Турбинная установка

Изобретение относится к отрасли энергетики, а более конкретно, к турбинным установкам, которые превращают кинетическую энергию рабочего тела в механическую энергию, и может быть использовано в составе электростанций, теплоэлектроцентралей, резервных электростанций хранилищ, режимных объектов, портативных электростанций частного назначения и т.п.

Известная газотурбинная установка (например, патент РФ на изобретение N°2531110, опубл. 20.10.2014р.), которая содержит компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей среды, камеру сгорания, турбину. Камера сгорания выполнена с возможностью приема сжатой рабочей среды с компрессора и с возможностью сжигания смеси сжатой рабочей среды и топлива с образованием выхлопного газа.

К недостаткам установок такого типа относятся:

.- большая себестоимость изготовления, связанная с необходимостью -использования дорогостоящих материалов, специальных технологий и оборудования;

- большие затраты на транспортировку и монтаж;

- большие затраты на строительство вспомогательной инфраструктуры (например, затраты на строительство газопроводов, промышленных помещений);

- существенное уменьшение коэффициента полезного действия при работе установки на неполную мощность;

- низкая экономичность вследствие потребления больших объемов топлива: чем больше объемы топлива, тем больше затраты на транспортировку энергоресурсов.

Наиболее близким к предложенному решению является турбинная установка

(патент РФ на изобретение N°2305789, опубл. 10.09.2007 г.), которая состоит из турбины, соединенной через рабочий вал с электрогенератором, и системы приведения в движение турбины. При этом турбина установлена на выходе установки, а система приведения в рабочее движение турбины включает компрессор низкого давления на входе, промежуточный между компрессорами корпус с распределителем потоков, каналы внешних и внутренних контуров. Внутренний контур содержит компрессор высокого давления со смесителем на выходе. Вход канала внешнего контура соединен с выходом компрессора низкого давления, а выход - с внешней стороной смесителя. В качестве рабочего тела используется газ или газовая смесь. К недостаткам установок такого типа относятся:

- низкая экономичность вследствие потребления больших объемов топлива;

- не портативность установки;

- рост себестоимости генерации электроэнергии благодаря данному способу в 5 связи с сокращением запасов полезных ископаемых, которые являются ресурсом для энергетики и ростом стоимости энергоносителей.

В основу предлагаемого решения поставлена задача создать высокоэкономичную мобильную турбинную установку, расширить эксплуатационные возможности установки, уменьшить зависимость работы установки от внешних 10 энергоносителей за счет создания конструктивных возможностей для использования энергии взрыва топливного вещества.

Поставленная задача решается тем, что в турбинной установке, состоящей из турбины, соединенной через рабочий вал с электрогенератором, и системы приведения в движение турбины, согласно предложенного решения, система приведения в 15 движение турбины содержит механизм детонации топлива, подключенный к системе приведения в действие механизма детонации, и герметичный корпус, выполненный в виде замкнутой системы труб, заполненных рабочим телом, по крайней мере в одной - - - рабочей области корпуса в начале области установлен механизм детонации топлива, а в конце области установлена турбина, соединенная . с соответствующим 20 электрогенератором.

При этом турбина в рабочей области может быть удалена от механизма детонации топлива минимум на 0,5 метра.

В начале каждой рабочей области герметичного корпуса установки установлен трубообразный направляющий корпус механизма детонации топлива, причем конец 25 направляющего корпуса, направленный в сторону турбины, выполненный открытым, противоположный конец направляющего корпуса выполнен закрытым, а механизм детонации состоит из впрыскивателя топлива, впрыскивателя воздуха и элемента зажигания, расположенных внутри направляющего корпуса со стороны его закрытого конца.

30 При этом система приведения в действие механизма детонации выполнена в виде системы подачи топлива к впрыскивателю топлива, системы подачи воздуха к впрыскивателю воздуха, системы зажигания элемента зажигания и электронного блока управления работой этих систем.

В качестве рабочего тела может использоваться газ или газовая смесь, или 35 жидкость, или пар. В качестве топлива могут использоваться взрывчатые вещества.

В качестве топлива могут использоваться вещества, образующие взрывчатые смеси.

В предлагаемой турбинной установке энергия взрыва топливного вещества приводит в движение рабочее тело, находящееся перед турбиной; рабочее тело, ограниченное герметичным корпусом, осуществляет механическую работу с вращения лопастей турбины и через рабочий вал приводит в действие электрогенератор. Благодаря использованию предложенной конструкции можно достичь таких преимуществ:

- повышение экологичности вследствие того, что предложенная конструкция может работать как система замкнутого типа, в которой сгорает намного меньше кислорода чем при сжигании газа, угля, мазута, бензина и тому подобное;

- мобильность и независимость от постоянных поставок больших объемов топлива позволяет размещать такие установки рядом с потребителями электроэнергии, позволяет избежать потерь, связанных с транспортировкой электроэнергии, затрат, связанных со строительством и обслуживанием линий электропередач;

- мобильность генерации электроэнергии в течение дня (удовлетворение пиковых -потребностей в электроэнергии, снижение мощности в ночное время), благодаря возможности быстро увеличивать или уменьшать мощность электростанций путем подключения или отключения дополнительных турбинных установок, работающих от детонации взрывчатых веществ.

Предложенное решение объясняется чертежами.

На фйг.1 представлено строение рабочей области турбинной установки. Турбинная установка может иметь одну, две или более рабочих областей.

На фиг.2 представлена предложенная турбинная установка с корпусом, который содержит одну рабочую область.

На фиг. 3 представлена предложенная турбинная установка с корпусом, который содержит две рабочие области.

На фиг. 4 представлена система приведения в действие механизма детонации, а также ее связи с механизмом детонации топлива.

Предложенная турбинная установка состоит из турбины 1 и системы приведения в движение турбины. Система приведения в движение турбины 1 содержит механизм детонации топлива 2, подключенный к системе приведения в действие 3 механизма детонации 2, и герметичный корпус 4. Герметичный корпус 4, выполненный в виде замкнутой системы труб, заполненных рабочим телом 5. В зависимости от поставленных задач и конкретного конструктивного решения герметичный корпус 4 может содержать одну и более рабочие области 6 (см. фиг. 2). В качестве примера, на фиг. 3 представлена предложенная турбинная установка, в которой в герметичном корпусе 4 размещено две рабочие области 6.

Корпус 4 оснащен клапаном 7 для впуска и выпуска рабочего тела 5. В качестве рабочего тела могут использоваться газ, или газовая смесь, или жидкость, или пар. В начале рабочей области 6 установлен механизм детонации топлива 2, а в конце рабочей области 6 установлена турбина 1, соединенная с соответствующим электрогенератором 8 через рабочий вал 9. При этом турбина 1 в каждой рабочей области 6 удалена от механизма детонации 2 топлива минимум на 0,5 метра. Экспериментально установлено, что наилучшие условия для работы предложенной конструкции устанавливаются, если минимальное расстояние между механизмом детонации и турбиной составляет 0,5 метра. Удаление турбины от механизма детонации топлива, приводит к увеличению объема рабочего тела перед турбиной. Чем больше объем рабочего тела перед турбиной, тем больше кинетическая энергия, образующаяся в результате взрыва топливного вещества, направляется на лопасти турбины, и тем большую работу выполняет рабочее тело. В начале каждой рабочей области 6 установлен-трубообразный направляющий корпус 10 механизма детонации топлива 2, причем конец 11 направляющего корпуса 10, направленный в сторону турбины, выполненный открытым, а другой конец 12 направляющего корпуса. 10 выполнен закрытым (см. фиг. 4). Механизм детонации 2 состоит из впрыскивателя топлива 13, впрыскивателя воздуха 14 и элемента зажигания 15, которые располагаются внутри направляющего корпуса 10 со . стороны его закрытого конца 12. Система приведения в действие 3 механизма детонации 2 выполнена в виде системы подачи топлива 16 к впрыскивателю топлива 13, системы подачи воздуха 17 к впрыскивателю воздуха 14, системы зажигания 18 элемента зажигания 15 и электронного блока управления 19 работой систем.

Система зажигания 18 представлена электронной (микропроцессорной) системой зажигания. В конкретном варианте выполнения впрыскиватель топлива 13 и впрыскиватель воздуха 14 могут быть выполнены в виде электрических форсунок, а элемент зажигания 15 - в виде свечи зажигания.

Система подачи топлива 16 может быть выполнена в виде топливного бака 20 с топливным насосом высокого давления 21, соединенным через топливопроводы 22 с впрыскивателем топлива 13. Система подачи воздуха 17 выполнена в виде компрессора, который через воздуховоды 23 подключен к впрыскивателю воздуха 14. Система зажигания 18 может быть выполнена в виде аккумуляторной батареи 24 и катушки зажигания 25, которые соединены между собой и подключены к элементу зажигания 15 с помощью электропроводов 26.

Система подачи топлива также может быть выполнена в виде аэрозольного генератора (с топливным баком), который соединенный через топливопроводы с впрыскивателем топлива. Аэрозольный генератор предназначен превращать взрывчатые вещества, или вещества, образующие взрывчатые смеси с твердого и жидкого агрегатного состояния в газообразное и подавать аэрозоль/золь под давлением через топливопроводы к впрыскивателю топлива. Если используется аэрозольный генератор, то системы подачи воздуха и впрыскиватель воздуха могут отсутствовать. При использовании газообразного топлива, вместо топливного бака установка будет иметь газовые баллоны, а вместо аэрозольного генератора - смеситель газовой смеси.

Электронный блок управления 19 подключен парными электропроводами 26 к топливному насосу 21, впрыскивателю топлива 13, впрыскивателю воздуха 14, катушке зажигания 25. 27 - зона детонации топлива, которая расположена внутри механизма детонации. Электронный блок управления 19, топливный насос 21 питаются от аккумуляторной батареи 24, а компрессор, аккумуляторная батарея питаются от электрической сети. Компрессор подключен к электрической сети с помощью реле давления для компрессора, аккумуляторная батарея с помощью реле зарядки аккумулятора.

Принцип действия предлагаемой турбинной установки заключается в следующем. Через клапан 7 происходит наполнение герметичного корпуса 4 рабочим телом 5: подается воздух, или другой газ или газовая смесь, или жидкость. В топливном баке 20 хранится топливо. В качестве топлива . могут использоваться взрывчатые вещества (например, взрывчатые вещества на основе нитрата аммония: аммониты, аммоналы, акваниты, акванолы, а также нитроглицерин) или взрывчатые смеси (например, пыль нафталина, серы, эбонита, антрацита, канифоли с воздухом; смеси селитры (в основном калиевой), серы и углерода; смеси жидкого кислорода с горючими веществами; смеси концентрированной азотной кислоты, чотирьохокисы азота или других жидких окислителей с горючими веществами). Могут использоваться взрывчатые смеси с невзрывчатых веществ, в которых в основном входят горючие вещества (мелкие частицы (пыль) угля, муки, дерева и т.п.) и соединения, содержащие значительные количества кислорода (окислители). Благодаря тому, что используются взрывчатые вещества или взрывные смеси для нужд электростанций необходимы меньшие объемы топлива, которые можно поставлять по железной дороге и/или автотранспортом. Поскольку для работы предложенной турбинной установки могут использоваться любые взрывчатые вещества и взрывные смеси, то расширяются возможности и альтернативы относительно источников привлечения топлива в энергетическую систему страны, региона.

С помощью электронного блока 19 обеспечивается контролируемая подача топлива через систему подачи топлива 16, подача воздуха через систему подачи воздуха 17, а также накопление и распределение электроэнергии через систему зажигания 18. Топливо подается из топливного бака 20 через топливный насос 21 топливопроводы 22 к впрыскивателю топлива 13, через который осуществляется впрыск топлива в зону детонации 27, которая размещается в направляющем корпусе 10. Одновременно осуществляется подача воздуха от системы подачи воздуха 17 через воздуховоды 23, впрыскиватель воздуха 14 в зону детонации 27. Одновременно с аккумуляторной батареи 24 электрическими проводами 26 электрический ток подается на катушку зажигания 25, а дальше подается электрический разряд на элемент зажигания 15. . Таким образом, создаются все предпосылки для осуществления регулярных, периодически повторяющихся взрывов с помощью механизма детонации 2. Периодическое срабатывания зажигательного элемента обеспечивает — контролируемое зажигания топливно-воздушной смеси в зоне детонации 27.

Происходит взрыв, взрывная сила которого благодаря направляющему корпусу 10 направлена в сторону турбины 1. Рабочее тело 5 (например, объем воздуха, который заполняет пространство в рабочей области 6 между турбиной 1 и механизмом детонации 2) приобретает кинетическую энергию и приводит в движение лопасти турбины 1, что через рабочий вал 9 приводит в действие электрогенератор 8. Рабочее тело 5, прошедшее турбину 1, перемещается дальше в герметичном корпусе 4 в замкнутом цикле, после чего процесс детонации, перемещения рабочего тела и выполнения работы с вращения лопастей турбины происходят в следующей рабочей области с определенным интервалом времени (см. фиг. 3). Процессы детонации происходят в рабочих областях поочередно. После поочередного осуществления процесса детонации внутри всех рабочих областей турбинной установки рабочий цикл повторяется. Перечень последовательностей ции.

ия в действие механизма детонации.пус .

. аправляющий корпус.

оны турбины.

ивоположном конце.

плива.

здуха.

я.

оплива.

оздуха.

я.

к управления. . атарея.

ия.