины 1 оснащен входным газовым каналом 3 и выходным газовым каналом 4. Сжатый газ подают во входной газовый канал 3. В корпусе турбины 1 потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию, скоростной поток газа оказывает силовое воздействие на ротор турбины 2, вовлекая его во вращательное движение. При этом кинетическая энергия газа преобразуется в механическую энергию. Механическую энергию через вал 14 и трансмиссию 5 передают на рабочее колесо 6 насоса. На общем валу 14 размещены ротор турбины 2, рабочее колесо 6 насоса и диск 12 из токопроводящего материала. Насос имеет рабочее колесо 6, корпус 7 с входным жидкостным каналом 8 и выходным жидкостным каналом 9. Жидкостные каналы 8 и 9 соединены с внешним замкнутым трубопроводным контуром 10, заполненным жидким теплоносителем. В качестве жидкого теплоносителя могут использовать воду, масло или другие технические жидкости, применяемые в системах теплового снабжения и в теплообменниках. Рабочее колесо 6 насоса оказывает силовое воздействие на жидкий теплоноситель и создает поток жидкого теплоносителя. При вращении диск 12 также оказывает силовое воздействие на жидкий теплоноситель, за счет сил трения как в известных дисковых насосах. Часть механической энергии, таким образом, преобразуется в гидравлическую энергию с обеспечением циркуляции жидкого теплоносителя. Поток направлен от центра рабочего колеса 6 к выходному жидкостному каналу 9, что обусловлено действием центробежных сил при вращении жидкости внутри корпуса 7 насоса. От выходного жидкостного канала 9 поток отводят во внешний замкнутый трубопроводный контур 10, в который включен потребитель тепловой энергии 11. Далее поток возвращают к входному жидкостному каналу 8 и цикл циркуляции жидкого теплоносителя повторяется. При таком движении жидкого теплоносителя, как известно, гидравлическая энергия преобразуется в тепловую энергию, что обусловлено наличием гидравлических потерь энергии в местных гидравлических сопротивлениях и потерь на трение при движении жидкого теплоносителя в каналах замкнутого трубопроводного контура 10.
Рабочее колесо 6 насоса содержит диск 12 из токопроводящего материала. В корпусе 7 насоса по окружности размещены постоянные магниты 13, причем полярность магнитов чередуется в окружном направлении, с обеспечением возможности для наведения вихревых токов в диске 12 из токопроводящего материала. Как известно, при движении токопроводящего тела через магнитное поле, наводятся вихревые токи в самом токопроводящем теле, к примеру, эти процессы описаны в работе - [Ободовский Ю.В. Динамика механических устройств с постоянными магнитами // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. - 2004. - 18 с.]. За счет вихревых токов обеспечивают нагрев диска 12 из токопроводящего материала. Поскольку диск 12 размещен внутри корпуса 7 насоса, который заполнен жидким теплоносителем, тепловая энергия передается от диска 12 к жидкому теплоносителю, циркулирующему по замкнутому трубопроводному контуру 10. Таки образом, часть механической энергии преобразуют в тепловую энергию за счет вихревых токов в диске 12. Эта часть рабочего процесса не зависит от режима циркуляции жидкого теплоносителя, соответственно, эта часть рабочего процесса поддается независимой регулировке, например за счет изменения числа постоянных магнитов 13. Или за счет изменения зазора между магнитом 13 и диском 12, как в известных магнитных системах для вихретоковых замедлителей, в рамках известного электродинамического способа торможения. Как известно, при решении задачи о прохождении токопроводящего тела вдоль магнитной системы выбирается основной элемент торможения машин - цепочка постоянных магнитов с чередующейся полярностью. При выборе типа применяемых постоянных магнитов обеспечивается регулировка магнитной системы, с учетом возможного изменения количества магнитов в системе, с учетом изменения зазоров при установке магнитов. Известно также использование магнитных систем для преобразования механической энергии в тепловую энергию, где в качестве замедлителя используют магнитную муфту. При изменении давления и расхода газа в турбине изменяется частота вращения вала 14 и изменяется крутящий момент на валу 14, в этом случае для поддержания оптимального режима работы газовой турбины изменяют и режим работы насоса, и режим работы магнитной системы, с применением описанных выше способов регулирования.
В предлагаемом техническом решении используют два способа преобразования механической энергии в тепловую энергию, это гидравлический способ и способ на основе вихревых токов (электродинамический способ). С использование двух различных по природе процессов удается оптимизировать конструкцию устройства для нагрева теплоносителя, расширить возможности для регулирования устройства, и повысить, соответственно, эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине. Более широкие возможности для регулирования способствуют расширению области эффективного применения устройства для нагрева теплоносителя. С применением заявляемого технического решения имеются возможности для снижения массы и габаритов устройства для нагрева теплоносителя, в том числе для снижения массы насоса и замкнутого трубопроводного контура в целом. Достигается технический результат по созданию более совершенной конструкции устройства для нагрева теплоносителя, что позволяет повысить эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине.