Документ описывает опытно-конструкторскую работу по разработке влажно-паровой микротурбинной установки мощностью 5 кВт для автономного энергоснабжения, которая интегрирует традиционные и возобновляемые источники энергии. Основное внимание уделяется проектированию и конструктивным решениям микротурбины, включая ее компоненты и систему пароприготовления для повышения энергоэффективности. Проект нацелен на снижение эксплуатационных затрат и обеспечение экологически чистого энергоснабжения в малоэтажном строительстве.

1. ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ РАБОТА
по теме :
«Разработка влажно-паровой микротурбинной
установки электрической мощностью 5 кВт для
систем малой распределенной энергетики на
основе комбинированного использования
традиционных и возобновляемых источников
энергии»
Докладчик: Ефимов Николай Николаевич, г.н.с., профессор, д.т.н.
Основное приоритетное направление: «Энергоэффективность, энергосбережение»
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский
политехнический институт)
ООО НПП «Донские технологии»

2. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Цель ОКР:
Разработка влажно-паровой микротурбинной установки
с электрической мощностью от 5 кВт, и тепловой
мощностью от 20 до 60 кВт для систем автономного
энергоснабжения на основе комбинированного
использования традиционных и возобновляемых
источников энергии.

3. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Принципиальная схема МЭК
1. Солнечные коллекторы
2. Аккумулятор-парогенератор
3. Трехходовой клапан
4. Влажно-паровая турбина
5. Конденсатор
6. Электрогенератор
7. Бойлер
8. Контур отопления
9. Контур ГВС
10. Циркуляционный насос
11. Конденсатный насос
12. Котел
13. Циркуляционные насосы

4. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Конструктивная схема микротурбинной установки 5 кВт
В результате анализа
конструкторско-технологических
решений выбрана схема
микротурбинной установки с
вертикальной компоновкой силовых
агрегатов.
Влажно-паровая
микротурбинная установка
Габаритные размеры:
высота – 980 мм
диаметр – 472 мм

5. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Конденсатор влажно-паровой микротурбинной установки
Отличительной особенностью
разработанного конденсатора
заключается в том, что он
конструктивно совмещен с
турбоагрегатом. Единая,
корпусная конструкция позволяет
обеспечить компактность и
герметичность микротурбинной
установки.

6. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Электрогенератор
Высокая частота вращения (до 35000
об/мин), повышенные требования к
жесткости единого ротора стали
определяющими факторами при выборе
типа электрической машины
влажнопаровой микротурбины. В результате
анализа и сопоставления основных типов
генераторов, удовлетворяющих
требованиям ТЗ, был выбран вентильный
индукторный генератор. Электрогенератор
влажно-паровой микротурбинной установки
представляет собой устройство, состоящее
из микротурбины, на валу которой
расположен ротор электрогенератора (2) и диск датчика положения ротора
(5), и внешнего корпуса. В нѐм расположен статор генератора (1) с
обмотками (3), газовые подшипники (4) и плата датчика положения (5).
Жидкостное охлаждение агрегата осуществляется с помощью рубашки,
расположенной вокруг греющих частей агрегата – генератора и газовых
подшипников. Для обеспечения симметрии вала по жесткости применены
две диаметрально расположенные шпонки 7.

7. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Система пароприготовления
В системе паро-
приготовления с целью
оптимизации используемого
оборудования, было принято
техническое решение,
заключающееся в разработке
и применении агрегата - котла
парогенератора выполня-
ющего функции аккумулятора
пара и парогенератора.
1 – вакуумный солнечный коллектор, 2 – циркуляционный насос
солнечного коллектора, 3 – аккумулятор-парогенератор, 4 –
теплообменник солнечного контура парогенератора, 5 – теплообменник
резервного контура котла-парогенератора, 6 – циркуляционный насос
резервного котла-парогенератора, 7 – нагреватель на органическом
топливе, 8 – теплообменник подогрева питательной воды, 9 –
трехходовой клапан теплообменника подогрева питательной воды

8. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Оборудования для системы пароприготовления
Вакуумированный Наименование Ед. изм.
Числ.
солнечный коллектор значение
Количество трубок шт. 30
Vitosol 300-TSP3A – 3 м2 Площадь брутто м2 4,32
Площадь поглотителя м2 3,02
Площадь апертуры м2 3,23
Размеры:
Ширина а мм 2129
Высота b мм 2040
Глубина c мм 143
Масса кг 87
Объем жидкости
л 1,65
(теплоносителя)
Допустимое рабочее давление бар 6
Макс. температура в состоянии
°С 273
простоя
Паропроизводительность Вт/м2 100

9. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Функциональная схема автоматизации МЭК

10. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Обоснование и выбор проточной части влажно-паровой
микротурбины
Конструкция корпуса проточной части определяется
геометрией профиля соплового аппарата, профиля рабочих
лопаток, конструкцией рабочего колеса и конструкцией ротора,
расчет и габаритные размеры которых представлены в Эскизном
проекте.
Профили соплового аппарата и рабочих лопаток
выбраны из атласа решеток паровых турбин в соответствии с
выполненным тепловым расчетом микротурбины.
Рабочее колесо жестко закреплено на роторе
микротурбины и имеет внешний диаметр 163 мм с установленными
на нем рабочими лопатками.
Ротор микротурбины является единым элементом, на
котором жестко крепятся рабочее колесо и якорь
электрогенератора. В роторе имеются шейки под
газодинамические подшипники. Для правильной работы ротора
необходима динамическая балансировка в сборе с рабочим
колесом.

11. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Сборочный чертеж (разрез) микротурбинной установки
1 2
3
Влажно-паровая микротурбинная
установка
4 5
1 – корпус электрогенератора;
2 – газодинамические подшипники;
3 – вал микротурбины; 6
4 – рабочее колесо микротурбины;
5 – сопловой аппарат;
6 – конденсатор;
7
7 – конденсатосборник

12. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Сборочный чертеж (разрез) микротурбинной установки
1
Влажно-паровая
микротурбинная установка 3
2
1 – корпус электрогенератора;
4
2 – газодинамические
подшипники; 6
3 – вал микротурбины; 5
7
4 – опорно – упорный подшипник;
5 – сопловой аппарат;
6 – рабочее колесо;
7 – направляющая камера
влажного пара.

13. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Расчетные характеристики микроэнергокомплекса
Электрическая мощность турбины, кВт 5
Тепловая мощность конденсатора, кВт 20-60
Количество солнечных панелей (марка VITOSOL
20-30/30-60
300T) при S1 = 3 м2, шт. (лето/зима)
Давление пара перед турбиной, МПа 0,6
Расход пара в турбину, кг/с 0,03
Температура пара перед турбиной, 0С 160
Давление в конденсаторе, МПа 0,03 - 0,06
Температура в конденсаторе, 0С 55-85
Температура в отопительном контуре, 0С 30-70

14. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажно-паровой турбины
Назначение и область применения результатов проекта:
Результаты работ полученные на 1 этапе ОКР являются
непосредственным заделом при создании эффективного,
автономного, комплекса энергоснабжения с системой
распределения электроэнергии, ее комплексного учета, контроля и
управления в сетях энергообеспечения. Областью применения
микроэнергокомплекса является малоэтажный сектор
строительства, удаленный от центрального энергообеспечения .
Эффекты от внедрения результатов проекта:
Применение энергосберегающих технологий позволит:
снизить эксплуатационные затраты на 30%; обеспечить
экологически чистое энергоснабжение.

15. Микроэнергокомплекс на базе
высокоэффективной влажнопаровой турбины
Спасибо за внимание!
ООО НПП «Донские технологии»
346400, Россия, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Целинная 3
Тел./факс (8635)22-76-06, email: v_parshukov@mail.ru, web site : www.don-tech.ru