16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/11/148.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 02 (11) апрель 2014 года

Газодинамическая поршневая машина для паровых котельных – мини-ТЭЦ

Генерация/сети Иван ТРОХИН
Газодинамическая поршневая машина для паровых котельных – мини-ТЭЦ

Отсутствие в поршневой расширительной машине распределительных валов, клапанных или золотниковых механизмов газораспределения принципиально позволяет сделать высоконадежный приводной двигатель.

Электроагрегат на основе последнего может найти применение в паровых котельных для работы в режиме когенерации тепловой и электрической энергии.

Под паровой котельной-мини-ТЭЦ будем понимать такую паровую котельную, работающую в режиме когенерации тепловой и электрической энергии, когда последняя вырабатывается с помощью парового двигатель-электрогенераторного агрегата (парового электроагрегата) электрической мощностью до 10 МВт и потребляется исключительно электроприемниками собственных нужд этой котельной. В таком случае первостепенным эксплуатационным показателем выступает именно простота и надежность функционирования электроагрегата, а не его электрический коэффициент полезного действия, принимая во внимание значительно несоизмеримо меньшую потребную электрическую мощность нагрузки собственных нужд котельной, чем вырабатываемая в последней тепловая мощность.



Как включать?

Упрощенная тепловая принципиальная схема включения парового электроагрегата в паровой котельной показана на рис. 1. В паровой котельной пар от котла 1 поступает через дроссельную задвижку либо редукционно-охладительное устройство (на рис. 1 оно условно не показано) в пароводяной теплообменник 6 для нагрева воды на нужды потребителей 9. Поэтому электроагрегат с поршневой газорасширительной машиной 5, работающей на водяном паре, через запорную 3 и регулирующую 4 арматуру включается параллельно редукционному устройству или взамен последнего, как приведено на рис. 1. Вместо энергетически неэффективного процесса дросселирования пара машина 5 будет совершать полезную работу по приводу электромашинного генератора 7 трехфазного переменного тока. Подачу горячей воды потребителям 9 обеспечивает насос 8 с электроприводом, а конденсат отработавшего в машине 5 пара с помощью насоса 2, приводимого от электродвигателя, направляется обратно в котел 1.

Таким образом, принципиальная идея включения электроагрегата с поршневой парорасширительной машиной в тепловую схему паровой котельной не отличается от используемой при построении паровых котельных-мини-ТЭЦ с паровыми турбогенераторными агрегатами. Различия состоят именно в самих парорасширительных конструкциях, их достоинствах и недостатках.



Конструкция

Конструкция поршневой расширительной машины с газодинамической системой парораспределения показана на рис. 2. Она, по своей сущности, была разработана в нашей стране еще в 1989 году профессором кафедры конструкции авиационных двигателей факультета двигателей летательных аппаратов Московского авиационного института Игорем Евгеньевичем Ульяновым, старшим научным сотрудником тогда еще этой кафедры Владимиром Сергеевичем Дубининым с коллегами и признана изобретением по авторскому свидетельству СССР SU 1753001 как «Способ работы поршневого двигателя и поршневой двигатель». Тогда ее предполагалось использовать, например, в пневматических ручных шлифовальных машинках.

Работает такая газодинамическая поршневая машина (см. рис. 2) следующим образом. Картер 3 с кривошипно-шатунно-поршневой группой берется от базового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Пар подается в объем цилиндра через сопло 1. Давление пара в цилиндре будет всегда ниже, чем в котле. Конструкция сопла 1 такова, что давление на входе в него больше, чем две третьих от величины, при которой обеспечивается сверхкритический перепад давлений между входом и выходом этого сопла. Поэтому оказывается, что пар будет подаваться в цилиндр непрерывно во времени, как у прямоточной поршневой паровой машины. В результате давление в цилиндре машины будет расти и поршень из верхней мертвой точки ВМТ станет перемещаться в нижнюю НМТ. При подходе к НМТ поршень откроет выпускной канал (отверстие) 2, и пар сможет выйти из полости цилиндра. Давление в последнем снизится, и поршень под действием момента сил инерции станет перемещаться в ВМТ. Далее цикл работы поршневой машины будет повторяться. Подобный двигатель успешно испытывался при работе даже на так называемой пароводяной смеси (Д. П. Титов, В. С. Дубинин, К. М. Лаврухин. Паровым машинам быть!// Промышленная энергетика. – 2006. – № 1. – С. 50‑53).



Достоинства

Принципиальная возможность создания парорасширительных машин на базе серийных поршневых двигателей внутреннего сгорания может способствовать организации их менее затратного производства и эксплуатации по отношению к конструкциям, не преемственным с современными бензиновыми, дизельными и газопоршневыми двигателями. А отсутствие каких‑либо клапанных либо золотниковых механизмов парораспределения не только упрощает и ускоряет техническое обслуживание и ремонт таких приводных машин, но также существенно положительно сказывается на конструкционной надежности.

Высоконадежный паропоршневой привод может использоваться не только для обеспечения работы электромашинного генератора в паровой котельной. Предлагаемая конструкция принципиально пригодна для прямого привода (резервного, то есть вместо классических поршневых паровых приводов для насосов котельной, или даже основного) такого приводимого электродвигателями вспомогательного оборудования котельной, как насосы и (или) тягодутьевые вентиляторы. Лопаточным или винтовым паровым «машинам» (турбинам) при работе на электрогенераторную, насосную либо вентиляторную нагрузку необходима, как правило, редукторная механическая передача.

Поршневая газодинамическая расширительная машина принципиально может работать в режиме самостабилизации частоты вращения выходного вала. По данному изобретению в виде «Способа работы поршневой расширительной машины» (заявка № 4951329 / 29 (055249) на патент России, МКИ 5 F 02 B 25 / 02, дата подачи: 27 июня 1991 года) было принято положительное решение о выдаче В. С. Дубинину патента, который, к сожалению, так и не был получен за неимением денежных средств на оплату процедуры оформления этого документа. Само же изобретение дает перспективную возможность обеспечения привода электромашинного генератора переменного тока для автономной от электрических сетей централизованного электроснабжения потребителей России генерации электроэнергии (В. С. Дубинин. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: Монография. – М., 2009) с точностью стабилизации частоты тока в соответствии с требованиями отечественного государственного стандарта (ГОСТ Р 54149‑2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М., 2012).



Недостаток

Основным недостатком рассмотренной в этой статье поршневой газодинамической расширительной машины является ее низкий коэффициент полезного действия, обусловленный прямоточным процессом расширения в ней рабочего тела. Однако, как уже подчеркивалось выше, для применения в котельной-мини-ТЭЦ такой машины это обстоятельство не является принципиальным препятствием. А основываясь на анализе более новой подобной конструкции расширительной машины (заявка CZ 2012‑202 A3 на патентный документ Чехии от 22 марта 2012 года), которую предложили ее чешские авторы Jakub Maščuch и Jan Drahokoupil, можно предположить о стремлении изобретателей улучшить энергетическую эффективность поршневой расширительной машины, определенно конструктивно схожей с рассмотренной в настоящей статье. Хотя в отмеченной выше чешской заявке отечественная конструкция никак не упомянута.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 02 (11) апрель 2014 года:

  • Белые пятна законодательства о теплоснабжении
    Белые пятна законодательства о теплоснабжении

    В пояснительной записке Минэнерго РФ к нормативному акту «О внесении изменений в Федеральный закон «О теплоснабжении» и иные Федеральные законы по вопросам совершенствования систем отношения в сфере теплоснабжения» указывается, что «накопительный износ основных производственных фондов приводит к росту аварий, дополнительным потерям тепла и снижению качества теплоснабжения».

  • Замена «котелизации» на теплофикацию сэкономит миллиарды
    Замена «котелизации» на теплофикацию сэкономит миллиарды

    Вопреки неоднократным предостережениям специалистов о пагубности повсеместной «котелизации» страны, положительному зарубежному опыту совместного производства тепла и электроэнергии, в России котельные не демонтируются.

  • Экс-директор ЖЭУ заплатит по долгам
    Экс-директор ЖЭУ заплатит по долгам

    Октябрьский суд Мурманска удовлетворил требования Мурманской ТЭЦ о взыскании ущерба с бывшего директора управляющей компании «Октябрьское ЖЭУ» Григория Димова.

  • Задвижку Мурманской ТЭЦ увековечили
    Задвижку Мурманской ТЭЦ увековечили

    Энергетики Мурманска поставили памятник задвижке Мурманской ТЭЦ – крупнейшего теплоснабжающего предприятия города, обеспечивающего теплом и горячей водой 75 процентов жилых домов и предприятий столицы Заполярья.

  • Газодинамическая поршневая машина для паровых котельных – мини-ТЭЦ
    Газодинамическая поршневая машина для паровых котельных – мини-ТЭЦ

    Отсутствие в поршневой расширительной машине распределительных валов, клапанных или золотниковых механизмов газораспределения принципиально позволяет сделать высоконадежный приводной двигатель.

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>