Как по вашему, что изображено на картинке? «Градирни работают», ответите вы. А вот и не правильно. Это деньги вылетают на ветер. Или в трубу, если вам так будет угодно. Тепловые калории стоят денег и рассеивать их в окружающей среде расточительно. Стоимость выброшенных тепловых калорий оплачивает потребитель, то-есть мы с вами.

Это происходит потому, что паровые турбины, используемые в энергетике, имеют существенный недостаток. Они хорошо используют теплоту перегрева пара, но плохо используют теплоту конденсации. Влажность мятого пара на выходе из паровой турбины, как правило, ограничена 13-14%. Как результат, большая часть теплоты конденсации остаётся в мятом паре и не используется для создания полезной механической работы. Остающаяся там теплота, используется для нагрева горячей воды в целях отопления и горячего водоснабжения.  В случае, если для этих целей требуется меньшее количество тепла, оставшиеся тепло выбрасывается в окружающую среду с помощью градирен. Размеры таких выбросов тепла огромны и возможно, являются одной из причин глобального потепления.  Причина — проблема каплеударной эрозии лопаток последних, работающих на влажном паре, ступеней турбины.

Как это выглядит, видно на фотографиях с комментариями, с сайта научно-технического журнала «Надежность и безопасность энергетики», адрес в интернете http://www.sigma08.ru/jur1-11.htm

 

Рис. 1а и 1б. Эрозия входных кромок рабочих лопаток

Ротора низкого давления турбин Т-250/300-240 подвергаются ремонту из-за возникновения различных дефектов в рабочих лопатках последних ступеней. Наиболее часто возникающий дефект этих лопаток – эрозионный износ входных кромок. Рабочие лопатки последних ступеней изготавливаются из стали 15Х11МФ и связываются тремя рядами демпферных связей из двух разных материалов – титанового сплава ВТ-5 (наружная связь) и стали 20Х13 (внутренние связи).

Представляем вашему вниманию качественный пошив спецодежды в Москве под любые технологические нужды и конкретные размеры. Обеспечьте своих работников качественной рабочей одеждой.

Эрозионный износ с вырывом защитных стеллитовых пластин, износом лопаток в застеллитовой незащищенной зоне. Эрозионный износ лопаток зависит, прежде всего, от степени влажности пара … При этом наблюдается резкая неравномерность износа соседних лопаток при внешней идентичности условий их эксплуатации.

Для защиты от повреждений, наносимых каплеударной эрозией, применяют высокопрочные высоколегированные стали и сплавы, специальные виды термообработки, многослойные покрытия и т. д. В результате удаётся значительно повысить ресурс работы лопастей, правда при условии неиспользования пара с влажностью выше тех самых пресловутых 13-14%. Этот предел влажности пара стоит как непреодолимая преграда на пути повышения КПД паровых турбин. Но ведь если проблема не решается «в лоб», можно найти обходное решение. Например, можно пар, достигший критической для турбины степени влажности, дорабатывать на паровой машине, работающей по другому принципу, которая способна использовать влажный пар без ущерба для своей работоспособности. Именно такой паровой двигатель предложен в заявке на изобретение №  2013129116 от 25 июня 2013г.

«Способ преобразования тепловой энергии в механическую с помощью двигателя внешнего сгорания и Двигатель Емелина».

В отличии от паровой турбины, преобразующей кинетическую энергию потока пара в механическую работу на валу, новый паровой двигатель преобразует потенциальную энергию давления пара, расширяющегося в замкнутом объёме, в механическую работу на валу.

Влажность используемого пара не имеет ограничений, новый двигатель предназначен для работы в режиме перехода большей части пара в жидкое состояние прямо внутри двигателя.

Одно из достоинств двигателя то, что основные элементы конструкции двигателя пустотелые и тонкостенные. Это позволяет при росте габаритов сохранить вес оборудования в разумных пределах. Это важное обстоятельство, поскольку паровой двигатель низкого давления должен иметь большие габариты, обусловленные большим объёмом и низкой плотностью пара.

Тут кстати стоит вспомнить о винтовых паровых машинах, они также допускают использование влажного пара. Но у них монолитные стальные винты. При увеличении габаритов винтовых валов будет резкое нарастание веса. Это ограничивает их использование в области пара низкого давления.

Парогенератор для питания двигателя может иметь простейшую конструкцию. Эти свойства позволяют использовать новый двигатель для утилизации ненужного тепла, образующееся при работе технических устройств и переработку его в полезную механическую энергию, а потом в электрическую, если потребуется.

Может использоваться для повышения КПД процесса выработки электроэнергии путем использования энергии тепловых выбросов. Также может быть использовано в конструкции автомобиля для снижения расхода топлива путем использования тепла, образующегося при работе ДВС.

Увидев чертежи этого двигателя, многие воскликнут: «Что-же тут нового! Этот механизм давно известен и широко используется в технике!» Это и к лучшему. Меньше сомнений в работоспособности предложенного технического решения. Основу конструкции двигателя составляет ротационно-лопастной механизм. Известны пневматический двигатель, газовый компрессор, гидравлический мотор и гидравлический насос ротационно-лопастной конструкции. Теперь появился и вариант ротационно-лопастного парового двигателя.

Изюминкой конструкции парового двигателя является то, что все поверхности внутри двигателя, контактирующие с паром, покрыты фторопластом, выполняющим 3 важные функции.

1. Удаление конденсата пара из двигателя происходит под воздействием центробежной силы. Водоотталкивающие свойства фторопластового покрытия не позволяет воде задерживаться на поверхностях деталей двигателя даже в виде тонкой плёнки. Свежий пар, попадая в двигатель, не тратит никакой части своей энергии на испарение остатков воды.

2. Фторопластовое покрытие снижает трение между деталями двигателя. Фторопласт называют «Скользким чемпионом» за низкий коэффициент трения.

3. Покрытие резко снижает вредный теплообмен между паром и поверхностями деталей двигателя, поскольку фторопласт имеет низкую теплопроводность по сравнению со сталью. На то, что такой теплообмен снижает КПД парового двигателя, неоднократно указывалось в литературе, посвящённой конструкции поршневых паровых двигателей.

Статор двигателя, состоит из гильзы, расположенной в центре, к которой с обоих торцов присоединены два фланца. На гильзе имеются:

•  Впускные отверстия, тангенциально расположены относительно внутреннего диаметра гильзы. Для размещения впускных отверстий, на наружной поверхности гильзы имеется прилив материала.
•  Выпускные отверстия, группа, для выброса отработавшего пара и конденсата. Расположены в шахматном порядке в пределах сектора выпуска.

Внутренний диаметр гильзы покрыт фторопластом.

 

Ротор двигателя имеет пустотелую сборную  сварную конструкцию. Все поверхности ротора, кроме концов вала, имеют фторопластовое покрытие.

Подшипниковые узлы двигателя могут иметь различные варианты конструкции, в зависимости от типов используемых подшипников. На чертеже, показан вариант конструкции с использованием в подшипниковых узлах  шариковых радиальных однорядных подшипников с защитными шайбами.

С целью недопущения перегрева подшипников, подшипниковые узлы отодвинуты от центральной, нагреваемой паром, части двигателя. Находятся в удлиненных пустотелых бобышках, снабжённых вентиляционными окнами.

Лопатки изготавливаются из листового материала, например стеклотекстолита. Покрыты со всех сторон слоем фторопласта.

Подготовка к работе двигателя после хранения в условиях отрицательных температур.

С целью прогрева замёрзшего двигателя, без вращения вала, в дополнительное отверстие для пара в одной из крышек 3 или 4, подают пар. Через другое отверстие пар выпускают. Пар, проходя через пазы ротора 2 под лопатками 5, вдоль оси вращения двигателя, нагревает двигатель изнутри.

Пуск двигателя

 С целью обеспечения полного вращающего момента на валу, начиная с нулевой скорости вращения, в конструкции двигателя применено принудительное поджатие лопаток 5 к статору 1 в момент пуска.

Для этого перед пуском двигателя подают пар в дополнительное отверстие для  пара в одной из крышек 3 или 4. Дополнительное отверстие в другой крышке при этом заглушают.

Давление пара, попавшего в пазы ротора 2 под лопатки 5, раздвигает лопатки 5 и прижимает их к внутренней поверхности гильзы статора 1.

После этого подают пар во впускные отверстия в статоре 1, двигатель запускается, набирает рабочие обороты. После этого прекращают подачу пара в дополнительное отверстие в крышке. На рабочих оборотах поджатие лопаток 5 к статору 1 обеспечивается центробежными силами.

Работа двигателя

Пар низкого давления, поступая в двигатель через впускные отверстия, давит на выступающие части лопаток 5 и заставляет ротор 2 вращаться. Лопатки 5 при вращении прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности статора 1, препятствуя перемещению пара из одной камеры в другую. Резко расширившись и совершив механическую работу, пар охлаждается и в нём начинается интенсивный процесс конденсации. Отработавший пар и конденсат, под действием центробежной силы, через выпускные отверстия в статоре 1, выбрасывается из двигателя. Свежий пар, поступающий в двигатель при следующем такте, встречает сухие стенки рабочих камер и не тратит энергию на испарение оставшейся жидкой воды.

Заявка на изобретение №  2013129116 от 25 июня 2013г.

«Способ преобразования тепловой энергии в механическую с помощью двигателя внешнего сгорания и Двигатель Емелина».

Автор: Емелин Сергей Александрович.

E-mail: novomotor@seznam.cz

Идея устройства создана с использованием ТРИЗ. Ход выработки технического решения освещен на сайте ТРИЗ по адресу  http://www.metodolog.ru/node/896