Тепловая энергетическая установка малой мощности

1 Область техники Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к малогабаритным мобильным теплоэлектростанциям, преимущественно малой мощности - до 6 МВт. Известна тепловая электростанция со стационарным паровым котлом и турбогенератором (см. Соловьев Ю.П. "Проектирование теплоснабжающих установок для промпредприятий", М.,1968 г, с.38). Недостатками этой электростанции являются ее большие габариты, вес,приходящиеся на 1 кВт мощности. Известна также тепловая энергетическая установка мощностью до 6 МВт, содержащая источник рабочей среды в виде острого пара низкого давления и расширительную машину, с выходным валом которой связан электрогенератор. (Кириллин.В.А. и др. "Техническая термодинамика", М.,"Энергия", 1974 г, с.314). Недостатками этой электростанции являются конструктивная сложность, большие габариты и вес. Применяемая в качестве расширительной машины паровая турбина не позволяет использовать установку для работы на остром влажном паре со степенью сухости от 1 до 0,6,находящемуся под низким давлением Рпара =5-20 атм., ввиду эрозионного износа лопаток. Кроме этого известное устройство не позволяет получить высокий КПД в связи с неполным использованием тепловой энергии рабочей среды, обусловленным е конструктивным выполнением. Использование паровой турбины в энергетических установках малой мощности экономически не оправдано, поскольку она обладает сложной и небезопасной конструкцией. Последнее обстоятельство обусловлено возможностью отрыва лопаток в процессе работы при разгоне ротора. Раскрытие изобретения Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение КПД установки за счет применения паровой винтовой машины (ПВМ) и, соответственно, повышения выходной электрической мощности теплоэлектростанции, а также повышение эксплуатационной надежности и долговечности. Указанный выше технический результат достигается тем, что тепловая энергетическая установка малой мощности, преимущественно до 6 МВт, содержащая источник рабочей среды в виде острого пара и расширительную машину,с выходным валом которой связан электрогенератор, причем выход источника острого пара сообщен со входом расширительной машины,снабжена последовательно соединенными конденсационным устройством, конденсатным насосом, подогревателем, деаэратором и питательным насосом, а расширительная машина выполнена в виде паровой винтовой машины,использующей в качестве рабочей среды острый влажный пар при давлении от 5-20 атм, при этом выход питательного насоса сообщен с ис 001566 2 точником острого пара, а вход конденсационного устройства сообщен с выходом пара из расширительной машины. Кроме этого, средой для приготовления пара может служить вода, не подвергнутая химической обработке. Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображена принципиальная схема тепловой энергетической установки малой мощности. На фиг. 2 - P-V диаграмма рабочего процесса ПВМ. Лучший вариант осуществления изобретения Тепловая электростанция малой мощности, преимущественно - до 6 МВт, содержит источник 1 (фиг.1) рабочей среды, в качестве которой используется острый влажный пар низкого давления, равного 5-20 атм. Верхний предел величины давления 20 атм ограничен прочностными условиями паровой винтовой машины, поскольку дальнейшее увеличение давления пара приводит к появлению чрезмерных силовых нагрузок на основных узлах и деталях винтовой машины, а именно на подшипниковых узлах и опорах, что в итоге приводит к выходу машины из эксплуатации. Нижний предел давления обусловлен конструктивными особенностями паровой винтовой машины, дальнейшее снижение величины давления ниже 5 атм приводит к резкому снижению КПД за счет того,что геометрическая степень расширения становится меньше оптимальной. В качестве источника 1 может быть использован парогенератор, например без пароперегревателя, поскольку для работы установки применяют влажный пар. Выход источника 1 рабочей среды сообщен посредством линии подачи 2, оборудованной управляемым регулятором 3 подачи пара, с входом паровой винтовой машины 4, сообщенной своим выходом с линией 5 возврата конденсата. ПВМ 4 содержит ведущий и ведомый роторы в виде шнеков,имеющие соответственно четыре выпуклых и шесть вогнутых зубов. Роторы находятся в зацеплении и имеют шестерни связи (на чертежах не показаны), благодаря которым исключается взаимное касание роторов во время работы. В линии 5 возврата конденсата последовательно установлены конденсационное устройство 6, конденсатный насос 7, подогреватель 8,деаэратор 9 и питательный насос 10, при этом выход последнего сообщен с источником 1 острого влажного пара, а вход конденсационного устройства 6 сообщен с выходом пара из паровой винтовой машины 4. Кроме этого, установка может быть снабжена конденсатным баком 11, позволяющим осуществлять подпитку системы рабочей средой. С целью отвода пара потребителю ПВМ 4 выполнена с дополнительным каналом 12, расположенным на корпусе машины между входом 3 и выходом машины и сообщенным с потребителем 13. Подогрев конденсата в линии возврата конденсата может осуществляться паром из редукционно-охладительного устройства 14 или из дополнительного канала 12. Для эффективности работы конденсационного устройства 6 оно снабжено рециркуляционным насосом 15. Работа тепловой электростанции происходит следующим образом. Источник 1 генерирует острый пар с давлением, не превышающим 20 атм, например PI=12 атм. Острый пар через управляемый регулятор 3 поступает через впускные окна в корпусе ПВМ, расположенные с одного торца роторов. После заполнения очередной винтовой канавки между зубами происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке происходит объемное расширение порции пара с геометрической степенью расширения , например, равной =4. В момент окончания расширения давления пара в ПВМ 4 геометрическая степень расширения составляет (фиг.2) Pc=P1/ = 12/4 = 3 атм. При открытии выпускного канала ПВМ 4 давление пара стравливается с Рс до давления Pk в конденсационном устройстве 6, которое меньше атмосферного. Рабочий процесс ПВМ 4 в этом случае соответствует циклу Маера (фиг. 2) с конденсацией пара. Попадая в конденсационное устройство 6,пар конденсируется с понижением давления Pk ниже атмосферного до значений Pk =0,03-0,6 атм. Из термодинамики известно, что работа цикла паровой машины в этом случае равна численно площади фигуры "abcdea" (фиг. 2). Если бы конденсационное устройство 6 отсутствовало, и выпуск пара происходил бы в атмосферу, то давление Pk равнялось бы атмосферному, и работа цикла уменьшилась бы на величину заштрихованной площади фигуры "gfdeg"(фиг. 2). Теплота пара из конденсационного устройства 6 уносится водой под действием рециркуляционного насоса 15. Образовавшийся в конденсационном устройстве 6 конденсат под действием конденсатного насоса 7 поступает сначала в подогреватель 8 конденсата, затем в деаэратор 9, затем под давлением - в источник 1 рабочей среды. Учитывая, что часть воды в цикле теряется, то недостающее количество воды поступает в систему из конденсатного бака 11. В процессе расширения в ПВМ 4 часть пара в случае необходимости через дополнительный канал 12 может отводиться потребителю 13. Канал 12 находится в боковой стенке корпуса винтов и соединяется с внутренней полостью винтов (на чертежах не показано). Пар, попадающий в канал 12 имеет промежуточное давление Ротбора, причем Рb РотбораPc, где Рb - давление пара на выходе ПВМ 4. Наличие допол 001566 4 нительного канала 12 отбора пара в ПВМ 4 позволяет в ряде случаев удовлетворить потребности потребителя 13 паром нужного давления. С целью снижения энергетических затрат,связанных с термоподготовкой рабочей среды, в качестве теплоносителя для подогрева конденсата в деаэраторе 9 и подогревателе 8, а также для подогрева воды, предназначенного для приготовления рабочей среды, применяют пар, подаваемый через редукционно-охладительное устройство 14 или из дополнительного канала 12 отбора пара. Однако рабочая среда, поступающая в ПВМ 4, не должна быть перегретой. Это обусловлено тем, что е температура при заданном давлении РB на входе в ПВМ 4, должна быть минимальной и, тем самым, не вызывать чрезмерного температурного расширения деталей ПВМ 4 и выхода е из строя ввиду заклинивания е роторов. Кроме того влажный пар способствует повышению КПД паровой винтовой машины 4. Применяемая конструкция установки позволяет использовать не очищенную воду, в том числе природную воду. Конструкция ПВМ позволяет использовать в качестве воды, предназначенной для приготовления пара, без опасения отложения солей на роторах. Кроме этого,образующаяся в процессе расширения вода затекает в зазоры между роторами и корпусом ПВМ 4 и уменьшает утечки пара, повышая тем самым КПД. Таким образом проявляемые предлагаемой установкой свойства способствуют повышению е КПД в широком диапазоне режимов работы ПВМ. Кроме того энергетическая установка обладает высокой эксплуатационной надежностью, в частности возможное попадание в проточную часть продуктов коррозии и других твердых частиц не приводит к заклиниванию или разрушению деталей ПВМ. Машина нечувствительна к наличию конденсата в паре. При возможном разгоне роторов отсутствует риск е разрушения, а вращение их в противоположные стороны исключает силовое воздействие ПВМ на фундамент. Применение установки позволяет повысить ресурс ввиду отсутствия эрозионного и механического износа винтовых роторов и невысокой частоты вращения. Промышленная применимость Изобретение соответствует условию охраноспособности "промышленная применимость",поскольку осуществимо с использованием существующих средств производства и с использованием известных технологий. Применение предложенной тепловой энергетической установки малой мощности, обладающей малым весом и габаритами, обеспечивает повышение выходной электрической мощности. Кроме этого установка обладает повышенным КПД, эксплуатационной надежностью и долговечностью независимо от качества воды,применяемой для производства рабочей среды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Тепловая энергетическая установка малой мощности, содержащая источник (1) рабочей среды в виде острого пара и расширительную машину, с выходным валом которой связан электрогенератор (16), причем выход источника острого пара сообщен с входом расширительной машины, отличающаяся тем, что она снабжена последовательно соединенными конденсационным устройством (6), конденсатным насосом 6 выполнена в виде паровой винтовой машины(4), а в качестве источника служит парогенератор для генерирования острого влажного пара с давлением от 5 до 20 атм, используемого в качестве рабочей среды для паровой винтовой машины, при этом выход питательного насоса (10) сообщен с парогенератором острого влажного пара, а вход конденсационного устройства (6) сообщен с выходом пара из паровой винтовой машины (4). 2. Тепловая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что средой для приготовления пара служит вода, не подвергнутая химической обработке.