RU2298654C1

RU2298654C1 - Binary power generating plant

Info

Publication number: RU2298654C1
Application number: RU2005134433/06A
Authority: RU
Inventors: Федор Данилович Тихонов (RU); Федор Данилович Тихонов
Original assignee: Федор Данилович Тихонов
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention can be used for power generation and for direct drive of mechanisms, for instance, pumps, used in irrigation. Proposed device has closed gas-liquid circuit for circulation of working medium including turbine to remove energy from working medium with rotor on sliding supports, main line to take off working medium from closed circuit for lubricating sliding supports, and main line to return medium after sliding supports into closed circuit. Take off of working medium is carried out on section where working medium is in liquid phase. Sliding support contains built-in labyrinth screw pump. Said labyrinth screw pump receives at input working medium as lubricating liquid and its forces said liquid through clearance between friction surfaces of sliding support of labyrinth screw pump. Turbine in closed gas-liquid circuit uses labyrinth screw seal as end seal, and to provide operation of the latter, in has device to control passage section of return main line of sliding support of labyrinth screw pump.

EFFECT: dispensing with self-contained lubrication system with oil pump, oil tank and other members from turbine system, simplified design, reduced cost of construction.

2 cl, 2 dwg

Description

Установка относится к энергомашиностроению и может применяться при создании электростанций для выработки электроэнергии, а также для непосредственного привода механизмов, например водяных насосов для полива плантаций. Энергию получают за счет сжигания различных видов топлива: углеводородного жидкого или газообразного, дров, угля, либо за счет утилизации сбросного тепла от металлургических и других предприятий, а также за счет тепла, полученного от природных источников.The installation relates to power engineering and can be used to create power plants to generate electricity, as well as for direct drive mechanisms, such as water pumps for irrigation of plantations. Energy is obtained by burning various types of fuel: liquid hydrocarbon or gaseous, firewood, coal, or by utilizing waste heat from metallurgical and other enterprises, as well as by heat obtained from natural sources.

Известны энергоустановки бинарные, содержащие замкнутый газожидкостной контур циркуляции рабочего тела с низкой температурой кипения (например, фреона), включающий в себя турбину для съема энергии с рабочего тела - [1] и [2] - прототип.Known binary power plants containing a closed gas-liquid circulation circuit of a working fluid with a low boiling point (for example, freon), including a turbine for collecting energy from a working fluid - [1] and [2] - prototype.

Однако их турбины выполнены с автономной системой смазки, что усложняет и удорожает их, а при применении масляной системы еще и делает их экологически не безупречными.However, their turbines are made with an autonomous lubrication system, which complicates and increases their cost, and when using an oil system, it also makes them environmentally unsafe.

Задачей предлагаемого устройства является упрощение и удешевление конструкции устройства путем исключения системы смазки, содержащей масляный бак, масляный насос и другие элементы.The objective of the proposed device is to simplify and cheapen the design of the device by eliminating the lubrication system containing the oil tank, oil pump and other elements.

Эта задача решается следующими нововведениями. В состав замкнутого газожидкостного контура циркуляции рабочего тела вводится магистраль отбора рабочего тела на жидкостном участке и магистраль слива рабочего тела после опоры скольжения обратно в замкнутый газожидкостной контур. А, по меньшей мере, одна опора скольжения (далее опора скольжения ЛОС) ротора турбины содержит встроенный в опору лабиринтно-винтовой насос (в качестве средства подачи смазывающей жидкости). Входная кольцевая полость опоры соединена с жидкостным участком замкнутого газожидкостного контура циркуляции рабочего тела через магистраль отбора рабочего тела, а выход из лабиринтно-винтового насоса соединен с входом в кольцевой зазор между трущимися поверхностями опор. Полость выхода смазывающей жидкости (которая является рабочим телом в жидкой фазе) из опоры скольжения ЛОС соединена магистралью слива с замкнутым газожидкостным контуром циркуляции рабочего тела.This problem is solved by the following innovations. The composition of the closed gas-liquid circuit of the circulation of the working fluid is introduced line selection of the working fluid in the liquid section and the drain line of the working fluid after the sliding support back into a closed gas-liquid circuit. And at least one sliding support (hereinafter referred to as VOC sliding support) of the turbine rotor comprises a labyrinth-screw pump integrated into the support (as a means of supplying lubricating fluid). The input annular cavity of the support is connected to the liquid portion of the closed gas-liquid circuit of the circulation of the working fluid through the selection line of the working fluid, and the outlet from the labyrinth-screw pump is connected to the entrance to the annular gap between the rubbing surfaces of the supports. The cavity of the outlet of the lubricating fluid (which is the working fluid in the liquid phase) from the VOC sliding support is connected by a drain line to a closed gas-liquid circulation circuit of the working fluid.

Перечисленные нововведения дают следующий технический результат: упрощается и удешевляется конструкция устройства, так как смазка опор скольжения ЛОС ротора турбины осуществляется рабочим телом, циркулирующим в энергоустановке бинарной.The listed innovations give the following technical result: the design of the device is simplified and cheaper, since the lubrication of the sliding supports of the VOCs of the turbine rotor is carried out by the working fluid circulating in the binary power plant.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема энергоустановки бинарной, а на фиг.2 изображен продольный разрез турбины. Стрелками ВХОД и ВЫХОД обозначены места входа на турбину и выхода из турбины рабочего тела, циркулирующего по замкнутому газожидкостному контуру. Словом ЛОС обозначена опора скольжения с встроенным лабиринтно-винтовым насосом. Турбина на фиг.2 приведена двухопорная, на опорах скольжения ЛОС.The proposed device is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a diagram of a binary power plant, and figure 2 shows a longitudinal section of a turbine. The INPUTS and EXITS arrows indicate the places of entry into the turbine and exit of the turbine of the working fluid circulating in a closed gas-liquid circuit. The word VOC denotes a sliding support with a built-in labyrinth-screw pump. The turbine in figure 2 shows a two-support, on the sliding supports VOC.

Энергоустановка бинарная содержит замкнутый газожидкостной контур 1, см. фиг.1, циркуляции рабочего тела, включающий в себя магистраль 2 отбора рабочего тела на смазку опор скольжения ЛОС и магистраль 3 слива рабочего тела из опор скольжения ЛОС обратно в замкнутый газожидкостной контур 1. В состав замкнутого газожидкостного контура 1 циркуляции рабочего тела входят также питательный насос 4, теплообменник-подогреватель 5, турбина 6, конденсатор 7. Турбина 6, см. фиг.1 и 2, имеет ротор 8, который установлен на двух опорах скольжения ЛОС 9, содержащих, каждая, встроенный лабиринтно-винтовой насос 10. Входная кольцевая полость 11 через штуцер 12 и магистраль отбора 2 соединена с жидкостным участком 13, см. фиг.1, замкнутого газожидкостного контура 1 циркуляции рабочего тела. А выход 14, см. фиг.2, из лабиринтно-винтового насоса 10 соединен со входом в кольцевой зазор А между трущимися коническими поверхностями подшипника 15 и цапфы 16. Полость 17 выхода из опоры соединена с магистралью слива 3, начальным участком которой является труба слива 18. На конце вала ротора 8 установлена полумуфта 19 для передачи мощности на электрогенератор или другой механизм. Турбина 6 имеет в качестве концевого уплотнения лабиринтно-винтовое уплотнение 20, разделяющее полость 22 входа рабочего тела в рабочее колесо 23 турбины 6 и полость 17 выхода смазывающей жидкости (рабочего тела в жидкой фазе) из опоры скольжения ЛОС. На трубе слива 18 установлено устройство 21 регулирования проходного сечения последней.The binary power plant contains a closed gas-liquid circuit 1, see Fig. 1, the circulation of the working fluid, which includes a line 2 for selecting the working fluid for lubrication of the sliding supports of the VOCs and a highway 3 for draining the working fluid from the sliding supports of the VOCs back to the closed gas-liquid circuit 1. closed gas-liquid circuit 1 of the circulation of the working fluid also includes a feed pump 4, a heat exchanger-heater 5, a turbine 6, a condenser 7. The turbine 6, see figure 1 and 2, has a rotor 8, which is mounted on two sliding supports VOC 9, containing x, each, an integrated labyrinth-screw pump 10. The inlet annular cavity 11 through the nozzle 12 and the selection line 2 is connected to the liquid section 13, see figure 1, a closed gas-liquid circuit 1 of the working fluid circulation. And the exit 14, see figure 2, from the labyrinth-screw pump 10 is connected to the entrance to the annular gap A between the friction conical surfaces of the bearing 15 and the pin 16. The cavity 17 of the outlet from the support is connected to the drain line 3, the initial section of which is a drain pipe 18. At the end of the rotor shaft 8, a half-coupling 19 is installed for transmitting power to an electric generator or other mechanism. The turbine 6 has a labyrinth screw seal 20 as an end seal, separating the cavity 22 of the input of the working fluid into the impeller 23 of the turbine 6 and the cavity 17 of the outlet of the lubricating fluid (working fluid in the liquid phase) from the VOC sliding support. On the drain pipe 18, a device 21 for regulating the flow area of the latter is installed.

В процессе работы энергоустановки бинарной рабочее тело, циркулируя по замкнутому газожидкостному контуру 1, передает энергию на турбину 6 и, проходя через конденсатор 7, из газообразной фазы переходит в жидкую. Далее питательным насосом 4 рабочее тело подается в теплообменник-подогреватель 5, в котором рабочее тело обратно из жидкой фазы переходит в газообразную. Из жидкостного участка 13 по магистрали 2 отбора рабочее тело поступает во входную кольцевую полость 11, из которой оно забирается на вход в лабиринтно-винтовой насос 10 и под давлением подается в зазор А между трущимися поверхностями подшипника 15 и цапфы 16.During the operation of the power plant, the binary working fluid, circulating through a closed gas-liquid circuit 1, transfers energy to the turbine 6 and, passing through the condenser 7, passes from the gaseous phase to the liquid one. Next, the working fluid is supplied by the feed pump 4 to the heat exchanger-heater 5, in which the working fluid is transferred back from the liquid phase to the gaseous one. From the liquid section 13 along the selection line 2, the working fluid enters the inlet annular cavity 11, from which it is taken to the entrance to the labyrinth-screw pump 10 and under pressure is fed into the gap A between the rubbing surfaces of the bearing 15 and the pin 16.

В полости 17 поддерживается (с помощью устройства 21 регулирования проходного сечения трубы слива 18) заданное давление рабочего тела в жидкой фазе. Это давление должно быть большим, чем давление в полости 22 перед рабочим колесом 23 турбины 6. Только в этом случае эффективно работает лабиринтно-винтовое уплотнение 20. Уменьшение проходного сечения трубы слива 18 приводит к повышению давления рабочего тела в полости 17. Свойства лабиринтно-винтового насоса таковы, что малое изменение расхода (что равнозначно изменению сопротивления на выходе из насоса или изменению проходного сечения трубы слива) приводит к значительному изменению напора (давления) рабочего тела на выходе из лабиринтно-винтового насоса. Это свойство и обеспечивает работоспособность опор скольжения ЛОС: на участке, где зазор А меньше, давление смазывающей жидкости больше.In the cavity 17, a predetermined pressure of the working fluid in the liquid phase is maintained (using the device 21 for regulating the flow passage of the drain pipe 18). This pressure should be greater than the pressure in the cavity 22 in front of the impeller 23 of the turbine 6. Only in this case, the labyrinth-screw seal 20. The decrease in the bore of the discharge pipe 18 leads to an increase in the pressure of the working fluid in the cavity 17. Properties of the labyrinth-screw the pump are such that a small change in flow rate (which is equivalent to a change in resistance at the outlet of the pump or a change in the bore of the drain pipe) leads to a significant change in the pressure (pressure) of the working fluid at the outlet of the labyrinth feed pump. This property ensures the operability of the VOC sliding bearings: in the area where the clearance A is less, the pressure of the lubricating fluid is greater.

Источники информации.Information sources.

1. Научно-техническая газета «Энергопрогресс», спецвыпуск, октябрь 2002 г., стр.4, статья «Бинарные электрические станции».1. Scientific and technical newspaper “Energoprogress”, special issue, October 2002, p. 4, article “Binary power plants”.

2. Журнал «Тяжелое машиностроение», ISSN 0131-1336 №8/2002, стр.13...15 рис.5 на стр.14, бинарная электрическая станция (БЭС).2. Magazine "Heavy Engineering", ISSN 0131-1336 No. 8/2002, p. 13 ... 15 fig. 5 on p. 14, binary power station (BES).

Claims

1. Энергоустановка бинарная, содержащая замкнутый газожидкостной контур циркуляции рабочего тела, включающий в себя турбину для съема энергии с рабочего тела, с ротором на опорах скольжения, отличающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, одну опору скольжения ЛОС, которая содержит встроенный лабиринтно-винтовой насос (в качестве средства подачи смазывающей жидкости в зазор между трущимися поверхностями опоры), входная кольцевая полость которого соединена магистралью отбора рабочего тела с жидкостным участком замкнутого газожидкостного контура, при этом выход из лабиринтно-винтового насоса соединен с входом в кольцевой зазор между трущимися поверхностями опоры скольжения ЛОС, а полость выхода смазывающей жидкости из опоры скольжения ЛОС соединена магистралью слива с замкнутым газожидкостным контуром циркуляции рабочего тела.1. Binary power plant, containing a closed gas-liquid circulation circuit of the working fluid, including a turbine for collecting energy from the working fluid, with a rotor on sliding bearings, characterized in that it has at least one VOC sliding bearing, which contains a built-in labyrinth - a screw pump (as a means of supplying a lubricating fluid to the gap between the rubbing surfaces of the support), the inlet annular cavity of which is connected by a selection line of the working fluid to the liquid portion of the closed gas-liquid th circuit, while the output of the labyrinth-screw pump connected to the inlet into the annular gap between the friction surfaces of the sliding bearing VOC, and the cavity exit of lubricant LOS sliding support connected manifold drain closed loop gas-liquid working fluid circulation.

2. Энергоустановка бинарная по п.1, отличающаяся тем, что она имеет лабиринтно-винтовое уплотнение (в качестве концевого уплотнения турбины) между полостью входа рабочего тела в турбину и полостью выхода смазывающей жидкости из опоры скольжения ЛОС и имеет устройство регулирования проходного сечения магистрали слива из опоры скольжения ЛОС.2. The binary power plant according to claim 1, characterized in that it has a labyrinth-screw seal (as the end seal of the turbine) between the cavity of the input of the working fluid into the turbine and the cavity of the outlet of the lubricating fluid from the VOC sliding support and has a device for regulating the passage section of the drain line from a sliding support VOC.