ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
ELECTRIC POWER STATION

Настоящее изобретение относится к области энергетического строительства и может найти применение в качестве электростанции.
Известна дизель-генераторная установка ДГА-100-2, содержащая раму, на которой установлены: дизельный двигатель о топливным баком, генератор электрического тока, имеющий возбудитель, механически соединенный о дизельным двигателем, пульт управления. Число оборотов дизеля 1500, мощность дизель-генератора 100 кВт, род тока - переменный, напряжение - 230 и 400 В. /Государственный Комитет Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению, 1 серия. Машиностроение и автоматика, Дизелестроение, УБТИ, М., 1961, с.71-76, рис.10/.
Недостатками известного дизель-генератора являются: большие тепловые потери в дизеле, большой расход топлива, сильные вибрация и шум, низкий КПД.
Указанные недостатки обусловлены высокотемпературными процессами, протекающими в дизельном двигателе, наличии кривошипно-шатунного механизма, большими движущимися массами.
Известна также паротурбинная электростанция, содержащая здание электростанции, разгрузочное устройство, склад угля, дробильную установку, ленточные транспортеры, систему пылеприготовления, насосную водяную станцию, деаэраторы, парогенератор, паровую турбину, генератор электрического тока, тепловые щиты управления, повышающую подстанцию /Сазанов Б.В. Тепловые электрические станции. Учебное пособие для техникумов. М.: Энергия, 1974, с.22, рис.3-1/.
Паротурбинная электростанция, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.
Недостатками известной паротурбинной электростанции, принятой за прототип, являются: сложность конструкции, большие потери тепловой энергии, сильное загрязнение окружающей среды, большой расход топлива и воды, большое количество золы и шлака в отходах, высокая стоимость строительства и эксплуатации.
Указанные недостатки обусловлены использованием угля и воды в технологическом процессе, выбранной схемой получения электроэнергии, высокими рабочими температурами.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик тепловой электростанции.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что разгрузочное устройство, склад угля, дробильная установка, система пылеприготовления, насосная станция воды, деаэраторы, парогенератор, паровая турбина, регенеративные подогреватели, система золоудаления заменены силовой энергетической установкой, выполненной в форме нескольких, одинаковых по конструкции блоков, каждый из которых представляет собой пустотелый тор, установленный вертикально, имеющий внутри верхней части клапан, а в нижней части соединенный с впускной и выпускной полостями лопастного двигателя, причем ротора всех лопастных двигателей закреплены на общем валу, который соединен с генератором электрического тока, выход которого через тепловой щит управления подключен к входу повышающей подстанции, и с валом дополнительного генератора привода электродвигателей вспомогательных агрегатов и зарядки аккумуляторных батарей, кроме того, в средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, топка которого имеет выпускную трубу и связана с насосным узлом, включающим в себя воздухонагнетатель, форсунку, насос подачи жидкого топлива, приводимые в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или от дополнительного генератора, воспламеняющее устройство, с другой стороны водотрубный охладитель, связанный с системой охлаждения, имеющей компрессор, приводимый в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или от дополнительного генератора, радиатор охлаждения, фильтр-осушитель, капилярную насадку, открывающуюся внутрь корпуса-испарителя, соединенные между собой трубопроводами, терморегулятор, включенный в цепь электродвигателя привода компрессора, причем система охлаждения заполнена фреоном, кроме того, внутренняя полость каждого тора заполнена низкокипящей жидкостью, являющейся рабочим телом силовой энергетической установки, механизмы управления которой связаны с системой регулирования подачи топлива и воздуха водотрубного нагревателя и системой регулирования степени охлаждения водотрубного охладителя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид электростанции, на фигуре 2 - общий вид силовой энергетической установки, на фигуре 3 - вид на силовую энергетическую установку спереди; на фигуре 4 - разрез по А-А фигуры 3, на фигуре 5 - разрез по Б-Б фигуры 3, на фигуре 6 - принципиальная схема силовой энергетической установки.
Электростанция содержит здание, часть которого отведена под машинный зал 1, вторая часть - зал управления электростанцией 2 и третья часть - помещение повышающей подстанции 3. Территория электростанции обнесена забором 4. Внутри машинного зала размещена силовая энергетическая установка 5, состоящая из нескольких блоков 6. Силовая энергетическая установка посредством муфты 7 соединена с дополнительным генератором 8 привода вспомогательных агрегатов, а посредством муфт 9, 10 и разобщительного устройства 11 с основным генератором электрического тока 12, который через тепловой щит управления электрически соединен с первичной обмоткой повышающего трансформатора повышающей подстанции, вторичная обмотка которого соединена с сетью потребителей. Все блоки силовой энергетической установки одинаковы по конструкции и каждый из них представляет собой корпус 13 в форме пустотелого тора, установленный вертикально и имеющий внутри верхней части клапан 14, а в нижней части соединенный с впускной и выпускной полостями лопастного двигателя, содержащего корпус 15, ротор 16, продольная ось которого смещена относительно продольной оси корпуса, имеющий радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти 17. Роторы всех лопастных двигателей закреплены на общем валу 18. В средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, а с другой стороны водотрубный охладитель. Водотрубный нагреватель содержит корпус 19, охватывающий водяные трубы 20 тора, топку 21, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью нагревателя и оканчивается выпускной трубой 22. На корпусе топки установлены форсунка 23 и воспламеняющее устройство 24. К корпусу топки прикреплен насосный агрегат 25, имеющий воздухонагнетатель 26, приводимый в движение электродвигателем 27, питаемым от аккумулятора или от дополнительного генератора, топливный насос с изменяемой подачей топлива, трубопроводами соединенный о форсункой и топливным баком (на чертежах не показаны).
4
3
8
Водотрубный охладитель содержит корпус-охладитель 28, охватывающий водяные трубы 29 тора, компрессор 30, приводимый в движение электродвигателем 31, питаемым от аккумулятора или от дополнительного генератора, радиатор охлаждения 32, фильтр-осушитель 33, капиллярную насадку 34, открывающуюся во внутрь корпуса-охладителя. Все узлы соединены между собой трубопроводами и заполнены фреоном. На корпусе-охладителе закреплен терморегулятор 35, включенный в цепь электродвигателя привода компрессора. Внутренние полости торов заполнены низкокипящей жидкостью 36. Состав низкокипящей жидкости может быть CH, Ar, CH в воде, а также этиловый эфир 50%, углеводороды низкокипящие 45%, изопропилиитрат 5%; спирт технический 70%, вода 30%. Механизмы управления силовой энергетической установкой связаны с системами подачи топлива и воздуха в водотрубный нагреватель и с системами регулирования степени охлаждения.
Работа электростанции.
Для начала необходимо запустить силовую энергетическую установку 5. Поворотом ручки разобщительного устройства 11 основной генератор электрического тока 12 отключается от силовой энергетической установки 5. Электродвигатели 27 и 31 подключаются к аккумуляторам, не показанным на чертежах. При этом газообразный фреон засасывается компрессором 30 из корпуса-охладителя (испарителя) 28, сжимается, нагревается и в жидком виде поступает в радиатор охлаждения 32. Охлажденный жидкий фреон проходит через фильтр-осушитель 33 и поступает в капиллярную насадку 34, где и распыляется внутрь корпуса-охладителя 28, отбирая тепло от стенок водяных труб 29 тора и тем самым охлаждая низкокипящую жидкость 36. В то же время электродвигатель 27 приводит в движение насосный агрегат 25. В топку 21 впрыскивается топливо через форсунку 23 и подается воздух воздухонагнетателем 26. В топке топливо смешивается и воздухом и зажигается посредством воспламеняющего устройства 24. Разогретые газы поднимаются вверх, обтекая водяные трубы 20 тора, и выходят через выпускную трубу 22, разогревая низкокипящую жидкость 36 с одной стороны и охлаждая ее с другой стороны. Нагретая до небольшой температуры низкокипящая жидкость закипает, увеличивается в объеме, закрывает клапан 14 и создает высокое давление внутри тора. Под действием давления лопасти 17 поворачиваются, заставляя вал 18 вращаться. Пройдя через корпус 15 лопастного двигателя, низкокипящая жидкость попадает в зону охлаждения, проходит по водяным трубам 29, ее давление и объем уменьшаются, и она через клапан 14 возвращается в зону нагрева.
Клапан 14 обеспечивает движение низкокипящей жидкости 36 только в одном направлении, как показано стрелками на фигуре 6. Скорость движения низкокипящей жидкости внутри тора и соответственно частота вращения вала 18 регулируются степенью нагрева и охлаждения, а мощность на упомянутом валу - количеством работающих блоков 6. Как только вал 18 наберет необходимую частоту вращения, электродвигатели 27 и 31 отключаются от аккумуляторов и подключаются к цепи дополнительного генератора 3. Затем поворотом рукоятки разобщительного устройства 11 основной генератор электрического тока 12 соединяется с силовой энергетической установкой 5. Вырабатываемый электрический ток через тепловой щит управления поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора (на чертежах не показан) повышающей подстанции 3 и далее снимается со вторичной обмотки повышающего трансформатора и поступает потребителям. Так же работают и остальные блоки 6 силовой энергетической установки 5. В утренние и ночные часы, когда потребителей недостаточно, часть блоков 6 может быть отключена. Для остановки силовой энергетической установки необходимо отключить электродвигатели 27 и 31, остановить подачу топлива и воздуха в водотрубный нагреватель и остановить работу системы охлаждения. После чего вал 18 остановится.
Положительный эффект: нет необходимости нагревать рабочее тело до высокой температуры, вследствие чего уменьшаются тепловые потери, экономия топлива, не требуется большого расхода воды, упрощается технологический процесс получения электроэнергии, улучшается экологическая обстановка, удешевляется строительство электростанции, снижается стоимость выработки 1 кВт/часа электроэнергии.