Енергетична установка

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к устройствам с газовыми турбинами для получения электрической энергии и теплоты и может быть использовано в качестве передвижных мобильных теплоэнергетических установок. Передвижные теплоэнергетические установки (передвижные теплоэлектростанции) достаточно широко применяются в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве. Автономность их работы, небольшие объем и масса, транспортабельность, постоянная готовность к пуску, возможность полной автоматизации, надежность работы обусловили использование таких установок в качестве аварийных и резервных источников электроэнергии и теплоты, и прежде всего на строительных площадках и в населенных пунктах, отдаленных от линий электропередач, геологоразведочных партиях, лесоразработках и буровых установках, радиотрансляционных, промежуточных радиорелейных пунктах и на други х объектах. Именно здесь они становятся основными и единственными источниками энергопитания. Широкое применение для привода теплоэнергетических установок получили дизельные и карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. Так, известна энергетическая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, генератор электрического тока, емкости для топлива и масла, систему охлаждения и пусковое устройство с аккумуляторными батареями, смонтированные на общей раме с возможностью установки на автономном шасси (Кудряшов Г.Ф., Старостин Л.И. Передвижные энергетические установки. М.: Энергия, 1978. - С.35 - 36). Несмотря на надежность и эффективность работы данной установки, она имеет ограниченное применение в связи с тем, что установка может использовать только конкретный вид углеводородного топлива (дизельное либо бензин), что особенно в настоящее время в условиях энергетического кризиса делает ее работу зависимой от этих видов топлива. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является энергетическая установка, содержащая газовую турбину с камерой сгорания, компрессором и пусковым устройством, электрогенератор, камеру дожигания, рекуперативный теплообменник и топливный бак, сообщающийся с камерами сгорания и дожигания (Арсеньев Л.В,, Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. - Л.: Машиностроение, 1982. - С.74 75, рис.11 - 10). Данная установка наряду с возможностью генерирования не только электрической, но и тепловой энергии, используя для этого отходящие от турбины высокотемпературные газы, а также благодаря применению газовой турбины для привода электрогенератора существенно снижает требования к используемому топливу. Однако, описанная конструкция имеет и серьезные недостатки. Так, турбина данной установки может работать лишь на однородном жидком топливе. При этом исключается возможность использования в качестве топлива жидкой смеси, например, дизельного и биологического топлива, в частности, рапсового масла. Использование же горючих газов, например природного газа, требует модернизации горелочного устройства. Теоретически использование топливных смесей для работы турбины возможно, но б реальных условиях возникает ряд трудностей. Топливная эмульсия в этом случае, обладающая низкой механической стабильностью и склонностью смеси к расслаиванию, должна быть использована практически сразу после ее приготовления; в противном случае расслоившаяся на компоненты жидкая смесь не обеспечивает надежной работы турбины, а значит всей установки в целом). В основу предполагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования энергетической установки, в которой введение ряда достаточно простых конструктивных элементов обеспечивает возможность работы турбины, а значит и всей установки, на различных жидких и газообразных топливах и их смесях, что существенно расширяет эксплуатационные возможности установки, уменьшает зависимость ее от конкретного вида топлива и позволит использовать различные типы биологического топлива, например, рапсового масла, получаемого из семян рапса - ежегодно воспроизводимого высокоурожайного сельскохозяйственного продукта. Так, наличие в конструкции предлагаемой установки магистрали подвода газообразного топлива к камерам сгорания и дожигания позволяет использовать в качестве топлива природный газ (в установках небольшой мощности - до 50 - 100кВт - можно использовать природный газ из стандартных бытовых газовых баллонов). Имеется возможность использования даже твердого топливо (при комплектовании данной установки устройством газификации твердого топлива). Снабжение установки емкостями жидкого углеводородного топлива и жидкой добавки, кавитационным аппаратом и сообщение указанных емкостей с топливным баком непосредственно позволяет при необходимости быстро переходить с одного типа чистого топлива на другой (например, с дизельного топлива на бензин, этиловый спирт и т.д.), Сообщение же данных емкостей с топливным баком через кавитационный аппарат обеспечивает возможность приготовления, длительного хранения (сотни и тысячи часов) и использования жидких топливных смесей. Приготовленная в необходимом количестве топливная смесь может подаваться в камеры сгорания и дожигания через топливный бак как сразу после обработки компонентов смеси в кавитационном аппарате, так и через определенное (весьма длительное) время. Гидродинамическая кавитационная обработка топливной смеси обеспечивает устойчивое распределение компонентов в смеси, близкое к идеальному (как показали исследования, срок хранения смеси не уступает сроку хранения стандартного дизельного топлива). В качестве добавки к углеводородному топливу можно использовать о определенном соотношении различные вещества: этиловый и метиловый спирт, другой тип углеводородного топлива, воду, различные виды биологического топлива, например, касторовое масло, получаемое из семян клещевины, или рапсовое масло. Наибольший интерес вызывает возможность использования рапсового масла, получаемого из семян рапса - ежегодно воспроизводимого высокоурожайного растения. При этом обеспечивается снижение стоимости топлива в целом (получение растительного масла из семян рапса осуществляется механическим способом - отжимом или прессованием), на 2 - 5% снижается в отработанных газах содержание вредных веществ (оксидов азота, углерода и др.), а также уменьшается расход дефицитного дизельного топлива. Кроме того, как показали исследования, рапс интенсивно извлекает из почвы радиоактивные вещества и аккумулирует их в зеленой массе (стекле и листьях), а не в семенах, что достаточно актуально для плодородных земель Украины. Подогрев жидкого топлива перед камерами сгорания и дожигания в дополнительном теплообменнике, сообщающем топливный бак с насосом, способствует разжижению топлива при использовании высоковязкой жидкой добавки, особенно в зимних условиях. Поставленная задача достигается тем, что в энергетической установке, содержащей газовую турбину с камерой сгорания, компрессором и пусковым устройством, электрогенератор, камеру дожигания, рекуперативный теплообменник и топливный бак, сообщающийся с камерами сгорания и дожигания, согласно настоящему изобретению, дополнительно имеется кавитационный аппарат, емкости жидкого углеводородного топлива и жидкой добавки, например биологического топлива, и магистраль подвода газообразного топлива к камерам сгорания и дожигания, при этом упомянутые емкости сообщаются с топливным баком как непосредственно, так и через кавитационный аппарат. В предпочтительном варианте исполнения установки перед камерой сгорания установлен дополнительный теплообменник, сообщающий топливный бак с насосом. На чертеже (фиг.) изображена схема энергетической установки, Установка содержит газовую турбину 1 с камерой сгорания 2, компрессором 3 и пусковым устройством 4, камеру дожигания 5, рекуперативный теплообменник 6 и топливный бак 7, сообщающийся с камерами сгорания 2 и дожигания 5. Установка также снабжена емкостью жидкого углеводородного топлива 8 и емкостью жидкой добавки 9, кавитационным аппаратом 10 и магистралью 11 подвода к камерам 2 и 5 газообразного топлива. Емкости 8 и 9 сообщаются с топливным баком 7 посредством магистралей 12 и 13 непосредственно, а посредством магистралей 14 и 15 - через кавитационный аппарат 10. В топливной магистрали 16, сообщающей топливный бак 7 с топливным насосом 17, установлен дополнительный теплообменник 18. Газовая турбина 1 кинематически связана с электрогенератором 19. Установка работает следующим образом. При использовании чистого жидкого углеводородного топлива оно из емкости 8 по магистрали 12 поступает непосредственно в топливный бак 7. Затем топливным насосом 17 топливо прокачивается через теплообменник 18, в котором оно нагревается выбрасываемыми в атмосферу из турбины горячими газами, и поступает в камеру сгорания 2. Образующиеся в ней при сгорании топлива газы приводят во вращение турбину 1. Воздух в камеру сгорания поступает из атмосферы через компрессор 3, приводимый во вращение турбиной 1. Электрогенератор 19, кинематически связанный с валом турбины 1, питает потребителя электроэнергией. Пуск газотурбинной установки осуществляется пусковым устройством 4, в качестве которого может быть электрическое, пневматическое устройство, а в установках мощностью до 100кВт - и ручное. После турбины 1 отработанные газы, содержащие избыток кислорода, поступают в камеру дожигания 5, куда одновременно подается и топливо. Полученные в необходимом количестве газы поступают в рекуперативный теплообменник 6, обеспечивающий потребителя тепловой энергией (водяным паром, горячей водой, подогретым воздухом). Часть горячих газов подается в дополнительный теплообменник 18 для подогрева топлива перед камерой сгорания 2 и камерой дожигания 5. После рекуперативного теплообменника 6 охлажденные газы выбрасываются в атмосферу. Регулированием подачи топлива в камеру дожигания 5 можно обеспечить постоянную тепловую нагр узку рекуперативного теплообменника 6 независимо от нагрузки на валу турбины 1. Если потребитель не нуждается в тепловой энергии, то горячие газы через теплообменник б выбрасываются в атмосферу. При работе установки на газообразном топливе его источник подключается к магистрали 11. При работе на газообразном и жидком топливе подвод этих топлив к камерам сгорания осуществляется раздельно по магистрали 11 и 16. При работе установки на жидкой топливной смеси ее компоненты из емкостей 8 и 9 поступают в кавитационный аппарат 10. После гидродинамической кавитационной обработки топливная смесь поступает в топливный бак 7, откуда насосом 17 непрерывно подается в камеру сгорания 2. В остальном работа установки на смеси топлив аналогична работе установки на чистом углеводородном топливе. Работа всех вспомогательных устройств (кавитационного аппарата 10 и топливного насоса 17) может быть обеспечена турбиной 1. Предлагаемая энергетическая установка отличается универсальностью, простотой конструкции и небольшой массой. Удобная в эксплуатации и обслуживании, она позволяет надежно обеспечить потребителя электрической и тепловой энергией, практически независимо от вида жидкого и газообразного топлива.