setidengi.ru

Энергетика

Category: Теплотехника (page 1 of 4)

Оценка эффективности использования водородных надстроек

УДК 621.039.533.6 Оценка эффективности использования водородных надстроек на АЭС 1 2 (диссертант), инж., 3 , доктор техн. наук ОЭП СНЦ РАН 2 — ГОУ ВПО СГТУ 3 Рассматривается вариант малозатратной модернизации АЭС с сохранением основного профиля (типоразмера) энергоблока и с незначительными изменениями эксплуатационных параметров турбоустановки. Эти изменения заключаются во введении небольшого начального перегрева пара перед ЦВД и некоторого увеличения проектного перегрева пара перед ЦНД. Кроме того, дан анализ вариантов обеспечения подогрева рабочего пара до задаваемых температур в камере смешения Н 2 /О 2 -парогенератора. Вопросам внепикового производства водорода на атомных электростанциях (АЭС), прежде всего для выравнивания графиков электрической нагрузки, и первым схемам водородного перегрева пара на АЭС и оценке его эффективности были посвящены работы, опубликованные в нашей стране и за рубежом (Германия, США и др.) в конце 70-х — начале 80-х годов . В настоящее время эти разработки интенсивно продолжаются. Как показано во многих публикациях (например, ), производство водорода по замещаемым (наиболее рентабельным) технологиям более выгодно, чем его получение обычным электролизом. Вместе с тем применение высоких технологий электролиза с уменьшенным удельным расходом электроэнергии (ниже 4кВт?ч/м 3 Н 2 ) при многозонных тарифах (сниженных в ночной период), современных безопасных технологиях хранения Н 2 на месте производства и, что самое важное, при использовании Н 2 для повышения КПД цикла всей АЭС может оказаться термодинамически и технико-экономически эффективным. К тому же нужно учитывать, что водород, полученный электролизом, на 1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 09-08-00496-а, 09-08-13533 офи-ц). 2 410054, Саратов, ул. Политехническая, д. 77. ОЭП СНЦ РАН. 3 410054, Саратов, ул. Политехническая, д. 77. ГОУ ВПО иболее чистый (примесей менее 1 %). Использование водорода приобретает новые перспективы в связи с разработкой компактных и относительно недорогих Н 2 /О 2 -парогенераторов , единичная тепловая мощность которых в ближайшее время может достигнуть 70…100 МВт при относительно невысокой капиталоемкости (50 дол/кВт). Надежное охлаждение стенок камер сгорания, регулирование температуры водяного пара, получаемого при сгорании Н 2 , высокая экологичность (нет выбросов NO x ), практическое отсутствие затрат на транспортировку Н 2 на дальние расстояния и другие позитивные сопутствующие системные факторы позволяют уже сегодня ставить задачу анализа эффективности комплексного применения электролизного водорода на АЭС. Следует отметить, что при высоких планируемых темпах ввода АЭС с ВВЭР в энергосистемах России решение такой задачи может стать очень важным при непрерывном использовании Н 2 /О 2 -парогенераторов для замещения паро-парового перегрева в основном цикле, а также (частично) регенеративного подогрева в подогревателях высокого давления (ПВД). Возможны и другие комбинированные способы непрерывно-циклического использования водорода на многоблочных АЭС для выравнивания диспетчерских графиков нагрузки. Кроме того, по оценкам специалистов, при реализации внереакторного перегрева свежего пара перед тур Рис. 1. Циклы влажно-паровой турбоустановки в Т, s-диаграмме. а — на влажном насыщенном паре; б — на смеси пара из ПГ и пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе модинамического эффекта можно добиться повышения маневренности установки, а также надежности лопаточного и соплового аппаратов первых и последних ступеней ЦВД влажно-паровой турбины. Мощность последней без существенной реконструкции и без замены электрогенератора может быть увеличена не более чем на 10 % номинального значения. Далее рассматриваются обычный влажно-паровой цикл (рис. 1, а) и цикл с использованием Н 2 /О 2 -парогенератора (рис. 1, б), для которого достигается небольшой перегрев основного свежего пара и более высокий, чем в обычном цикле (см. рис. 1, а), перегрев промежуточного пара. При этом повышается средняя температура подвода тепла как в процессе 1—2—3—3″ (по сравнению с 1—2—3), так и в процессе 5″—6″ (в сравнении с 5—6). Однако реализация значительных перегревов пара при фиксированном по условиям реакторной установки давлении свежего пара сопряжена со снижением давления сепарации и промежуточного перегрева и сдвигом процесса расширения 6″—7 вправо ра, что нежелательно из-за роста отводимого количества тепла в конденсаторе и снижения механической надежности последнего. Поэтому следует рассматривать относительно невысокие значения Т 3 » и Т 6 » (до 340 °С), что позволяет использовать унифицированное турбинное оборудование без существенной модернизации. В предлагаемой схеме (см. рис. 1, б) водород сгорает в среде кислорода с получением высокотемпературного пара. Затем после смешения с основным паром из парогенератора (ПГ) и подогрева до необходимой температуры он служит дополнительным рабочим телом в цикле АЭС. Анализ эффективности таких энергоустановок следует проводить с соблюдением общего материального баланса пара в цикле АЭС. Для значений удельного подводимого тепла ?q ПГ , ?q П , ?q ПП к потокам пара D ПГ , D П , D ПП балансовые уравнения подвода тепла и выработки электроэнергии имеют вид: подвод тепла (кВт) D ПГ ?q ПГ + D П ?q П + D ПП ?q ПП = Q ? ; выработка электроэнергии (кВт) D ПГ D П +() H ЦВД действ k pег ЦВД, ПП ————————————————-D ЦНД D ПП +() H ЦНД действ k pег ЦНД, С, ТП ——————————————————— + ? ? эл.мех ? с.н АЭС ? N ? = , где D ПГ — расход пара из парогенератора, кг/с; D П — расход пара, получаемого и добавляемого в цикл в Н 2 /О 2 -парогенераторе, кг/с; D ПП — расход пара, добавляемого в цикл после промежуточного перегрева пара, кг/с; ?q ПГ , ?q П , ?q ПП — удельные затраты тепла на получение пара с расходами D ПГ , D П , D ПП , кДж/кг; D ЦНД — расход пара, поступающего в ЦНД, кг/с; H действ ЦВД , H действ ЦНД — действительные теплоперепады, срабатываемые в ЦВД и ЦНД с учетом их внутреннего относительного КПД, кДж/кг; k ЦВД, ПП рег и k ЦНД,С,ТП рег — коэффициенты регенерации, которые учитывают потерю полезной работы с отборным паром, идущим из ЦВД и ЦНД на соответствующие подогреватели, а также недовыработку из-за поступления пара на ПП (пароперегреватель); ? эл.мех — КПД, учитывающий электрические и механические потери турбогенератора; ? АЭС с.н — КПД собственных нужд АЭС (учитывает и расход энергии на компримирование Н 2 и О 2 перед Н 2 /О 2 -парогенератором). Из соотношения полезной выработки электроэнер Рис. 2. Схема АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД. 1 — ЦНД; 2 — электрогенератор; 3 — конденсатор; 4 — бак-аккумулятор; 5 — блок электролизеров; 6, 7 — хранилище водорода и кислорода; 8 — камера сгорания АЭС (см. рис. 1, б) с водородной надстройкой можно определить его КПД: ? АЭС H 2 = ? эл.мех ? с.н АЭС ? D ПГ D П +() H ЦВД действ k pег ЦВД, ПП ————————————————-D ЦНД D ПП +() H ЦНД действ k pег ЦНД, С, ТП ——————————————————— + D ПГ ? q ПГ D П ? q П D ПП ?q ПП ++ ——————————————————————————————————————- ? . Эффективность рассматриваемой схемы модернизации с включением водородного перегрева пара при небольшом повышении температуры рабочих тел с термодинамической точки зрения мала, однако подобные схемы могут быть реализованы для выравнивания графика нагрузки на типовых энергоблоках АЭС с ВВЭР-1000 с минимальной модернизацией основного и вспомогательного оборудования. В этом их главное преимущество. На АЭС может быть реализована также упрощенная технология, ориентированная на циклическое сжигание Н 2 /О 2 в пиковые периоды для получения дополнительной мощности за счет, например, осуществления паро-парового перегрева в специальном водородном, а не в обычном пароперегревателе или по другим схемам, например, разработанным в ОЭП СНЦ РАН и СГТУ . Анализ некоторых термодинамических и технико-экономических аспектов применения водорода для получения дополнительной мощности в электроэнергетике приведен в . Для примера рассматривается схема увеличения температуры пара на 20 °С перед ЦНД (рис. 2) и приводятся результаты оценочных расчетов повышения Общий КПД использования водорода на АЭС целесообразно анализировать с помощью нескольких КПД и коэффициентов для условно выделенных процессов, составляющих общий цикл АЭС. Коэффициент рекуперации электроэнергии K эл = N доп /N затр , где N доп — дополнительно полученная электрическая мощность, МВт; N затр — мощность, затраченная на выработку водорода, МВт. В стационарном режиме работы этот коэффициент представляет собой отношение дополнительно полученной мощности в результате использования в цикле стороннего пара, произведенного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, к требуемой для производства водорода мощности. Коэффициент полезного действия использования водородно-кислородной смеси ? H 2 O N доп / Q H 2 O = , Q H 2 O D H 2 O q н p = где — тепловая мощность, полученная при сгорании водорода в кислородной смеси при стехиометрическом соотношении, МВт; — расход пара, образовавшегося в результате сжигания Н 2 , кг/с; q н р = 1,3?10 4 g516 низшая теплота сгорания, отнесенная к 1 кг продукта реакции горения (водяного пара), кДж/кг. Этот КПД представляет отношение получаемой до D H 2 O вой мощности потока стороннего пара, образовавшегося в Н 2 /О 2 -парогенераторах (без впрыска). Коэффициент смешения в камере сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора K к.с = N доп /q к.с , где q к.с = Q Н 2 О + q впр = D доп h к.с — тепловая мощность Н 2 /О 2 -парогенератора после смешения пара с водой, МВт; q впр — тепловая мощность, соответствующая подводимой охлаждающей воде, МВт; D доп = D Н 2 О + + D впр — дополнительный расход пара, кг/с; D впр — расход охлаждающей воды, кг/с; h к.с — энтальпия пара после камеры сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора, кДж/кг. Коэффициент K к.с — это отношение дополнительной мощности к располагаемой тепловой мощности смешения в Н 2 /О 2 -парогенераторе. Он учитывает также тепловой поток, привносимый с впрыском охлаждающей воды. Количество отводимого тепла через стенки в Н 2 /О 2 -парогенераторе, т.е. тепловые потери, принимались равными нулю. Коэффициент полезного действия брутто АЭС с водородной надстройкой ? АЭС H 2 /O 2 N баз N доп +() / q ПГ * q к.с +()= , где N баз — базовая мощность турбоустановки, МВт; q * ПГ — тепловая мощность, подведенная в парогенераторе, МВт. Тепловая мощность Н 2 /О 2 -парогенератора в цикле АЭС состоит из двух частей q к.с = ?q терм доп + ?q п доп, где ?q терм доп = D баз т (h п т – h баз т ) — тепловая мощность, подведенная в базовом цикле, МВт; ?q п доп = D доп h п т — тепловая мощность, подведенная в цикле с избыточным рабочим телом, МВт; D баз т — расход пара на турбоустановку (базовый), кг/с; h п т — энтальпия пара перед турбоустановкой после смешения с паром Н 2 /О 2 -парогенератора, кДж/кг; h т баз — базовая энтальпия пара перед турбоустановкой, кДж/кг. Для поддержания неизменного базового расхода в турбине D баз т необходимо отводить избыточный конденсат D доп в баки-аккумуляторы (см. рис. 2). Мощность циркуляционных насосов конденсатора в базовом цикле и цикле АЭС с водородной надстройкой из-за незначительной разницы в ее значениях принималась в расчетах постоянной, поэтому все КПД и коэффициенты рассчитывались только по прямому ба траченной. Таким образом, в расчетах не учитывалась дополнительная тепловая мощность, отводимая в конденсаторах и с избыточным потоком рабочего тела, направляемого в баки-аккумуляторы за конденсационными насосами. Полученная дополнительная мощность условно состоит из двух частей N доп = ?N доп п + ?N терм , где ?N доп п = D доп (h т п – h к п )? эл.мех — часть электрической мощности, полученная при работе дополнительного количества пара в ЦНД, МВт; h к п — энтальпия пара перед конденсатором, кДж/кг; ?N терм — часть дополнительной электрической мощности, получаемая в результате повышения параметров пара, МВт. Коэффициент энергоэффективности избыточного потока пара, смешанного с основным паром и отведенного из цикла за конденсатором в бак-аккумулятор: K доп = ?N доп п /?q доп п . Этот коэффициент характеризует отношение мощности, вырабатываемой дополнительным количеством пара в проточной части, к тепловой мощности дополнительного потока пара. Коэффициент термического совершенствования цикла K терм = ?N терм /?q доп терм представляет собой отношение мощности, полученной в результате повышения параметров пара, к тепловой мощности, подведенной к базовому циклу. Термический коэффициент совершенствования всего цикла АЭС вследствие повышения параметров пара K терм АЭС = (N баз + ?N терм )/(q * ПГ + ?q доп терм ). Коэффициент использования дополнительного потока пара в цикле АЭС K доп АЭС = (N баз + ?N доп п )/(q * ПГ + ?q доп п ). В расчетах принималось, что значение температуры на выходе из Н 2 /О 2 -парогенератора составляет Т доп = = 550…800 °C, а расход электроэнергии на электролизеры R = 4 (44,44) кВт?ч/м 3 Н 2 (кВт?ч/кг Н 2 ). Результаты расчетов эффективности АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД приведены в таблице. С увеличением температуры пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, возрастают значения K эл , ? ? H 2 /O 2 , K , и K доп , од н а к о K терм (зави Результаты расчетов эффективности АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД Параметр Температура пара после камеры сгорания, °C 550 800 N доп , МВт 85,5 56,2 N затр , МВт 315,6 188,2 K эл , % 27,1 29,9 D Н 2 О , кг/с 17,6 10,0 ? H 2 O , % 37,3 41,1 D доп , кг/с 79,8 41,1 K к.с , % 29,9 32,9 ? АЭС H 2 /O 2 , % 32,7 33,0 ?q доп терм , МВ т 48,1 48,1 ?N терм , МВт 25,1 25,1 ?q доп п , МВт 237,9 122,5 ?N доп п , МВт 60,5 31,1 K терм , % 52,2 52,2 K доп , % 25,4 25,4 K терм АЭС , % 33,3 33,3 K доп АЭС , % 32,5 32,7 сит только от повышения температуры пара перед ЦНД) остается постоянным. Если увеличить температуру пара перед ЦНД на 20 °C, т.е. до 270 °C, с дальнейшим доведением ее, например, до 340 °C (возможно без существенной модернизации турбины АЭС), то возрастут K терм и K терм АЭС . ? АЭС H 2 /O 2 Это приведет к повышению , а значит, и эффек тивности всего цикла АЭС с водородной надстройкой по сравнению с базовым циклом. Выводы 1. Предложена система КПД и коэффициентов для условно выделенных процессов, позволяющих оценивать эффективность водородных надстроек в цикле АЭС. 2. Дан анализ схемы повышения температуры пара перед ЦНД в результате последовательного смешения пара в камере сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора с охлаждающей водой и затем с основным потоком пара перед ЦНД. 3. Обоснована эффективность повышения температуры пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, и температуры пара перед ЦНД на 20 °С, т.е. до 270 °С (в дальнейшем во

Устройства для магнитной обработки воды

ри эксплуатации автономных систем отопления и горячего водоснабжения большую проблему представляет высокая жесткость воды, обусловленная повышенным содержанием солей CaCO3 и MgCO3. Растворенные в воде минералы откладываются на внутренней поверхности труб, образуют наросты, которые, препятствуя току воды, засоряют отверстия и клапаны. Доказано, что если на ТЭНе откладывается слой накипи толщиной в 1.5 мм, то потребление энергии, необходимой для нагрева воды, увеличивается на 15%; слой в 3 мм увеличивает потребление энергии на 25%; при слое толщиной в 7 мм это число достигает 39%, а при 10 мм — 50%. Нагревание воды через слой накипи резко увеличивает расход топлива и снижает энергоэффективность системы. Кроме того, избыточная энергия, то есть та энергия, которую нагревательный элемент выделил, а вода так и не получила, тратится на перегрев самого нагревательного элемента, в результате чего он выходит из строя. Выпавшая на нагревательном элементе и трубах накипь, взаимодействуя с водой (так называемый гидролиз магниевых солей), повышает ее рН, что усиливает коррозию систем в целом. Эти процессы ведут к преждевременному износу нагревательных систем и требуют частых ремонтов и замены частей и узлов оборудования. Подобные проблемы возникают в оборудовании, которое присутствует в следующих приборах и системах: 1) водонагревателях; 2) пластинчатых теплообменниках; 3) системах воздушного кондиционирования; 4) циркуляционных насосах; 5) вспомогательных насосах; 6) промышленных машинах для приготовления кофе и горячих напитков; 7) охлаждающих башнях; 8) охлаж- 34 дающих системах циркуляции; 9) паровых котлах; 10) паровых плитах; 11) стиральных машинах; 12) очистительных установках высокого давления для горячей воды. Для защиты теплообменного оборудования от накипи используются устройства магнитной обработки (подготовки) воды (МПВ). Действие способа основано на осаждении растворенных в воде минералов на кристаллах микровключений, находящихся в воде во взвешенном состоянии, как на центрах кристаллизации. Такой способ обработки воды с целью уменьшения образования

Повышение энергоэффективности панельных жилых зданий

Жилым зданиям присваивается класс энергетической эффективности в зависимости от величины удельного расхода тепловой энергии на отопление, нормируемая величина которого зависит от назначения и этажности здания . Классификацию по энергопотреблению 5-этажных жилых зданий можно представить в виде таблицы 1. Таблица 1 — Классификация 5-этажных жилых зданий г. Брянска по энергопотреблению Обозначение классаНаименование класса энергетической эффективностиУдельный расход энергии на отопление кВт·ч/м2кДж/(м2•?С•сут.) 1237 AОчень высокий70 и менее56 и менее BВысокий71-9657-77 CНормальный97-11178-89 DНизкий112-42590-340 EОчень низкий426 и более341 и более Рассмотрим тепловой баланс панельного здания на примере жилого дома серии 1-335, состоящего из двух рядовых и двух торцовых блок-секций. Ориентацию главного фасада условно принимаем на юг. Конструктивное решение пятиэтажных жилых зданий серии 1-335 — неполный каркас с продольными несущими стенами из керамзитобетонных панелей толщиной 350 мм. Окна — двойное остекление из обычного стекла в раздельных деревянных переплетах. Покрытие — комплексные керамзитобетонные панели с рулонной кровлей из четырех слоев рубероида. Техническое подполье с разводкой трубопроводов. Здание подключено к централизованной системе теплоснабжения и имеет систему отопления без термостатов и без авторегулирования на вводе. Градусо-сутки отопительного периода Dd = (tint-tht)•zht, где расчетную температуру внутреннего воздуха принимаем +18?С . Для г. Брянска Dd = 4162?С•сутки. При составлении теплового баланса необходимо располагать всеми данными, характеризующими объемно-планировочное и теплоэнергетическое исполнение здания (таблица 2). Таблица 2 — Геометрические, теплотехнические и энергетические показатели существующего здания Ограждающая конструкцияA, м2Rreq, м2•?С/ВтRr, м2•?С/ВтQhtr, ГДж 12345 Стены1368,92,8570,758733,8 Окна и балконные двери664,00,4620,440613,2 Входные двери13,520,7590,8006,9 Покрытие744,44,2810,939322,1 Перекрытие первого этажа744,43,7730,358338,0 Основные составляющие теплового баланса здания : Qhtr — теплопотери трансмиссионные (через наружные ограждающие конструкции здания); Qhinf — теплопотери инфильтационные (за счет инфильтрации и вентиляции); Qint — теплопоступления бытовые (за счет тепловыделений людей, освещения и оргтехники); Qs — теплопоступления инсоляционные (через окна и фонари от солнечной радиации); Qhy — расход тепловой энергии на отопление здания. Разница между теплопотерями и теплопоступлениями показывает расход энергии на отопление. Удельный расход составляет qhdes = 161 кДж/(м2•?С•сут.). Соответственно, эксплуатируемое существующее здание серии 1-335 относится к классу D по энергетической эффективности. В эту категорию попадают все крупнопанельные пятиэтажные здания, имеющие сходные геометрические и теплотехнические показатели. Для перехода от зданий классов Е и D к зданиям класса А необходимо выполнить совокупность мероприятий, направленных на уменьшение энергопотребления: — комплекс ремонтно-строительных работ, направленных на приведение теплотехнических показателей всех ограждающих конструкций к современным требованиям; — модернизацию системы отопления предпочтительно за счет организации пофасадного регулирования подачи теплоносителя в зависимости от средней температуры воздуха в помещениях каждого фасада ; — переход на механические или смешанные системы регулируемой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла; — разработку системы мер материальной заинтересованности застройщиков повышать класс энергетической эффективности зданий, а жильцов снижать энергопотребление домов. Произведем утепление стен по технологии «Мосрекон», так как данная система вентилируемых фасадов адаптирована к климатическим условиям Центрального региона России, а также наиболее доступна в ценовом плане . Для теплоизоляционного слоя применяем плиты из стеклянного волокна, имеющие расчетный коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации в Брянской области 0,045 Вт/м•°C. Сопротивление теплопередаче наружных стен составит 3,060 м2•?С/Вт. Существующие оконные блоки целесообразно заменить двухкамерным стеклопакетом в одинарном поливинилхлоридном переплете из стекла с твердым селективным покрытием, так как они имеют оптимальное сочетание коэффициентов, учитывающих затенение светового проема непрозрачными элементами затенения и относительное проникание солнечной радиации. Тем самым увеличивается сопротивление теплопередачи светопрозрачных конструкций до 0,580 м2•?С/Вт (при заполнении аргоном до 0,650 м2•?С/Вт). Утепление перекрытия первого этажа и покрытия проводим по уже известным и апробированным технологиям; сопротивление теплопередаче составит 3,550 м2•?С/Вт и 4,420 м2•?С/Вт соответственно. Организация воздухообмена с использованием рекуперации позволяет утилизировать тепло вытяжного воздуха, на подогрев которого уходит около 50% всего потребляемого тепла на отопление здания, то есть инфильтрационные теплопотери уменьшатся вдвое. Увеличивая в 2 раза коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты, пропорционально увеличивается эффективность всех теплопоступлений в здание. Удельный расход составляет qhdes = 23 кДж/(м2•?С•сут.), соответственно, реконструированный панельный дом серии 1-335 будет относиться к классу А по энергетической эффективности. Сравнительный анализ теплового баланса существующего и реконструированного панельного здания показывает, что, выполнив комплекс основных мероприятий, достигается эффект снижения расхода энергии на отопление в 6,5 раз. Полученный показатель удельного расхода энергии 23 кДж/(м2•?С•сут.) или 29 кВт·ч/м2 приближается к энергоэффективным зданиям со сверхнизким потреблением энергии (концепция Passive House) . СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой РФ. — М.: Стройиздат, 2003. — 54 с. Гертис, К. Здания XXI века — здания с нулевым потреблением энергии // Энергосбережение. — 2007. — №3. — С. 34-36. Ливчак, теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий — основа энергосбережения // АВОК. — 2005. — №7. — С. 4-9 Кононова, технических решений энергосберегающих мероприятий при реконструкции систем отопления зданий // Концептуальные вопросы современного градостроительства. — Воронеж, 2007. — С. 73-80. Граник, фасадных систем в жилищно-гражданском строительстве // Энергосбережение. — 2005.- № 4. — С. 84-89. Табунщиков, концепции зданий XXI века в области теплоснабжения и климатизации // АВОК. — 2005. — №4. — С. 4-7.

Конденсационная установка

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в качестве конденсатора пара. Конденсационная установка содержит конденсатор, трубчатую поверхность теплообмена с конденсацией пара внутри труб, конденсатосборник с каналом отвода неконденсирующихся газов, охладитель конденсата, конденсатный насос с нагнетательным трубопроводом. В канале отвода неконденсирующихся газов размещен смесительный теплообменник, в который поступает часть охлажденного конденсата после конденсатного насоса. Изобретение позволяет повысить эффективность работы конденсационной установки. 1 ил.

Конденсационная установка, содержащая конденсатор, трубчатую поверхность теплообмена с конденсацией пара внутри труб, конденсатосборник с каналом отвода неконденсирующихся газов, охладитель конденсата, конденсатный насос с нагнетательным трубопроводом, отличающаяся тем, что в канале отвода неконденсирующихся газов размещен смесительный теплообменник, в который поступает часть охлажденного конденсата после конденсатного насоса.

Изобретение относится к области теплообменных аппаратов и может быть использовано в качестве конденсатора пара, содержащего неконденсирующиеся газы в турбинных установках, технологических процессах, в химической, пищевой и других отраслях промышленности.Известны конструкции конденсаторов пара с конденсацией внутри труб (См. Мильман О.О., Федоров В.А. Воздушно-конденсационные установки. Изд-во МЭИ, 2002 г., с.38, 39, 55).Главный недостаток этих установок — плохое охлаждение парогазовой смеси в трубах, что снижает эффективность конденсационных установок.Известны конденсационные установки с конденсацией внутри труб и переохлаждением конденсата (См. Федоров В.А., Мильман О.О. Теплогидравлические автоколебания и неустойчивость в теплообменных системах с двухфазным потоком. Изд-во МЭИ, 1998 г., с.223).Недостаток этой установки — снижение эффективности из-за неудовлетворительного удаления неконденсирующихся газов.Задача изобретения — повышение эффективности работы конденсационной установки, решается тем, что на выходе парогазовой смеси из конденсатосборника, установленного перед охладителем конденсата размещен смесительный теплообменник, в который подается конденсат после конденсатного насоса. На струях переохлажденного конденсата конденсируется пар из парогазовой смеси.В результате реализации этого существенного признака содержание пара в парогазовой смеси и расход энергии на ее удаление уменьшаются и работа конденсационной установки становится более эффективной.Схема устройства приведена на чертеже. Конденсационная установка состоит из конденсатора 1, содержащего трубчатую поверхность теплообмена с конденсацией пара внутри труб 8, охладителя конденсата 2, конденсатного насоса 3 с нагнетательным трубопроводом 4, соединяющего насос с конденсатосборником 5, который имеет канал отвода неконденсирующихся газов 6 и встроенный в него смесительный теплообменник 7.Устройство работает следующим образом. Пар поступает в конденсатор 1, конденсируется внутри труб поверхности теплообмена 8, конденсат пара сливается в конденсатосборник 5 и через охладитель конденсата 2 откачивается конденсатным насосом 3 через нагнетательный трубопровод 4. Часть охлажденного конденсата поступает в смесительный теплообменник 7, установленный в канале 6 отвода неконденсирующихся газов из конденсатосборника 5.Благодаря использованию вышеуказанного конструкторского решения, содержание пара в парогазовой смеси уменьшается, расход энергии на удаление газа падает и работа конденсационной установки становится более эффективной.

Способ производства консервов «морковь гарнирная»

Изобретение относится к консервной промышленности. Морковь после предварительной подготовки и расфасовки помещают на 150-160 с в СВЧ-камеру. Затем наполняют заливкой температурой 95°С и повторно подвергают СВЧ-обработке. После этого герметизируют и стерилизуют в автоклаве по новой формуле. Изобретение позволяет уменьшить продолжительность процесса стерилизации, снижает неравномерность тепловой обработки.

Способ консервирования моркови гарнирной, характеризующийся тем, что морковь после предварительной подготовки и расфасовки в банки помешают в СВЧ-камеру частотой 2400±50 МГц на 150-160 с, далее наполняют заливкой температурой 95°С, повторно помещают в СВЧ-камеру частотой 2400±50 МГц на 120-130 с, закатывают и стерилизуют по режиму в автоклаве.

Предлагаемый способ на изобретение относится к консервной промышленности, а именно к способам производства консервов «Морковь гарнирная» в банках СКО 1-82-1000.Источники, по которым был проведен поиск по данному способу, показали, что прототипом его является способ [1], сущность которого заключается в том, что подготовленные банки с продуктом после расфасовки, заливки и закатки подвергают тепловой стерилизации в автоклаве по режиму (для тары СКО 1-82-1000):

Где: 20 — продолжительность нагрева воды в автоклаве до 116°С, мин;35 — продолжительность собственной стерилизации, мин;25 — продолжительность охлаждения, мин.Основными недостатками этого способа являются:- большая продолжительность процесса тепловой обработки продукта;- неравномерность тепловой обработки продукта в банках;- относительно большой расход тепловой энергии.Целью предлагаемого способа является сокращение продолжительности процесса тепловой обработки, снижение неравномерности тепловой обработки, повышение качества готовой продукции и экономия тепловой энергии.Поставленная цель достигается за счет того, что по предлагаемому способу банки с расфасованной морковью перед заливкой на 150-160 с помещают в СВЧ-камеру частотой 2400±50 МГц, после чего заливают заливку, температура которой не ниже 95°С, закатывают и повторно помещают в СВЧ-камеру частотой 2400±50 МГц на 120-130 с, закатывают и стерилизуют в автоклаве по новому режиму стерилизации.Пример осуществления способа:В банки закладывают подготовленную морковь и их на 150-160 с помещают в СВЧ-камеру, где при помощи магнетрона возбуждается электромагнитное поле частотой 2400±50 МГц.После СВЧ-обработки в банки заливают заливку температурой не ниже 95°С и повторно помещают в СВЧ-камеру на 120-130 с, после чего закатывают и направляют на стерилизацию в автоклаве по новому режиму стерилизации.Температура продукта в банке после двухступенчатой обработки в СВЧ-камере, герметизации и выдержки в течение 25 мин (допускаемый разрыв между укупоркой и стерилизацией) составляет 78°С, а по действующей технологической инструкции — 43°С.Таким образом, при консервировании по предлагаемому способу продукт на начальном этапе стерилизации имеет температуру 78°С, т.е. на 35°С больше по сравнению с консервированием по действующей технологической инструкции.Существенными отличительными признаками предлагаемого способа являются: предварительный подогрев моркови в банках в СВЧ-поле частотой 2400±50 МГц в течение 150-160 с, наполнение заливкой температурой не ниже 95°С, повторное помещение в СВЧ-камеру частотой 2400±50 МГц на 120-130 с, герметизация и стерилизация по режиму:

в автоклаве.Данный режим тепловой стерилизации обеспечивает промышленную стерильность консервов.Предлагаемый способ уменьшает продолжительность процесса тепловой стерилизации консервов, снижает неравномерность тепловой обработки продукта, повышает качество готового продукта и обеспечивает экономию тепловой энергии.Литература1. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Т.2, — М.: Пищевая промышленность, 1977.

Система теплоснабжения

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в городских системах теплоснабжения. Система теплоснабжения содержит централизованный базовый и установленный в местной системе потребителя пиковый источники теплоты, подключенные подающими и обратными сетевыми трубопроводами к подающей и обратной сетевым магистралям. Местная система потребителя снабжена контроллером, соединенным с датчиком давления на подающей сетевой магистрали, приводами запорных органов на подающем и обратном сетевых трубопроводах местной системы потребителя и с приводом циркуляционного насоса, установленного на обратном сетевом трубопроводе местной системы потребителя. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и качества работы местной системы теплоснабжения за счет ее отключения от подающей и обратной сетевых магистралей и использования пикового источника теплоты в качестве базового при понижении давления сетевой воды в подающей сетевой магистрали ниже заданных величин. 1 ил.

Система теплоснабжения, содержащая централизованный базовый и установленный в местной системе потребителя пиковый источники теплоты, подключенные подающими и обратными сетевыми трубопроводами к подающей и обратной сетевым магистралям, отличающаяся тем, что местная система потребителя снабжена контроллером, соединенным с датчиком давления на подающей сетевой магистрали, приводами запорных органов на подающем и обратном сетевых трубопроводах местной системы потребителя и с приводом циркуляционного насоса, установленного на обратном сетевом трубопроводе местной системы потребителя.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в городских системах теплоснабжения.Известен аналог — система теплоснабжения, содержащая централизованный базовый и установленный в местной системе потребителя пиковый источники теплоты, подключенные подающими и обратными сетевыми трубопроводами к подающей и обратной сетевым магистралям (см. патент RU 2235249, кл. F24D 3/08, 27.08.2004). Этот аналог принят в качестве прототипа.Недостатками аналога и прототипа является пониженные надежность и качество работы системы теплоснабжения, которые обусловлены зависимостью пиковых источников теплоты от температурного и гидравлического режимов централизованного базового источника теплоты. Так, при аварийных ситуациях на базовом источнике теплоты и падении давления в подающей и обратной сетевых магистралях становится невозможной и работа пикового источника.Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение надежности и качества работы местной системы теплоснабжения за счет ее отключения от подающей и обратной сетевых магистралей и использования пикового источника теплоты в качестве базового при понижении давления сетевой воды в подающей сетевой магистрали ниже заданных величин,Для достижения этого результата предложена система теплоснабжения, содержащая централизованный базовый и установленный в местной системе потребителя пиковый источники теплоты, подключенные подающими и обратными сетевыми трубопроводами к подающей и обратной сетевым магистралям.Отличием заявленной системы теплоснабжения является то, что местная система потребителя снабжена контроллером, соединенным с датчиком давления на подающей сетевой магистрали, приводами запорных органов на подающем и обратном сетевых трубопроводах местной системы потребителя и с приводом циркуляционного насоса, установленного на обратном сетевом трубопроводе местной системы потребителя.Рассмотрим пример реализации заявленной системы теплоснабжения.На чертеже изображена принципиальная схема системы теплоснабжения.Система теплоснабжения содержит централизованный базовый источник теплоты — ТЭЦ 1 с теплофикационной турбиной 2 и сетевыми подогревателями 3, включенными между подающей 4 и обратной 5 сетевыми магистралями, к которым с помощью подающего 6 и обратного 7 сетевых трубопроводов через запорные органы 8 с приводами 9 подключена местная система 10 потребителя, оснащенная контроллером 11. К подающему 6 и обратному 7 сетевым трубопроводам местной системы 10 потребителя подключены пиковый источник 12 теплоты и отопительные приборы 13 абонентов. На обратном трубопроводе 7 местной системы 10 потребителя установлен циркуляционный насос 14 с приводом 15. Приводы 9 запорных органов 8 и привод 15 циркуляционного насоса 14 соединены с контроллером 11, который, в свою очередь, соединен с датчиком давления 16, установленным на подающей сетевой магистрали 4.Система теплоснабжения работает следующим образом.Базовую нагрузку системы теплоснабжения покрывают на ТЭЦ 1 за счет отборов пара теплофикационной турбины 2, для чего циркулирующую в системе сетевую воду нагревают в двух последовательно включенных сетевых подогревателях 3. Далее нагретую сетевую воду по подающей сетевой магистрали 4 направляют в подающий сетевой трубопровод 6 местной системы 10 потребителя и далее в пиковый источник 12 теплоты, где покрывают пиковую тепловую нагрузку. Величину нагрева воды в пиковом источнике теплоты 12 регулируют в зависимости от температуры отопительных приборов 13 и потребности абонентов.При понижении давления сетевой воды в подающей сетевой магистрали 4, контролируемого датчиком давления 16, ниже заданных величин пиковый источник 12 теплоты используют в качестве базового источника теплоты, для чего местную систему 10 потребителя отключают от подающей 4 и обратной 5 сетевых магистралей запорными органами 8 с приводами 9, на которые поступает сигнал от контроллера 11, соединенного с датчиком давления 16. Циркуляцию сетевой воды в местной системе 10 потребителя осуществляют с помощью установленного на обратном сетевом трубопроводе 7 циркуляционного насоса 14, на привод 15 которого также поступает сигнал о включении от контроллера 11.Таким образом, новая система теплоснабжения позволяет значительно повысить надежность и качество теплоснабжения потребителей при понижении давления сетевой воды в подающей сетевой магистрали, благодаря отключению местной системы потребителя от подающей и обратной сетевых магистралей и использования пикового источника теплоты в качестве базового, что обеспечивает теплоснабжение потребителя от местного пикового теплоисточника при аварийных ситуациях на базовом источнике.

Тепловая электрическая станция

Изобретение предназначено для обнаружения мест присосов воздуха и может быть использовано в теплоэнергетике. Тепловая электрическая станция содержит паровую турбину с конденсатором, который через конденсатный насос связан трубопроводом основного конденсата с деаэратором питательной воды, кислородомер. Кислородомер выполнен многоканальным, а его каналы подключены к датчику на трубопроводе основного конденсата за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления и к датчикам, установленным на конденсатопроводах теплообменников, работающих под разряжением, например, за конденсатными насосами турбины, нижнего и верхнего сетевых подогревателей, подогревателя добавочной воды. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и надежности тепловой электрической станции. 1 ил.

Тепловая электрическая станция, содержащая паровую турбину с конденсатором, который через конденсатный насос связан трубопроводом основного конденсата с деаэратором питательной воды, кислородомер, датчик которого подключен к трубопроводу основного конденсата за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления, отличающаяся тем, что кислородомер выполнен многоканальным, а его каналы подключены к датчикам, установленным на конденсатопроводах теплообменников, работающих под разряжением, например, за конденсатными насосами турбины, нижнего и верхнего сетевых подогревателей, подогревателя добавочной воды.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях.Известен аналог — тепловая электрическая станция, содержащая паровую турбину с конденсатором, который через конденсатный насос связан трубопроводом основного конденсата с деаэратором питательной воды, кислородомер, датчик которого подключен к трубопроводу основного конденсата за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления (патент №2237813, Б.И. 2004, №28). Этот аналог принят в качестве прототипа.Недостатками аналога и прототипа является пониженная экономичность и надежность тепловых электростанций из-за низкой оперативности обнаружения и устранения мест присосов воздуха.Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение экономичности и надежности тепловой электрической станции путем повышения оперативности обнаружения и устранения мест присосов воздуха.Для достижения этого результата предложена тепловая электрическая станция, содержащая паровую турбину с конденсатором, который через конденсатный насос связан трубопроводом основного конденсата с деаэратором питательной воды, кислородомер, датчик которого подключен к трубопроводу основного конденсата за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления.Особенность заключается в том, что кислородомер выполнен многоканальным, а его каналы подключены к датчикам, установленным на конденсатопроводах теплообменников, работающих под разряжением, например, за конденсатными насосами конденсатора турбины, нижнего и верхнего сетевых подогревателей, подогревателя добавочной воды.Новая взаимосвязь элементов позволяет повысить оперативность обнаружения и устранения мест присосов воздуха, а, значит, повысить надежность и экономичность работы тепловой электрической станции за счет снижения интенсивности внутренней коррозии трубопровода основного конденсата, вызванной присосами воздуха.Далее рассмотрим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением искомого технического результата.На чертеже изображена принципиальная схема тепловой электрической станции.Станция содержит котел 1, паровую турбину 2 с регенеративными отборами, конденсатор 3, трубопровод основного конденсата турбины 4 с включенными в него конденсатным насосом 5 и регенеративными подогревателями низкого давления 6, 7, 8, 9. В качестве устройства для проверки герметичности вакуумной системы установлен многоканальный кислородомер 10, один датчик 11 которого подключен к трубопроводу основного конденсата турбины 4 за пределами вакуумной системы турбоустановки, например, за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления 7, второй датчик 12 подключен к трубопроводу основного конденсата 4 за конденсатным насосом 5, третий датчик 13 подключен к конденсатопроводу 15 за конденсатным насосом 16 подогревателя исходной добавочной воды 17, а четвертый датчик подключен к конденсатопроводу 26 за конденсатным насосом 25 нижнего 23 и верхнего 24 сетевых подогревателей сетевой воды. Подогреватель исходной добавочной воды 17, водоподготовительная установка 18, вакуумный деаэратор 19 и насос исходной добавочной воды 20 включены в трубопровод исходной добавочной воды 21, который связан с трубопроводом сетевой воды 22. В трубопровод сетевой воды 22, кроме сетевого насоса 27, также включены нижний 23 и верхний 24 сетевые подогреватели.Рассмотрим пример реализации заявленного решения.Вырабатываемый в котле 1 пар направляют в турбину 2 и конденсируют в конденсаторе 3, основной конденсат турбин конденсатным насосом 5 подают в регенеративные подогреватели низкого давления 6, 7, 8, 9 и далее в деаэратор повышенного давления, после которого основной конденсат турбины питательным насосом прокачивают через подогреватели высокого давления и подают в паровой котел. Периодическую проверку герметичности вакуумной системы проводят по содержанию растворенного кислорода в основном конденсате турбин за пределами вакуумной системы турбоустановки, например, за вторым по ходу основного конденсата подогревателем низкого давления 7 и по содержанию растворенного кислорода в конденсате за конденсатными насосами теплообменников, работающих под разряжением, например, за подогревателем исходной добавочной воды 17, за нижнем 23 и верхним 24 подогревателями сетевой воды и за конденсатным насосом 5 конденсатора 3 турбины 2. Места присосов воздуха определяют по абсолютным величинам показаний датчиков многоканального кислородомера 10 и по разности этих величин. Таким образом, новый способ позволяет продлить срок службы трубопроводов и оборудования за счет повышения оперативности обнаружения и устранения мест присосов воздуха и снижения интенсивности внутренней коррозии, вызванной присосами воздуха, т.е. повысить надежность и экономичность работы тепловой электрической станции.

Способ повышения давления газа

Способ повышения давления газа заключается в подаче в поток газа, движущийся по каналу, по направлению движения газа — жидкости в количестве более 10 процентов от массового расхода газа. Жидкость находится под давлением более 5 МПа. При этом температура газа более той, при которой происходит полное испарение жидкости. В качестве жидкости может быть использован керосин, вода или криогенная жидкость. Способ позволяет повышать давление газа (смеси) при снижении его (ее) температуры. Способ может быть использован в системах охлаждения элементов газотурбинных двигателей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ повышения давления газа, заключающийся в подаче в поток газа, движущийся по каналу, по направлению движения газа — жидкости, находящейся под давлением, отличающийся тем, что массовый расход жидкости составляет более 10% от массового расхода газа, давление жидкости более 5 МПа, температура газа более величины, определяемой соотношениемгде Тж — температура жидкости, К;Ткип — температура кипения жидкости при исходном давлении газа, К;q — теплота парообразования жидкости, Дж/кг;сж — удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·град);сРг — удельная теплоемкость газа при исходных температуре и давлении газа, Дж/(кг·град);m — относительный массовый расход жидкости (по отношению к расходу газа).

2. Способ повышения давления газа по п.1, отличающийся тем, что жидкость — керосин.

3. Способ повышения давления газа по п.1, отличающийся тем, что жидкость — вода.

4. Способ повышения давления газа по п.1, отличающийся тем, что жидкость — криогенная жидкость.

Изобретение относится преимущественно к авиадвигателестроению. Для создания реактивной тяги в авиационных двигателях используют компрессора (Теория авиационных двигателей. / Под ред. П.К.Казаджана. М.: Машиностроение, 1983, с.28, рис.21). Недостатком авиационных компрессоров является существенное повышение температуры газа при его сжатии.Целью изобретения является устранение указанного недостатка.Известны струйные топливные насосы (Д.И.Нефедов, Л.Б.Лещинер. Топливные системы современных самолетов. М.: Военное издательство, 1964, стр.85, рис.43д), в которых давление топлива повышается за счет кинетической энергии струи активного топлива (жидкости).Известен способ повышения давления газа, заключающийся в подаче в поток газа, движущийся по каналу, по направлению его движения — жидкости, находящейся под давлением, причем температура газа позволяет испарить впрыскиваемую жидкость (RU 2286483 С2, МПК F04F 5/18, 27.10.2006).Поставленная цель достигается тем, что в поток газа, движущийся по каналу, по направлению движения газа подается жидкость под давлением более 5 МПа в количестве более 10 процентов от массового расхода газа. При этом температура газа более той, при которой вся жидкость при смешении с газом испаряется. Величина минимальной температуры газа определяется какгде Тж — температура жидкости, К;Ткип — температура кипения жидкости при исходном давлении газа, К;q — удельная теплота парообразования жидкости, Дж/кг;сж — удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·град); — удельная теплоемкость газа при исходных температуре и давлении газа, Дж/(кг·град);m — относительный массовый расход жидкости (по отношению к расходу газа).Сущность изобретения состоит в том, что при сочетании параметров жидкости и газа, указанных в формуле изобретения, одновременно с передачей от жидкости газу импульса силы происходит ее испарение, что ведет к повышению давления газа (смеси) и снижению его (ее) температуры.На фиг.1 изображена схема течения газа.На фиг.2 показаны приращения давления газа в зависимости от относительного расхода и относительной скорости истечения жидкости.На фиг.3 показаны минимальные температуры газа для различных жидкостей в зависимости от их относительного расхода.Внутри цилиндрического канала (фиг.1) расположена форсунка, за которой находится камера смешения. Сечение входа в камеру смешения обозначено индексом 1, сечение выхода — индексом 3. Индексом 2 обозначено сечение выхода из форсунки.Способ осуществляется следующим образом. В поток газа через форсунку подается жидкость со скоростью, превышающей скорость движения газа. При этом температура газа более той, при которой происходит полное испарение жидкости. В результате расширения жидкости (переход из жидкого состояния в газообразное) в канале ограниченного размера давление газа (смеси) увеличивается, а температура уменьшается.Уравнение сохранения импульса силы для течения, представленного на фиг.1, имеет вид,где Gi — массовые расходы газа (жидкости) в соответствующих сечениях, кг/с;Wi — скорости газа (жидкости) в соответствующих сечениях, м/с;Рi — статические давления в соответствующих сечениях, Па;Fi — площади соответствующих сечений, м2.Будем полагать, что: W3≈W1; P1≈Р2; F3≈F1 (F2<

Газотурбодетандерная установка для утилизации энергии

Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления газа с реализацией турбодетандерного эффекта. Газотурбодетандерная установка для утилизации энергии сжатого природного газа содержит последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа, турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором, и аккумуляторную батарею с возможностью подзарядки последней от электрогенератора при работающем в режиме турбодетандере и подключении к нагревателю в начальный момент работы установки с последующим отключением от нагревателя при выходе турбодетандера на режимную работу. Электрический нагреватель выполнен резистивным и подключен к электрогенератору через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, установленными на входе и выходе турбодетандера. Использование изобретения позволяет упростить конструктивную схему энергетической газотурбодетандерной установки и обеспечивает возможность регулирования заданной температуры газа на входе и выходе турбодетандера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбодетандерная установка для утилизации энергии сжатого природного газа, содержащая последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа и турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена аккумуляторной батареей с возможностью подзарядки последней от электрогенератора при работающем в режиме турбодетандере и подключении к нагревателю в начальный момент работы установки с последующим отключением от нагревателя при выходе турбодетандера на режимную работу, а электрический нагреватель выполнен резистивным и подключен к электрогенератору через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, установленными на входе и выходе турбодетандера.2. Газотурбодетандерная установка по п.1, отличающаяся тем, что перед турбодетандером установлен теплообменник-регенератор для предварительного подогрева поступающего в турбодетандер газа высокого давления горячим газом низкого давления, выходящим из турбодетандера.

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления газа с реализацией турбодетандерного эффекта, и может быть использовано в наземных установках для утилизации потенциальной энергии природного газа при редуцировании его давления на газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП).Известна газотурбодетандерная установка, содержащая магистраль природного газа высокого давления с последовательно установленными в ней устройством подогрева газа и турбодетандером, кинематически связанным с электрогенератором, а также газотурбинный двигатель, причем устройство нагрева газа выполнено в виде теплообменника-регенератора с возможностью подогрева газа продуктами сгорания газотурбинного двигателя [патент РФ №2009389, F 17 D 1/04, 1994 г.].Недостатком известного устройства является сложность конструкции и отсутствие возможности регулировки температуры отпускаемого потребителю газа пониженного давления.В качестве прототипа выбрана газотурбодетандерная установка для утилизации энергии сжатого природного газа, содержащая последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа и турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором [патент РФ №2221192, F 17 D 1/04, 2004 г.].Недостатком известного устройства является сложность конструкции и отсутствие возможности регулировки температуры отпускаемого потребителю газа пониженного давления.Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание простой по конструкции газотурбодетандерной установки с возможностью регулировки заданной температуры газа на входе и выходе турбодетандера.Поставленная задача решена тем, что газотурбодетандерная установка, содержащая последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа и турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором, согласно изобретению дополнительно снабжена аккумуляторной батареей с возможностью подзарядки последней от электрогенератора при работающем в режиме турбодетандере и подключении к нагревателю в начальный момент установки с последующим отключением от нагревателя при выходе турбодетандера на режимную работу, а электрический нагреватель выполнен резистивным и подключен к электрогенератору через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, установленными на входе и выходе турбодетандера.Перед турбодетандером может быть установлен теплообменник-регенератор для предварительного подогрева поступающего в турбодетандер газа высокого давления горячим газом низкого давления, выходящим из турбодетандера.Сопоставительный анализ заявляемой газотурбодетандерной установки с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения «новизна».Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения «промышленная применимость» видно из нижеприведенного примера конкретного выполнения газотурбодетандерной установки.Изобретение иллюстрировано чертежами, где на фиг.1.представлена функциональная схема газотурбодетандерной установки, выполненной по п.1 патентной формулы («низкотемпературная» схема установки), фиг.2 — то же самое по п.п.2, 3 патентной формулы («высокотемпературная» схема установки).Позиции и обозначения, представленные на схеме:А — аккумуляторная батарея;Б — блок управления;Г — электрогенератор;Н — нагреватель;Т — турбодетандер;1 — магистраль природного газа высокого давления;2 — резистивный нагреватель;3 — турбодетандер;4 — электрогенератор;5 — блок управления;6 — термопара (датчик температуры);7 — аккумуляторная батарея.8 — теплообменник-регенератор.Установка, выполненная по «низкотемпературной» схеме (фиг.1), включает магистраль 1 природного газа высокого давления, на которой последовательно установлены электрический резистивный нагреватель 2 и турбодетандер 3, кинематически связанный с электрогенератором 4. Нагреватель 2 подключен к электрогенератору 4 через блок управления 5, электрически связанный с датчиком температуры (термопарой) 6.К нагревателю 2 и электрогенератору 4 через блок управления 5 подключена аккумуляторная батарея 7.Установка, выполненная по «высокотемпературной» схеме (фиг.2), содержит те же элементы, но дополнительно включает теплообменник-регенератор 8 для подогрева поступающего в турбодетандер 3 холодного газа высокого давления горячим газом низкого давления.Работа газотурбодетандерной установки осуществляется следующим образом.В начальный период работы нагреватель 2 подключен к предварительно заряженной аккумуляторной батарее 7.Природный газ высокого давления поступает в магистраль 1, подогревается в нагревателе 2 до заданной температуры (250…350 К или 350…600 К при выполнении установки по «низкотемпературной» или «высокотемпературной» схеме, соответственно), проходит через турбодетандер 3, расширяется на его лопатках и отпускается далее потребителю в виде газа низкого давления. Энергия сжатого газа переходит в кинетическую энергию турбины электрогенератора 4. Часть вырабатываемой электрогенератором 4 электроэнергии подается потребителю, а часть — на резистивный нагреватель 2 и на аккумуляторную батарею 8 для ее подзарядки. После установления рабочего режима работы установки (достижения заданной температуры горячего газа низкого давления на выходе из турбодетандера 3) блок управления 5 по сигналу от термопары 6 отключает от нагревателя 2 аккумуляторную батарею 7. После окончательной подзарядки батареи 7 блок управления 5 отключает ее от электрогенератора 4. Выходящий из турбодетандера 3 горячий газ низкого давления поступает в теплообменник-регенератор 8 и охлаждается до необходимой потребителю температуры, нагревая при этом поступающий на вход турбодетандера холодный газ высокого давления для форсирования мощности и устранения гидратообразования углеводородов.Отклонения температуры отпускаемого потребителю газа от заданного значения регистрируется термопарой 6, электрический сигнал от которой подается на блок управления 5. Последний выдает управляющий электрический сигнал на увеличение/уменьшение степени нагрева резистивного нагревателя 2.Для обеспечения возможности контроля температуры газа на входе в турбодетандер на его входной магистрали может быть дополнительно установлен датчик температуры (не показано), электрически связанный с блоком управления 5.Использование заявляемого изобретения позволяет упростить конструктивную схему энергетической газотурбодетандерной установки, обеспечивает возможность регулирования заданных значений температуры газа на входе и выходе турбодетандера, снижает утечки газа при его редуцировании.

Способ работы ракетного двигателя и

Изобретение относится к теплоэнергетике и двигателестроению, а именно к ракетным двигателям, и может быть использовано для мобильных и стационарных объектов, использующих реактивную тягу, и для генерации жидкого или парообразного теплоносителя в системах теплоснабжения. Способ работы ракетного двигателя, включающий непрерывный подвод тепла к рабочему телу от источника тепла, непрерывную генерацию потенциальной энергии рабочего тела и непрерывное преобразование потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию путем расширения в сверхзвуковом сопле, в соответствии с изобретением в качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания топлива, а в качестве дополнительного рабочего тела — парообразующую жидкость, например воду или атмосферный воздух, подавая их в продукты сгорания топлива перед расширением в сопле, или используют в качестве источника тепла ядерную энергию, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, подавая ее в камеру двигателя, в которой установлен источник ядерной тепловой энергии. Рассмотрены различные источники тепла, рабочего тела и парообразующей жидкости. Ракетный двигатель, содержащий источник тепла, источник рабочего тела, камеру генерации потенциальной энергии рабочего тела, сверхзвуковое сопло для расширения рабочего тела, согласно изобретению при использовании в качестве источника тепла и рабочего тела продуктов сгорания ракетного топлива дополнительно содержит источник парообразующей жидкости и систему подачи ее в продукты сгорания топлива или при использовании в качестве источника тепла ядерный реактор, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, содержит систему ее подачи в камеру генерации, в которой размещены или теплообменник контура реактора, или тепловыделяющие элементы реактора. Рассмотрено использование различных видов ракетного топлива. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационной и экологической безопасности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы.

1. Способ работы ракетного двигателя, включающий непрерывный подвод тепла к рабочему телу от источника тепла, непрерывную генерацию потенциальной энергии рабочего тела и непрерывное преобразование потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию путем расширения в сверхзвуковом сопле, отличающийся тем, что в качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания топлива, а в качестве дополнительного рабочего тела — парообразующую жидкость, например воду или атмосферный воздух, подавая их в продукты сгорания топлива перед расширением в сопле, или используют в качестве источника тепла ядерную энергию, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, подавая ее в камеру двигателя, в которой установлен источник ядерной тепловой энергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания жидкого топлива.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания твердого топлива.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что источник парообразующей жидкости размещается на борту ракеты, а источником атмосферного воздуха для объектов, перемещающихся в атмосфере Земли, является окружающий в полете ракету атмосферный воздух.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве источника парообразующей жидкости используют забортную воду, в которой перемещается объект с ракетным двигателем.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подачу парообразующей жидкости осуществляют за счет динамического напора и эжекции.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу парообразующей жидкости из бортовой емкости осуществляют вытеснением за счет усилия реактивной тяги работающего двигателя.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение расхода рабочего тела и тяги осуществляют изменением расхода парообразующей жидкости.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что генерацию пара из парообразующей жидкости с ядерным источником тепла осуществляют в два этапа: сначала генерируют сухой перегретый пар, после чего в него вводят парообразующую жидкость и за счет его теплоты генерируют насыщенный пар.

10. Ракетный двигатель, содержащий источник тепла, источник рабочего тела, камеру генерации потенциальной энергии рабочего тела, сверхзвуковое сопло для расширения рабочего тела, отличающийся тем, что при использовании в качестве источника тепла и рабочего тела продуктов сгорания ракетного топлива дополнительно содержит источник парообразующей жидкости и систему подачи ее в продукты сгорания топлива, или при использовании в качестве источника тепла ядерный реактор, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, содержит систему ее подачи в камеру генерации, в которой размещены или теплообменник контура реактора, или тепловыделяющие элементы реактора.

11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что в качестве ракетного топлива в камере установлен твердотопливный заряд с возможностью осевого перемещения, при этом перед зарядом установлена ампулизированная емкость с парообразующей жидкостью, сообщающаяся с предсопловой зоной камеры после его воспламенения.

12. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что в качестве ракетного топлива установлен твердотопливный заряд, в котором выполнен, по меньшей мере, один канал, сообщающий зону забортной воды перед объектом с предсопловой зоной генерации после воспламенения заряда.

13. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что в качестве источника тепла установлен ядерный реактор, двигатель содержит насосную систему подачи забортной воды в предсопловую зону камеры или систему подачи забортной воды в предсопловую зону камеры за счет динамического напора.

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно к ракетным силовым установкам, и может быть использовано для мобильных и стационарных объектов, использующих реактивную тягу, а также для генерации жидкого или парообразного теплоносителя в системах теплоснабжения.Рабочий цикл ракетных двигателей характеризуется большими расходами топлива и, как другие типы тепловых двигателей, большими потерями тепловой энергии с продуктами сгорания, что является серьезным недостатком, не позволяющим обеспечить высокие термический и эффективный КПД рабочего цикла, экономические показатели и показатели эффективности, такие как удельная тяга, удельный расход топлива, удельный вес. Не обеспечивается эксплуатационная безопасность (аварийные ситуации) и экологическая безопасность по токсичным выбросам и выбросам тепла.Известны теплообменные ядерные ракетные двигатели (ЯРД), в которых в качестве источника тепла используется энергия ядерного топлива, а в качестве рабочего тела газообразное вещество. В ЯРД на основе реактора с твердым тепловыделяющим элементом (ТВЭЛ) газообразное рабочее тело омывает ТВЭЛ, нагревается и, расширяясь в сопле, создает реактивную тягу, при этом также более половины тепловой энергии, подведенной к газообразному рабочему телу, не используется при создании тяги, а отработавшие радиоактивные газы наносят вред окружающей среде («Физические основы ракетного оружия», М.Н.Алешков, Воениздат, Москва, 1965, стр.40).Рабочие циклы всех известных типов ракетных двигателей, использующих в качестве рабочего тела газообразные вещества, не обеспечивают срабатывание большого теплоперепада, так как характеризуются малым периодом преобразования тепловой энергии в потенциальную давления и за тем в кинетическую энергию высокоскоростного потока газа при расширении в сопле.Известно использование воды в качестве охлаждающей жидкости ракетного двигателя и за тем в качестве рабочего тела в турбине турбонасосного агрегата (ТНА), а также в газопарогенераторах для генерации рабочего тела для ТНА, в которых кроме горючего и окислителя для снижения температуры продуктов сгорания и в качестве дополнительного рабочего тела используется вода.Известен газоводореактивный судовой движитель, представляющий комбинацию турбореактивного двигателя и водомета. Реактивная струя газов, поступающая под днище судна, испаряет забортную воду и образует газопароводяную эмульсию, которая отбрасывается назад и создает реактивную тягу для движения («Машины XX века», Е.Муслин, Машиностроение, 1971, стр.206).Известен прямоточный газопаровой реактивный двигатель непрерывного сгорания с использованием газопаровой смеси в прямоточном водогазопаровом реактивном движителе для водного и подводного транспортного средства (Патент России № 2093411).Известно также, что использование в тепловом двигателе в качестве рабочего тела парообразующей жидкости эффективнее, чем использование газообразного. Работа сжатия парообразующей жидкости ниже, чем газа, и, кроме того, при генерации пара из жидкости обеспечивается возможность при одном и том же количестве подводимого тепла осуществить генерацию рабочего тела — пара с более эффективными начальными параметрами, более высоким давлением и меньшей температурой, например в паротурбинных установках, характеризующихся максимальной агрегатной мощностью.Задачей изобретений является максимальное использование тепловой энергии источника тепла РД для создания реактивной тяги с целью повышения всех основных технико-экономических показателей и показателей эксплуатационной и экологической безопасности.Поставленная задача решается за счет того, что способ работы ракетного двигателя, включающий непрерывный подвод тепла к рабочему телу от источника тепла, непрерывную генерацию потенциальной энергии рабочего тела и непрерывное преобразование потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию путем расширения в сверхзвуковом сопле, согласно изобретению в качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания топлива, а в качестве дополнительного рабочего тела — парообразующую жидкость, например воду или атмосферный воздух, подавая их в продукты сгорания топлива перед расширением в сопле, или используют в качестве источника тепла ядерную энергию, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, подавая ее в камеру двигателя, в которой установлен источник ядерной тепловой энергии. В качестве источника тепла и рабочего тела используют газообразные продукты сгорания жидкого топлива, газообразные продукты сгорания твердого топлива.Источник парообразующей жидкости размещается на борту ракеты, а источником атмосферного воздуха для объектов, перемещающихся в атмосфере Земли, является окружающий в полете ракету атмосферный воздух.В качестве источника парообразующей жидкости используют забортную воду, в которой перемещается объект с ракетным двигателем.Подачу парообразующей жидкости осуществляют за счет динамического напора и эжекции.Подачу парообразующей жидкости из бортовой емкости осуществляют вытеснением за счет усилия реактивной тяги работающего двигателя.Изменение расхода рабочего тела и тяги осуществляют изменением расхода парообразующей жидкости.Генерацию пара из парообразующей жидкости с ядерным источником тепла осуществляют в два этапа: сначала генерируют сухой перегретый пар, после чего в него вводят парообразующую жидкость и за счет его теплоты генерируют насыщенный пар.Ракетный двигатель, содержащий источник тепла, источник рабочего тела, камеру генерации потенциальной энергии рабочего тела, сверхзвуковое сопло для расширения рабочего тела, согласно изобретению при использовании в качестве источника тепла и рабочего тела продуктов сгорания ракетного топлива дополнительно содержит источник парообразующей жидкости и систему подачи ее в продукты сгорания топлива, или при использовании в качестве источника тепла ядерный реактор, а в качестве рабочего тела — парообразующую жидкость, содержит систему ее подачи в камеру генерации, в которой размещены или теплообменник контура реактора, или тепловыделяющие элементы реактора.В качестве ракетного топлива в камере установлен твердотопливный заряд с возможностью осевого перемещения, при этом перед зарядом установлена ампулизированная емкость с парообразующей жидкостью, сообщающаяся с предсопловой зоной камеры после его воспламенения.В качестве ракетного топлива установлен твердотопливный заряд, в котором выполнен, по меньшей мере, один канал, сообщающий зону забортной воды перед объектом с предсопловой зоной генерации после воспламенения заряда.В качестве источника тепла установлен ядерный реактор, двигатель содержит насосную систему подачи забортной воды в предсопловую зону камеры или систему подачи забортной воды в предсопловую зону камеры за счет динамического напора.Задача решена путем трансформации тепловой энергии в потенциальную энергию давления рабочего тела, для чего в качестве источника рабочего тела в ракетном двигателе используется парообразующая жидкость (ПЖ), например вода, а тепловая энергия источника тепла продуктов сгорания ракетного топлива или атомной энергии используется для генерации из нее пара, который используется или с продуктами сгорания в виде газопаровой смеси или в качестве единственного рабочего тела для создания тяги при расширении в сверхзвуковом сопле.В газопаровом ракетном двигателе (ГПРДЖТ), работающем на жидких компонентах топлива, горючее и окислитель являются теплогенерирующими компонентами и генерирующими высокотемпературное газообразное рабочее тело — продукты сгорания. Парообразующая жидкость является компонентом, потребляющим значительную долю тепловой энергии продуктов сгорания и преобразующим ее в энергию давления водяного пара, который с продуктами сгорания образует газопаровую смесь, являющуюся рабочим телом. В газопаровом твердотопливном ракетном двигателе (ГПРДТТ), работающем на унитарном твердом топливе, парообразующая жидкость также является основным компонентом, а газопаровая смесь — рабочим телом.В паровом ядерном ракетном двигателе (ПЯРД), работающем на энергии, выделяемой твердыми ТВЭЛ, рабочим телом, создающим реактивную тягу, является водяной пар, при этом вся полость камеры выполняет функцию парогенератора (ПГ).В газопаровых РД зона подачи компонентов топлива, горения и образования газообразных продуктов сгорания у головки камеры или зона горения у поверхности топливного заряда (шашки) выполняют функцию камер сгорания (предкамер), обеспечивающих эффективное сгорание топлива и максимальное выделение тепловой энергии. Остальная часть камеры за зоной полного сгорания топлива до сопла, в которую осуществляется подача воды и в которой образуется газопаровая смесь, выполняет функцию газопароганератора (ГИГ).В газопаровых и паровом ядерном ракетных двигателях, предназначенных для перемещения объектов в атмосфере Земли, вода размещается в соответствующей емкости на борту, подача осуществляется насосной или вытеснительной системами.В газопаровых ракетных двигателях и в паровом ядерном, предназначенных для водных и подводных транспортных средств, в качестве парообразующей жидкости используется забортная вода.Подача воды в газопаровые ракетные двигатели осуществляется насосной системой или по каналу, сообщающему зону забортной воды в носовой части объекта с предсопловой зоной ГПГ после воспламенения топлива и выхода процесса горения на устойчивый режим.После воспламенения топлива стартовая тяга осуществляется на продуктах сгорания. После набора объектом скорости осуществляется подача воды, и маршевая тяга создается газопаровой смесью. Вода поступает в полость ГПГ под динамическим напором и за счет эжекции, создаваемой высокоскоростным потоком газопаровой смеси в предсопловой зоне.По аналогии с прямоточными воздушно-реактивными двигателями газопаровые и паровой ядерный ракетные двигатели, использующие забортную воду, являются прямоточными.Для впрыска воды используются форсунки аналогичные топливным. Впрыск воды осуществляется в продукты сгорания за зоной полного сгорания топлива.Вода перед подачей в газопарогенератор может использоваться для охлаждения камеры сгорания и проходить по системе ее охлаждения, при этом охлаждения остальной части ГПГ и сопла из-за низкой температуры газопаровой смеси не требуется.В газопаровых твердотопливных РД, используемых в воздушных объектах одноразового использования, например в ракетах, подача воды из бортовой емкости (ампулы) в полость ГПГ обеспечивается простейшими вытеснительными системами подачи с использованием реактивной силы работающего двигателя.Топливный заряд (шашка) устанавливается в корпусе ГПГ с возможностью перемещения (скольжения) относительно его стенок в направлении движения объекта. В теле шашки выполняются не сквозные параллельные оси каналы, а ампула с водой размещается перед шашкой и выполняется из водостойкого, герметичного, эластичного и сгораемого материала, и также входит в водоподающие каналы шашки, повторяя и заполняя его внутренний контур.Возможен вариант образования емкости для воды без использования специальной емкости на борту, для чего поверхности шашки, обращенные к воде (передний торец и каналы), покрываются водостойким, герметичным, сгораемым покрытием.Возможен вариант подачи воды по каналам, выполненным и в теле шашки и в цилиндрическом корпусе газопарогенератора, или по канавкам, выполненным на наружной цилиндрической поверхности и в теле шашки, что повысит скорость и эффективность парообразования.Для предотвращения подачи воды в зону горения и исключения снижения теплопроизводительности топлива, водоподающие канавки и каналы шашки могут бронироваться от емкости (полости) с водой до предсопловой зоны.Разгон объекта осуществляется на газообразных продуктах сгорания топлива после его воспламенения и создания первоначальной тяги. После сгорания (прожигания) стенок каналов шашки и ампулы подача воды в предсопловую зону обеспечивается вытеснением за счет давления газопаровой смеси на шашку и через шашку на воду, находящуюся в ампуле.В газопаровых ракетных двигателях удельный расход воды может многократно превышать удельный расход топлива. Соотношение расходов топлива и воды определяется с учетом требуемой тяги, теплотворной способности используемого топлива, температуры используемой воды, температуры и давления газопаровой смеси в газопарогенераторе и на срезе сопла и с учетом обеспечения максимальной эффективности расширения газопаровой смеси до начала конденсации пара. Также учитывается давление окружающей среды, в которую осуществляется выхлоп (вода, воздух).Регулировка тяги ГПЖРД может осуществляться только изменением расхода воды, так как основной составляющей рабочего тела (газопаровой смеси) являются водяные пары, при этом значительно упрощается система регулировки расхода компонентов топлива.Для объектов, перемещающихся в атмосфере Земли, в ЖРД и в РДТТ, в качестве дополнительного рабочего тела по аналогии с прямоточными воздушно-реактивными двигателями может использоваться атмосферный воздух, повышающий расход газообразного рабочего тела через РД. Подача воздуха начинается после разгона объекта на продуктах сгорания топлива и обеспечивается скоростным напором встречного воздушного потока и за счет эжекции. Подача осуществляется по осевому каналу в предсопловую зону камеры сгорания.Ракетные двигатели, использующие в качестве дополнительного рабочего тела атмосферный воздух, являются прямоточными воздушно-ракетными двигателями (ПВРД).В паровых ядерных ракетных двигателях (ПЯРД), используемых для мобильных, перемещающихся в атмосфере или в безвоздушном пространстве объектов или для стационарных, например, используемых для генерации теплоносителя, вода подается в ядерный реактор насосом из соответствующей емкости (бака) под избыточным давлением, превышающим рабочее давление в ПГ.При использовании для генерации пара забортной воды двигатель является прямоточным, а забортная вода — условным рабочим контуром.По аналогии с известными газовыми ЯРД в ПЯРД источники тепловой энергии ядерного реактора — ТВЭЛы и управляющие реакцией стержни могут располагаться непосредственно в парогенераторе, при этом реализуется простая, эффективная и экономичная высокоэнергетическая одноконтурная схема.Кроме того, ППЯРД может быть выполнен по двухконтурной схеме, аналогичной двухконтурной схеме АЭС. Теплоноситель первого контура водо-водяного реактора прокачивается по теплообменнику, расположенному в полости парогенератора, передавая теплоту теплоносителя первого контура рабочему телу второго условного контура — забортной воде.В зону ТВЭЛов реактора, находящуюся под высоким рабочим давлением образующегося сухого перегретого пара, вода подается насосом через систему охлаждения реактора или непосредственно в реактор. После разгона объекта забортная вода подается за счет динамического напора и за счет эжекции за реактор в предсопловую зону парогенератора, омывая реактор и дополнительно охлаждая реактор, или непосредственно в предсопловую зону.Вместе с тем одноконтурный вариант ППЯРД с использованием высокотемпературного пара, генерируемого в реакторе для создания тяги из-за скоротечности цикла генерации и расширения пара, не обеспечивает полного использования его тепловой энергии и соответственно максимального термического КПД. Кроме того, отработавший радиоактивный пар, поступая после выхлопа и конденсации в забортную воду, наносит вред окружающей среде.Для достижения максимальных термического и эффективного КПД за счет максимального использования ядерной тепловой энергии и расширения диапазона срабатываемого двигателем теплоперепада генерация пара при одноконтурной и двухконтурной схемах осуществляется в два этапа.Полость парогенератора содержит две зоны генерации. В первой, в которой установлены ТВЭЛы реактора (одноконтурная схема) или теплообменник первого контура (двухконтурная), и в которую подается насосами лишь часть поступающей в двигатель воды, генерируется сухой перегретый пар. Во второй зоне, в которую дополнительно подается вода, за счет теплоты сухого перегретого пара генерируется насыщенный пар, который и является окончательным рабочим телом, создающим тягу при расширении в сопле.Для более полного использования кинетической энергии выходящего за пределы сопла высокотемпературного скоростного потока пара и ускорения его конденсации и гашения парового колокола, например, с целью маскировки (торпеда или АПЛ) в поток пара за соплом через водозаборники может осуществляться подача дополнительной забортной воды для генерации дополнительного пара и создания пароводометной тяги.В ППЯРД расход воды определяется заданной тягой, мощностью ядерного реактора и с учетом схемы — одноконтурная или двухконтурная. Для водных и подводных судов с ППЯРД, для исключения радиационного загрязнения акватории порта стоянки и прибрежной зоны выход за их пределы может первоначально осуществляться по двухконтурной схеме с последующим переходом на одноконтурную схему.Рабочий процесс в ГПРДЖТ осуществляется следующим образом.После подачи и воспламенения компонентов топлива при давлении сгорания не ниже критического и выхода процесса горения на устойчивый режим в ГПГ впрыскивается вода под давлением, превышающем расчетное рабочее давление газопаровой смеси. Одновременно без изменения расхода воды увеличивается давление подачи компонентов топлива до давления образующейся газопаровой смеси. При испарении впрыснутой в ГПГ воды и образовании пара от продуктов сгорания отнимается тепло, равное скрытой теплоте парообразования. Образующийся водяной пар с продуктами сгорания образует рабочее тело — газопаровую смесь, давление которой будет значительно выше начального давления продуктов сгорания и равно сумме парциальных давлений продуктов сгорания и водяного пара, при этом температура газопаровой смеси будет значительно ниже начальной температуры продуктов сгорания.Давление продуктов сгорания без изменения расхода подаваемого топлива и соответственно их количества в газовой зоне, примыкающей к головке, увеличится до давления газопаровой смеси за счет подпора образующейся газопаровой смесью. Соответственно, объем газов уменьшится, при этом дополнительно возрастет за счет сжатия их температура в зоне горения, что будет способствовать более полному сгоранию топлива с максимальным выделением тепловой энергии.Пример расчета термического КПД газопарового РД.В современных РД температура продуктов сгорания в камере составляет 3000-4000 K, на срезе сопла (1500-2000) K. Термический КПД примерно равен 0,3-0,45.Газопроизводительность жидких компонентов топлива и паропризводительность воды принимаем условно равными. Соотношение расходов — 20% компонентов топлива и 80% воды. Начальное парциальное давление продуктов сгоранияР=40 кг/см2, температура Т=2700 K. После подачи воды парциальное давление продуктов сгорания Р=20 кг/см2, паров — 80 кг/см2, общее давление газопаровой смеси в газопарогенераторе составит 100 кг/см2, температура Т=700K, температура продуктов сгорания в зоне горения после подпора газопаровой смесью Ткс=3000 K. Давление газопаровой смеси на срезе сопла Р=1 кг/см2, температура Тсс=350 K.Термический КПД рабочего цикла газопарового двигателя составит:

Использование в рабочих циклах ракетных двигателей воды позволяет более полно использовать выделяемую источниками тепла тепловую энергию для совершения полезной работы за счет расширения температурного диапазона рабочего цикла. Трансформация тепловой энергии в потенциальную энергию давления пара или газопаровой смеси обеспечивает резкое повышение всех технико-экономических показателей, таких как удельная тяга, удельный расход топлива, удельный вес, при использовании забортной воды или воздуха обеспечивается увеличение коэффициента полезной нагрузки.Резкое снижение удельного расхода топлива в газопаровых жидкостных и твердотопливных ракетных двигателях соответственно обеспечивает и резкое снижение количества и токсичности выхлопных газов, так как основное количество газопарового выхлопа будут составлять пары воды, а в ядерном — только водяной пар. Все варианты двигателей по сравнению с известными обеспечивают не менее чем двукратное снижение потерь теплоты с рабочим телом в окружающую среду и повышение экологической безопасности, снижается тяжесть последствий при аварийных ситуациях (аварийный подрыв ракеты, отказ двигателя, падение ракеты при отрыве от стартового стола).В газопаровых ракетных двигателях обеспечивается менее теплонапряженный режим работы двигателя, что позволяет упростить конструкцию камеры газопарогенератора и сопла, исключив систему охлаждения — рубашку, использовать для критической части сопла менее термостойкие и дорогостоящие материалы и снизить стоимость их изготовления.При использовании прямоточных газопаровых и паровых ядерных ракетных двигателей для объектов, перемещающихся в воде или в атмосфере, обеспечивается снижение лобового сопротивления среды.При использовании газопаровых ракетных двигателей для торпед и зенитных ракет повышается маскирующий эффект, так как уменьшаются размеры и интенсивность инверсионного следа в водной среде (несконденсировавшегося водяного пара), в воздушной среде снижается интенсивность инфракрасного излучения выхлопа, состоящего в основном из низкотемпературного водяного пара.Применение газопаровых и парового РД для транспортных средств, космических ракет, ракетного оружия позволит резко снизить себестоимость их производства и эксплуатации.При запуске космических объектов с использованием ПЯРД обеспечивается возможность его многократного использования. С целью исключения радиационной опасности старт и разгон ракеты с ПЯРД, работающего по одноконтурной схеме, может осуществляться газопаровыми пороховыми ускорителями. После окончания работы и остановки реактора ПЯРД с помощью спускаемого аппарата возвращается на Землю и может после перезарядки ядерным топливом использоваться повторно, т.е. многократно.

Older posts

© 2017 setidengi.ru

Theme by Anders NorenUp ↑