RU2568378C2 - Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер - Google Patents

Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер Download PDF

Info

Publication number
RU2568378C2
RU2568378C2 RU2011118724/06A RU2011118724A RU2568378C2 RU 2568378 C2 RU2568378 C2 RU 2568378C2 RU 2011118724/06 A RU2011118724/06 A RU 2011118724/06A RU 2011118724 A RU2011118724 A RU 2011118724A RU 2568378 C2 RU2568378 C2 RU 2568378C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluid
section
engine
generator
expansion
Prior art date
Application number
RU2011118724/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011118724A (ru
Inventor
Джакомо ЛАНДИ
ДЕЛЬ ГРЕКО Альберто СКОТТИ
Серджио ПАЛОМБА
Габриеле МАРИОТТИ
Original Assignee
Нуово Пиньоне С.п.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нуово Пиньоне С.п.А. filed Critical Нуово Пиньоне С.п.А.
Publication of RU2011118724A publication Critical patent/RU2011118724A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2568378C2 publication Critical patent/RU2568378C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Энергетическая установка содержит турбодетандер, содержащий расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала. Расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды. Насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора и выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в указанной энергетической установке. Двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью вывода электрического тока. Часть потока жидкости под повышенным давлением, циркуляция которого поддерживается насосной секцией, перекачивается к теплообменнику, а другая часть использована для охлаждения двигательно-генераторной секции. Достигается уменьшение размера опорной поверхности и снижение затрат. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты выполнения изобретения, рассмотренного в данном документе, относятся, в целом, к энергетическим установкам и, более конкретно, к турбодетандерам.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В цикле Ренкина используется рабочая текучая среда, которая циркулирует в замкнутом цикле и отбирает тепло от источника тепла или горячего резервуара с созданием потока горячего газа, который расширяется при прохождении через турбину с обеспечением выработки энергии. Расширенный поток конденсируется в конденсаторе вследствие передачи тепла к холодному резервуару и вновь сжимается до давления нагрева для завершения цикла. Энергетические установки, например газовые турбины или поршневые двигатели (первичная установка), создают горячие выхлопные газы, которые либо используются в последующем процессе выработки энергии (вторичной установкой), либо выпускаются в виде отработанного тепла в окружающую среду. Например, выхлоп крупногабаритного двигателя может быть утилизирован в установках утилизации отработанного тепла, используемых для получения дополнительной энергии, с повышением тем самым общей эффективности установки. На фиг.1 показана обычная утилизационная энергетическая установка, работающая по циклу Ренкина.
Энергетическая установка 100 содержит теплообменник 2, также известный как бойлер или испаритель, расширитель 4, конденсатор 6 и насос 8. В процессе эксплуатации, если начинать с теплообменника 2, внешний источник 10 тепла, например горячие топочные газы, нагревает теплообменник 2. Это вызывает превращение полученной сжатой жидкой среды 12 в сжатый пар 14, который течет к расширителю 4. Расширитель 4 принимает поток 14 сжатого пара и может вырабатывать энергию 16 в процессе расширения указанного сжатого пара. Поток 18 расширенного пара под пониженным давлением, выпущенный из расширителя 4, поступает в конденсатор 6, который конденсирует указанный поток 18 с получением потока 20 жидкости под пониженным давлением. Указанный поток 20 затем поступает в насос 8, который создает поток 12 жидкости под повышенным давлением, а также поддерживает циркуляцию в установке с замкнутым контуром. Поток 12 затем проходит в теплообменник 2 для продолжения этого процесса.
Одной рабочей текучей средой, которая может использоваться в цикле Ренкина, является органическая рабочая текучая среда. Такая органическая рабочая текучая среда называется текучей средой органического цикла Ренкина (ОЦР). Установки ОЦР были разработаны в качестве средств модернизации, предназначенных для двигателей, а также для малогабаритных и среднегабаритных газовых турбин, и обеспечивающих извлечение отработанного тепла из потока горячего топочного газа. Указанное отработанное тепло может использоваться во вторичной энергетической установке для выработки до 20% энергии в дополнение к энергии, вырабатываемой двигателем, создающим горячие топочные газы.
Поскольку такая текучая среда ОЦР может войти в непосредственный контакт с высокотемпературными выхлопными газами газовой турбины (имеющими температуру приблизительно 500°C), то из соображений безопасности необходимо принять меры для предотвращения непосредственного контакта между указанной средой (например, циклопентаном) и выхлопными газами турбины. Используемый в настоящее время способ ограничения температуры поверхностей теплообменника в испарителе, который содержит рабочую текучую среду ОЦР, заключается во введении промежуточного термомасляного контура в теплообменную установку для обеспечения предотвращения циркуляции текучей среды ОЦР по выхлопной трубе турбины.
Возможно использование промежуточного термомасляного контура между горячим топочным газом и испаряемой текучей средой ОЦР. В этом случае указанный контур используется в качестве промежуточного теплообменника, т.е. тепло передается от горячего топочного газа к маслу, находящемуся в собственной установке с замкнутым контуром, а затем от масла к текучей среде ОЦР при помощи отдельного теплообменника, как показано в двойной теплообменной гидросхеме 200 на фиг.2. Сначала обеспечивается нагнетание масла из резервуара 206 для хранения масла с помощью насоса 208 через теплообменник 210. Тепло вводится в виде выхлопа, например, турбины 202, проводится через теплообменник 210 и выводится через выхлопную трубу 204. Затем уже нагретое масло проходит по термомасляному контуру 228 к испарителю 212, обеспечивающему испарение текучей среды ОЦР, находящейся во второй автономной гидросхеме 226, и проходит далее через подогреватели 214, которые охлаждают масло и подогревают текучую среду ОЦР перед возвращением масла к резервуару 206 для хранения масла.
В процессе эксплуатации гидросхемы 226 ОЦР, если начинать с насоса 216, поток жидкости ОЦР под пониженным давлением поступает в насос 216, который создает поток жидкости ОЦР под повышенным давлением, а также поддерживает циркуляцию в установке с замкнутым контуром. Затем поток жидкости ОЦР под повышенным давлением прокачивается через рекуператор 218 и подогреватели 214 до начала испарения в теплообменнике/испарителе 212. В результате этого принятая сжатая жидкая среда 12 ОЦР преобразуется в сжатый пар ОЦР, который проходит к расширителю 220, механически присоединенному к генератору 222 (или аналогичному устройству). Расширитель 220 принимает указанный пар для содействия в выработке энергии и создает поток расширенного пара ОЦР под пониженным давлением, который продолжает течь обратно через рекуператор 218 и далее к конденсатору 224, который конденсирует указанный поток с получением потока жидкости ОЦР под пониженным давлением.
Таким образом, промежуточный термомасляный контур обеспечивает возможность изоляции текучей среды ОЦР от непосредственного воздействия горячего топочного газа. Кроме того, несмотря на то что масло, используемое в указанном контуре, является воспламеняемым, оно в целом менее воспламеняемо по сравнению с рабочими текучими средами ОЦР. Однако данная термомасляная система занимает дополнительное физическое пространство, а ее стоимость может составлять до четверти стоимости установки ОЦР.
Как видно из фиг.1 и 2, в цикле Ренкина используются многочисленные компоненты. Как показано на фиг.2, генератор 222 может быть механически присоединен к расширителю 220 с обеспечением создания используемой энергии. Один способ присоединения расширителя к генератору проиллюстрирован на фиг.3. Изначально расширитель 220 содержит вал 302, который вращается во время расширения текучей среды. Указанный вал 302 присоединен к редуктору 304, который преобразует механическую энергию в требуемую скорость вращения генератора 222. Указанная скорость вращения и соответствующая энергия передаются через вал 306 от редуктора 304 к генератору 222. В расширителе 220 выполнены сухие газовые уплотнения 308, обеспечивающие предотвращения протечки текучей среды ОЦР (или другой среды, используемой в цикле Ренкина) в атмосферу через место входа вала 302 в расширитель 220. Указанные уплотнения могут быть описаны как работающие без смазки бесконтактные механические торцевые уплотнения, которые содержат стыковочное или вращающееся кольцо и первичное или стационарное кольцо. При эксплуатации канавки во вращающемся кольце создают гидродинамическую силу, вызывающую отделение стационарного кольца с созданием зазора между указанными двумя кольцами. Эти уплотнения называются «сухими», так как они не требуют смазочного масла, что, среди прочего, значительно снижает требования к их техническому обслуживанию. Как и во многих механических процессах, упрощение систем и/или уменьшение количества компонентов может снизить стоимость.
Соответственно, имеется необходимость в создании установок и способов для уменьшения опорной поверхности и стоимости энергетических установок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения предложена установка для выработки энергии. Указанная установка содержит турбодетандер, содержащий расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала, причем расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды, насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора и выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в энергетической установке, а двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения предложен турбодетандер. Указанный турбодетандер содержит турбодетандер, содержащий только расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала, и имеющий только два впуска для текучей среды и только два выпуска для текучей среды, причем указанный турбодетандер не содержит компрессорную секцию, при этом расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды, насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора, выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в энергетической установке и содержит одну или более ступеней, двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока, конденсатор проточно сообщается с выпускной стороной расширительной секции и выполнен с возможностью приема и конденсации расширенного парообразного потока текучей среды с получением жидкого потока текучей среды, а теплообменник проточно сообщается с выпускной стороной насосной секции и выполнен с возможностью приема жидкого потока текучей среды и создания парообразного потока текучей среды.
В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложена установка для выработки энергии. Указанная установка содержит турбодетандер, содержащий только расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала, причем указанный турбодетандер имеет только два впуска для текучей среды и только два выпуска для текучей среды и не содержит компрессорную секцию, при этом расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника, выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды и содержит одну или более ступеней, насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора, выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в энергетической установке и содержит одну или более ступеней, двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока, конденсатор проточно сообщается с выпускной стороной расширительной секции и выполнен с возможностью приема и конденсации расширенного парообразного потока текучей среды с получением жидкого потока текучей среды, а теплообменник проточно сообщается с выпускной стороной насосной секции и выполнен с возможностью приема жидкого потока текучей среды и создания парообразного потока текучей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Иллюстративные варианты выполнения изображены на сопроводительных чертежах, на которых:
фиг.1 изображает цикл Ренкина,
фиг.2 изображает цикл Ренкина и промежуточную термомасляную систему,
фиг.3 изображает расширитель, механически присоединенный к генератору,
фиг.4 изображает цикл Ренкина с турбодетандером в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
фиг.5 изображает цикл Ренкина с турбодетандером с двумя расширительными секциями в соответствии иллюстративными вариантами выполнения,
фиг.6 изображает цикл Ренкина с турбодетандером и промежуточную термомасляную систему в соответствии иллюстративными вариантами выполнения,
фиг.7 изображает турбодетандер в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения и
фиг.8 изображает турбодетандер с технологическим газом, поступающим последовательно в две расширительные секции в соответствии иллюстративными вариантами выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Более того, приведенное ниже подробное описание не ограничивает данное изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения.
Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.
Как изложено в разделе «Предпосылки изобретения» и показано на фиг.1, для отбора части энергии отработанного тепла в энергетических установках может использоваться цикл Ренкина. Для отбора части энергии отработанного тепла от первичной установки, которая расходует энергию, может использоваться вторичная установка. В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, как показано на фиг.4, компоненты, используемые для выработки энергии, могут быть объединены с обеспечением снижения затрат и размера опорной поверхности, а также предотвращения выделения загрязняющих веществ в окружающую среду при сохранении эффективной выработки электроэнергии.
В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения энергетическая установка 400, изображенная на фиг.4, содержит теплообменник 410, турбодетандер 402 (содержащий расширительную секцию 404, двигательно-генераторную секцию 406 и насосную секцию 408), конденсатор 224 и рекуператор 218. Если описывать указанную установку с замкнутым контуром, начиная с теплообменника 410, выхлопные газы из турбины 202 обтекают теплообменник 410 и нагревают его, прежде чем выйти из выхлопной трубы 204. Это приводит к тому, что сжатая жидкая среда превращается в сжатый пар, который течет к расширительной секции 404 турбодетандера 402. Секция 404 принимает поток сжатого пара, который приводит во вращение рабочее колесо, прикрепленное к валу (показано на фиг.7), по мере расширения указанного пара, что создает возможность вырабатывания электрического тока двигательно-генераторной секцией 406. В одном варианте применения вал расширительной секции 404 также является валом двигательно-генераторной секции 406. Кроме того, указанный вал используется в качестве вала насосной секции 408 турбодетандера 402 для получения энергии, используемой указанной секцией 408 для повышения давления жидкой среды. В другом иллюстративном варианте выполнения каждая секция содержит свой собственный вал, однако все указанные валы присоединены друг к другу с обеспечением совместного вращения.
Высвобождаемый из секции 404 поток расширенного пара под пониженным давлением проходит через рекуператор 218 для осуществления теплообмена, а затем поступает в конденсатор 224, который конденсирует указанный поток с получением потока жидкости под пониженным давлением. Затем указанный поток жидкости поступает в насосную секцию 408 турбодетандера 402, которая создает поток жидкости под повышенным давлением, а также поддерживает циркуляцию в установке с замкнутым контуром. Затем поток жидкости под повышенным давлением перекачивается к теплообменнику 410 для продолжения этого процесса. Часть потока жидкости под повышенным давлением может быть отделена и использована для охлаждения секции 406, как показано линией 412. Поток жидкости под повышенным давлением проходит через рекуператор 218 и охлаждает поток, идущий из расширительной секции 404. На фиг.4 также указаны относительные давления на различных этапах цикла, причем P0>P1>P2.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения турбодетандер 504 может содержать две расширительные секции 404 и 502, как показано на фиг.5. Работа иллюстративной энергетической установки 500 аналогична работе установки 400, изображенной на фиг.4. Турбодетандер 504, если смотреть справа налево на фиг.5, содержит первую расширительную секцию 404, двигательно-генераторную секцию 406, вторую расширительную секцию 502 и насосную секцию 408. Перед поступлением в турбодетандер 504 технологический газ разделяется с обеспечением поступления в обе расширительные секции для его расширения. Часть потока жидкости под повышенным давлением отделяется и используется для охлаждения секции 406, как показано линией 412. На фиг.5 также указаны относительные давления на различных этапах цикла, причем P0>P1>P2.
В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения одной рабочей текучей средой, которая может использоваться в цикле Ренкина, является органическая рабочая текучая среда, такая как текучая среда органического цикла Ренкина (ОЦР). К примерам текучих сред ОЦР относятся, но без ограничения этим, пентан, пропан, циклогексан, циклопентан, бутан, фтороуглеводород, например R-245fa, кетон, например ацетон, или ароматическое вещество, например толуол или тиофен. Однако, как изложено в разделе «Предпосылки изобретения», при непосредственном воздействии высоких температур на текучую среду ОЦР существует опасность ее ухудшения. Таким образом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения в энергетических установках, в которых применяется иллюстративный турбодетандер 402, может использоваться промежуточный термомасляный контур, как показано на фиг.6. Данная иллюстративная энергетическая установка работает, как описано выше со ссылкой фиг.4 и 5 в отношении промежуточного термомасляного контура, описанного в разделе «Предпосылки изобретения» и показанного на фиг.2, и потому для простоты ее более подробное описание не приводится.
В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, показанными на фиг.6, турбодетандер 402 содержит расширительную секцию 404, двигательно-генераторную секцию 406 и насосную секцию 408. Турбодетандер 402 представляет собой интегрированный блок, который герметизирован так, что ни одна вращающаяся часть не пересекает герметизированный корпус турбодетандера 402. Это позволяет исключить использование сухих газовых уплотнений в турбодетандере 402 между расширительной секцией и генератором. Как показано на фиг.7, три секции турбодетандера 402 механически соединены при помощи вала 616, который может представлять собой три отдельных, но механически соединенных вала. Например, расширительная секция 404 может содержать вал 610, который механически присоединен к валу 612 в двигательно-генераторной секции 406, при этом вал 612 механически присоединен к валу 614 в насосной секции 408. В одном варианте применения валы 610, 612 и 614 выполнены за одно целое в виде единого вала. Как секция 408, так и секция 404 могут содержать несколько ступеней, например две или более ступеней. Поскольку турбодетандер 402 представляет собой интегрированный блок, то отсутствует необходимость в выполнении редуктора (и относящейся к нему смазочной системы) между секцией 402 и секцией 404. Данные иллюстративные варианты выполнения также могут быть получены с использованием турбодетандера 504, изображенного на фиг.5, путем объединения иллюстративных вариантов выполнения, т.е. при использовании одного вала или четырех механически соединенных валов в турбодетандере 504.
В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения турбодетандер 402 может иметь только два впуска 602, 606 для текучей среды и только два выпуска 604, 608 для текучей среды. При наличии в турбодетандере 402 указанных четырех впусков/выпусков для текучей среды потеря технологического газа в окружающую среду значительно уменьшается по сравнению с обычными установками, например, турбодетандер 402 не содержит обычные наружные уплотнения, которые подвержены возникновению протечек опасного газа. Кроме того, при использовании описанного в данном документе иллюстративного турбодетандера 402 уменьшается как транспортировочный вес, так и размер опорной поверхности установки по сравнению с обычной энергетической установкой.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения турбодетандер 504 может содержать расширительные секции, в которые технологический газ поступает последовательно, как проиллюстрировано на фиг.8. На фиг.8 показана первая расширительная секция 404, принимающая технологический газ из трубопровода 802. После расширения технологический газ выходит из секции 404 и проходит ко второй расширительной секции 502, как показано, по трубопроводу 804. После расширения во второй расширительной секции 502 технологический газ выходит из нее, как показано, по трубопроводу 806. Давления в данной установке характеризуются соотношением P0>P1>P2>P3.
В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения двигательно-генераторная секция 406 может представлять собой высокоскоростной генератор, например, с мощностью 3 МВт и/или 6 МВт. Данный двигатель-генератор секции 406 может работать с такой же скоростью вращения, как создаваемая секцией 404, что устраняет необходимость в использовании редуктора. На выходе двигателя-генератора 406 может быть получен постоянный или переменный ток. В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения в двигателе-генераторе секции 406 могут использоваться магнитные подшипники. В соответствии с альтернативным иллюстративным вариантом выполнения вместо магнитных подшипников в двигателе-генераторе секции 406 может использоваться жидкая смазка.
Предполагается, что вышеприведенные примеры вариантов выполнения являются во всех отношениях иллюстративными, а не ограничивающими данное изобретение. Таким образом, при реализации данного изобретения возможно выполнение различных изменений, которые могут быть очевидны специалисту из описания, приведенного в данном документе. Предполагается, что все такие изменения и модификации находятся в рамках объема и сущности данного изобретения, определенных нижеследующей формулой изобретения. Никакой элемент, действие или указание, используемые в описании данного изобретения, не должны рассматриваться как важные или существенные для изобретения, если это четко не указано при описании. Кроме того, используемые в данном документе формы единственного числа подразумевают наличие одного или более элементов.
В предложенном описании примеры, в том числе предпочтительный вариант выполнения, используются для раскрытия данного изобретения, а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.

Claims (10)

1. Установка для выработки энергии, содержащая
турбодетандер, который содержит расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, механически соединенные с помощью вала, причем
расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды,
насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора и выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в указанной установке, а
двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока,
причем часть потока жидкости под повышенным давлением, циркуляция которого поддерживается насосной секцией, перекачивается к теплообменнику, а другая часть использована для охлаждения двигательно-генераторной секции.
2. Установка по п. 1, в которой конденсатор проточно сообщается с выпускной стороной расширительной секции и выполнен с возможностью приема и конденсации расширенного парообразного потока текучей среды с получением жидкого потока текучей среды, а теплообменник проточно сообщается с выпускной стороной насосной секции и выполнен с возможностью приема жидкого потока текучей среды и создания парообразного потока текучей среды.
3. Установка по п. 2, в которой турбодетандер содержит только первую расширительную секцию, двигательно-генераторную секцию, вторую расширительную секцию и насосную секцию, присоединенные друг к другу в указанном порядке.
4. Установка по п. 1, в которой насосная секция содержит одну или более ступеней только с одним впуском для текучей среды и одним выпуском для текучей среды, при этом расширительная секция содержит одну ступень только с одним впуском для текучей среды и одним выпуском для текучей среды, а двигательно-генераторная секция имеет только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды.
5. Установка по п. 1, в которой турбодетандер представляет собой интегрированный блок, который полностью герметизирован, так что все вращающиеся части расширительной секции, двигательно-генераторной секции и насосной секции находятся полностью в корпусе турбодетандера.
6. Установка по п. 1, в которой расширительный вал в расширительной секции вращается с той же скоростью, что и валы, относящиеся к двигательно-генераторной секции и насосной секции.
7. Установка по п. 1, в которой турбодетандер не содержит компрессорную секцию.
8. Установка по п. 1, в которой турбодетандер содержит только расширительную секцию, двигательно-генераторную секцию и насосную секцию.
9. Турбодетандер, предназначенный для использования при выработке энергии и содержащий
интегрированный корпус, который содержит первую расширительную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды, насосную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды, и двигательно-генераторную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды,
вал, который механически соединяет расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию,
причем первая расширительная секция выполнена с возможностью обеспечения вращения вала, приема парообразного потока текучей среды и создания расширенного парообразного потока текучей среды,
насосная секция выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды и повышения его давления, а
двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока при ее приведении в действие с помощью расширительной секции,
причем часть потока жидкости под повышенным давлением, циркуляция которого поддерживается насосной секцией, перекачивается к теплообменнику, а другая часть использована для охлаждения двигательно-генераторной секции.
10. Установка для выработки энергии, содержащая
турбодетандер, который содержит только расширительную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды, насосную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды, и двигательно-генераторную секцию, имеющую только один впуск для текучей среды и один выпуск для текучей среды, причем все указанные секции механически соединены с помощью вала, при этом указанный турбодетандер не содержит компрессорную секцию,
причем расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника, выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды и содержит одну или более ступеней,
насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора, выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в указанной установке,
причем одна часть текучей среды перекачивается к теплообменнику и одна часть используется для охлаждения двигательно-генераторной секции, при этом насосная секция содержит одну или более ступеней,
двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью создания и вывода электрического тока,
конденсатор проточно сообщается с выпускной стороной расширителя и выполнен с возможностью приема и конденсации расширенного парообразного потока текучей среды с получением жидкого потока текучей среды, а
теплообменник проточно сообщается с выпускной стороной насосной секции и выполнен с возможностью приема жидкого потока текучей среды и создания парообразного потока текучей среды.
RU2011118724/06A 2010-05-14 2011-05-12 Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер RU2568378C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITCO2010A000026 2010-05-14
ITCO2010A000026A IT1399882B1 (it) 2010-05-14 2010-05-14 Turboespansore per sistemi di generazione di potenza

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011118724A RU2011118724A (ru) 2012-11-20
RU2568378C2 true RU2568378C2 (ru) 2015-11-20

Family

ID=43014153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011118724/06A RU2568378C2 (ru) 2010-05-14 2011-05-12 Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20110278846A1 (ru)
EP (1) EP2386727A1 (ru)
JP (1) JP2011241830A (ru)
KR (1) KR20110126056A (ru)
CN (1) CN102322300A (ru)
CA (1) CA2739230A1 (ru)
IT (1) IT1399882B1 (ru)
MX (1) MX2011005130A (ru)
RU (1) RU2568378C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU223859U1 (ru) * 2023-11-21 2024-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" Устройство для прямого преобразования тепловой энергии отработавших газов в электрическую энергию судовых дизелей

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012210803A1 (de) * 2012-06-26 2014-01-02 Energy Intelligence Lab Gmbh Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mittels eines ORC-Kreislaufs
US9118226B2 (en) * 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9540959B2 (en) 2012-10-25 2017-01-10 General Electric Company System and method for generating electric power
KR101610542B1 (ko) 2014-11-18 2016-04-07 현대자동차주식회사 배기열 회수 시스템
KR101592787B1 (ko) 2014-11-18 2016-02-12 현대자동차주식회사 배기열 회수 시스템의 터빈 제어방법
KR101637736B1 (ko) 2014-11-19 2016-07-07 현대자동차주식회사 배기열 회수 시스템
US9359919B1 (en) * 2015-03-23 2016-06-07 James E. Berry Recuperated Rankine boost cycle
ITUB20152676A1 (it) * 2015-07-30 2017-01-30 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Disposizione di raffreddamento di tenute a gas secco e metodo
WO2019210309A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 Anax Holdings, Llc System and method for electricity production from pressure reduction of natural gas
WO2018201095A1 (en) * 2017-04-27 2018-11-01 Anax Holdings, Llc System and method for electricity production from pressure reduction of natural gas
CN108979723B (zh) * 2018-09-27 2024-07-02 北京气动新能科技有限公司 空气发动机及空气动力总成
CN109742898B (zh) * 2018-12-28 2020-11-03 西安航天泵业有限公司 一种集成式全封闭低温液力发电装置
BE1027172B1 (nl) * 2019-04-05 2020-11-05 Atlas Copco Airpower Nv Systeem voor vermogensopwekking en werkwijze voor het opwekken van vermogen door gebruik van dergelijk systeem voor vermogensopwekking
ES2941798T3 (es) * 2019-04-05 2023-05-25 Atlas Copco Airpower Nv Sistema de generación de energía y método para generar energía mediante la operación de dicho sistema de generación de energía
FR3098574B1 (fr) * 2019-07-10 2021-06-25 Air Liquide Dispositif de réfrigération et/ou de liquéfaction
US11598327B2 (en) * 2019-11-05 2023-03-07 General Electric Company Compressor system with heat recovery
CN110953030A (zh) * 2019-11-19 2020-04-03 深圳市凯盛科技工程有限公司 一种玻璃窑余热发电方法及装置
CN112761739A (zh) * 2020-12-31 2021-05-07 沈阳鼓风机集团股份有限公司 膨胀机喷嘴调节装置及膨胀机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992005342A1 (en) * 1990-09-26 1992-04-02 Oy High Speed Tech. Ltd. Method for securing the lubrication of bearings in a hermetic high-speed machine
RU2047059C1 (ru) * 1991-07-03 1995-10-27 Научно-производственная и комерческая фирма "Криостар Лтд." Утилизационная турбодетандерная установка
WO2002023014A1 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 High Speed Tech Oy Ltd A lead-in structure and a fixing flange for a turbo generator
RU2003122558A (ru) * 2002-07-17 2005-01-10 Снекма Моторс (Fr) Привод вспомогательного оборудования
EP1905948A1 (en) * 2006-09-12 2008-04-02 Cryostar SAS Power recovery machine

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB361772A (ru) * 1930-03-24 1931-11-26 Aktiebolaget Milo
US3210553A (en) * 1961-01-30 1965-10-05 Trw Inc Turboelectric power system
GB1491625A (en) * 1974-03-18 1977-11-09 Inoue Japax Res Electric power generation
US4362020A (en) * 1981-02-11 1982-12-07 Mechanical Technology Incorporated Hermetic turbine generator
FI66234C (fi) * 1981-10-13 1984-09-10 Jaakko Larjola Energiomvandlare
US4693072A (en) * 1986-08-25 1987-09-15 Acec Power Systems Limited Method of operating a combined cycle electric power plant
JPH0284037A (ja) * 1988-09-19 1990-03-26 Toshiba Corp クローポール形同期発電機装置
FI913367A0 (fi) * 1991-07-11 1991-07-11 High Speed Tech Ltd Oy Foerfarande och anordning foer att foerbaettra nyttighetsfoerhaollande av en orc-process.
US5664414A (en) * 1995-08-31 1997-09-09 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for generating power
AU2265301A (en) * 1999-12-17 2001-06-25 Ohio State University, The Heat engine
AU2002305423A1 (en) * 2001-05-07 2002-11-18 Battelle Memorial Institute Heat energy utilization system
JP2004346839A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Ebara Corp タービン発電機
JP4286062B2 (ja) * 2003-05-29 2009-06-24 株式会社荏原製作所 発電装置および発電方法
US7249459B2 (en) * 2003-06-20 2007-07-31 Denso Corporation Fluid machine for converting heat energy into mechanical rotational force
US7290393B2 (en) * 2004-05-06 2007-11-06 Utc Power Corporation Method for synchronizing an induction generator of an ORC plant to a grid
JP4606840B2 (ja) * 2004-10-29 2011-01-05 株式会社デンソー 複合流体機械およびそれを用いた冷凍装置
DE102006009211B4 (de) * 2005-03-02 2015-06-11 Denso Corporation Fluidpumpe und Fluidmaschine
JP2007092653A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Ntn Corp 熱発電システム
US20080122226A1 (en) * 2006-11-29 2008-05-29 Ebara International Corporation Compact assemblies for high efficiency performance of cryogenic liquefied gas expanders and pumps
JP2008248830A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Kyushu Denshi Giken Kk 複合型タービンシステム及びそれを用いた温水発電装置
JP2008283813A (ja) * 2007-05-11 2008-11-20 Ntn Corp モータ一体型磁気軸受装置
CN201280956Y (zh) * 2008-10-31 2009-07-29 郭清温 一种烟气余热回收发电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992005342A1 (en) * 1990-09-26 1992-04-02 Oy High Speed Tech. Ltd. Method for securing the lubrication of bearings in a hermetic high-speed machine
RU2047059C1 (ru) * 1991-07-03 1995-10-27 Научно-производственная и комерческая фирма "Криостар Лтд." Утилизационная турбодетандерная установка
WO2002023014A1 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 High Speed Tech Oy Ltd A lead-in structure and a fixing flange for a turbo generator
RU2003122558A (ru) * 2002-07-17 2005-01-10 Снекма Моторс (Fr) Привод вспомогательного оборудования
EP1905948A1 (en) * 2006-09-12 2008-04-02 Cryostar SAS Power recovery machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU223859U1 (ru) * 2023-11-21 2024-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" Устройство для прямого преобразования тепловой энергии отработавших газов в электрическую энергию судовых дизелей

Also Published As

Publication number Publication date
EP2386727A1 (en) 2011-11-16
RU2011118724A (ru) 2012-11-20
IT1399882B1 (it) 2013-05-09
CA2739230A1 (en) 2011-11-14
CN102322300A (zh) 2012-01-18
JP2011241830A (ja) 2011-12-01
US20110278846A1 (en) 2011-11-17
ITCO20100026A1 (it) 2011-11-15
KR20110126056A (ko) 2011-11-22
MX2011005130A (es) 2011-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2568378C2 (ru) Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер
US8984884B2 (en) Waste heat recovery systems
RU2644801C2 (ru) Термодинамическая система комбинированного цикла для выработки механической энергии и способ выработки механической энергии и приведения в действие турбомашины
EP2345793B1 (en) Dual reheat rankine cycle system and method thereof
EP3329128B1 (en) Dry gas seal cooling arrangement and method
WO2011058832A1 (ja) エンジン廃熱回収発電ターボシステムおよびこれを備えた往復動エンジンシステム
US20140119881A1 (en) Apparatus for recirculating a fluid within a turbomachine and method for operating the same
US11708773B2 (en) Plant and operation method therefor
CN110242375A (zh) 一种基于气浮轴承的双级有机朗肯循环***及其工作方法
JP6214252B2 (ja) ボイラシステム
Rai et al. Recovery of engine waste heat using the 100-kW Class ORC “Heat Innovator”
RU140797U1 (ru) Тепловая электрическая станция
RU2560514C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
RU140393U1 (ru) Тепловая электрическая станция
CN111699302A (zh) 从可变温度热源产生动力的方法、设备和热力循环
RU140791U1 (ru) Тепловая электрическая станция

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160513