Паросилова установка

Корисна модель відноситься до теплосилових установок. Зокрема до паросилових, що працюють на низькокиплячих речовинах.

Завданням корисної моделі є зменшення втрат енергії на привід компресора та створення високоефективної паросилової установки з гарною робочою речовиною.

Це досягається тим, що робочим тілом у паросиловій установці є одноатомний газ ксенон, крім того, установка має триступеневий компресор і три теплообмінники, які послідовно з'єднані з паровим двигуном другого ступеня, з проміжною судиною і знову з компресором, при цьому проміжний посуд додатково з'єднаний через трубопровід з роздільником рідини, з насосом, з теплообмінниками, з підігрівачем та з паровим котлом.

Таким чином, паросилової установки, в якій робочою речовиною є одноатомний газ ксенон, ефективний ккд може бути підвищений за рахунок парового двигуна другого ступеня і за рахунок охолодження навколишнього середовища, тобто повітря або води.

Однак таке робоче тіло не дозволяє здійснити високоекономічний термодинамічний цикл, тому що гелій має низький критичний тиск і дуже низьку критичну температуру, а чотирихлористий титан має низький показник адіабати.

Відома також замкнута паротурбінная установка на низькокиплячих речовинах, що містить паровий котел, турбіну, відділювач рідини, компресор, конденсатор-теплообмінник, насоси та підігрівач (див., наприклад, корисну модель №48364, МПК F 01K 25/10, 2005).

Однак двоокис вуглецю має високу температуру замерзання та значний тиск сублімації.

Найближчим аналогом, прийнятим запрототип, є паросилова установка, що містить паровий котел, послідовно з'єднаний через паропровід з паровим двигуном, з відділом рідини, компресорами і конденсаторами (див., наприклад, корисну модель №47442, МПК F 01 K 13/00, 2005 р.).

Однак у цій установці на привід компресора витрачається надмірно велика енергія, так як при двоступеневому стисканні ступінь підвищення тиску в компресорі виявляється дуже великий і тому водяна пара буде сильно перегріта. З цих причин зниження температури водяної пари в процесі стиснення є однією з головних умов працездатності паросилової установки, крім того, вода має високу критичну температуру та високий критичний тиск, що призводить до ускладнення установки.

Це досягається тим, що робочим тілом у паросиловій установці є одноатомний газ ксенон, крім того, установка має триступеневий компресор

і три теплообмінники, які послідовно з'єднані з паровим двигуном другого ступеня, з проміжною судиною і знову з компресором, при цьому проміжний посуд додатково з'єднаний через трубопровід з відділом рідини, з насосом, з теплообмінниками, з підігрівачем і паровим котлом.

На малюнку представлена схема паросилової установки.

Паросилова установка містить паровий котел 1, пов'язаний послідовно через паропровід 2 з паровим двигуном 3 першого ступеня, з відділником рідини 4, компресором 5 першого ступеня, з теплообмінником 6, з компресором 7 другого ступеня, з проміжним теплообмінником 8 , з компресором 9 третього ступеня,додатковим теплообмінником 10, з паровим двигуном 11 другого ступеня, з проміжною судиною 12 і знову з компресором 5, при цьому проміжний посудину 12 додатково з'єднаний через трубопровід 13 з відділом рідини 4, з насосом 14, з теплообмінниками 6, 8, 10, 15 і з паровим котлом 1. Крім того, вал парового двигуна 3 першого ступеня пов'язаний з валом електрогенератора 16, а вал двигуна 11 другого ступеня пов'язаний з валом електрогенератора 17.

Парасілова установка працює наступним чином.

Волога пара ксенону, що має початкові параметри: тиск p 1=58,28 бар, температуру T 1=290°K, щільність пари 1''=1100 кг/м 3 з парового котла 1 по паропроводу 2 надходить у паровий двигун 3, де частково конденсується і адіабатно розширюється і перетворюється на електроенергію за допомогою електрогенератора 16, пов'язаного з турбіною парового двигуна 3. При адіабатному розширенні вологої пари в 8 разів і показнику адіабати 1,67 тиск пари на виході з турбіни буде приблизно в 37 разів менше, ніж в котлі, а щільність пари буде приблизно в 77 разів менше і складуть: p 2=1,5 бар, 2''=14,24 кг/м 3 при Т 2=172°К, тобто маса рідини на виході з парового двигуна буде приблизно в 8,5 рази більше за масу пари. Потім пар і конденсат направляються у відділювач рідини 4, де поділяються на пару та рідину. Далі пара стискається компресором 5 першого ступеня і нагнітається теплообмінник 6, в якому охолоджується до температури 184°К. На виході з компресора першого ступеня 5 пар має тиск p 3=2,7 бар, при температурі Т 3=223°К і ступеня стиснення =1,4. Потім пара стискається компресором 7 другого ступеня і нагнітається проміжний теплообмінник 8, в якому охолоджується до температури 198°К. на виході з компресора 7 другого ступеня пар маєтиск 4,8 бар, при температурі 239°К

ступеня стиснення = 1,4. З проміжного теплообмінника пар надходить в компресор 9 третього ступеня, де стискається до тиску 9 бар і подається в додатковий теплообмінник 10. конденсується та адіабатно розширюється. При адіабатному розширенні вологої пари в 2,8 рази і показнику адіабати 1,67 тиск і щільність пари на виході з парового двигуна 11 другого ступеня буде приблизно в 5-6 разів менше, ніж до входу в турбіну і становитимуть p=1,5 бар , p''=14,23 кг/м 3 при Т=172°К, тобто маса пари і рідини будуть приблизно однаковими, тому продуктивність турбіни другого ступеня повинна бути вдвічі більша, ніж першої. Потім пар і рідина направляються в проміжний посудину 12, де поділяються на пару та рідину. Далі пара по паропроводу 2 знову надходить у компресор 5 першого ступеня. І конденсат з відокремлювача рідини 4 і проміжної судини 12 нагнітається насосом 14 по трубопроводу 13 теплообмінник 6, проміжний теплообмінник 8 і додатковий теплообмінник 10, де рідина підігрівається до температури 205-210°К і подається в підігрівник 5. знову підігрівається теплом із навколишнього середовища. Потім рідина подається в паровий котел 1 і цикл замикається.

Паросила установка, що містить паровий котел, послідовно з'єднаний через паропровід з паровимдвигуном, з відділником рідини, з компресорами і конденсаторами, що відрізняється тим, що робочим тілом у паросиловій установці є одноатомний газ ксенон, крім того, установка має триступеневий компресор і три теплообмінники, які з'єднані з паровим двигуном другого ступеня, з проміжною судиною і знову компресором, при цьому проміжний посуд додатково з'єднаний через трубопровід з відділом рідини, з насосом, з теплообмінниками, з підігрівачем і паровим котлом.