PL B1. ENERGA SPÓŁKA AKCYJNA, Gdańsk, PL INSTYTUT MASZYN PRZEPŁYWOWYCH IM. ROBERTA SZEWALSKIEGO POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Gdańsk, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F02M 21/04 ( ) B01F 3/02 ( ) B01F 5/06 ( ) (54) Instalacja z mieszalnikiem wytwarzającym paliwa biogazowe do zasilania, zwłaszcza turbin gazowych oraz silników spalinowych napędzających generatory (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 14/16 (73) Uprawniony z patentu: ENERGA SPÓŁKA AKCYJNA, Gdańsk, PL INSTYTUT MASZYN PRZEPŁYWOWYCH IM. ROBERTA SZEWALSKIEGO POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Gdańsk, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/17 (72) Twórca(y) wynalazku: BOGUSŁAW SKARPETOWSKI, Gdańsk, PL DANIEL STĘPNIAK, Gdynia, PL PIOTR LAMPART, Olsztyn, PL TOMASZ SUCHOCKI, Zielona, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiot wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik paliwa gazowego do silników spalinowych zasilanych gazami niskokalorycznymi. Stan techniki. Obecnie obserwuje się tendencje polegające na tym, że coraz częściej do zasilania silników spalinowych napędzających generatory energii elektrycznej wykorzystywane są różne paliwa gazowe. Niezbędnym wyposażeniem silnika spalinowego zasilanego paliwem gazowym, takim jak: gaz ziemny, gaz kopalniany z odmetanowania pokładów węgla, biogaz jest mieszalnik gazu. Urządzenie to jest instalowane na przewodzie dolotowym przed zaworami dolotowymi silnika. Ma ono za zadanie zapewnienie silnikowi odpowiednich do obciążenia i prędkości obrotowej ilości gazu. Jest to osiągane za pomocą odpowiednio dobranej zwężki, w której obszarze największego podciśnienia umieszczone są otwory do doprowadzenia gazu, a jej przekrój przepływowy jest regulowany przepustnicą. Z międzynarodowej publikacji nr US (A1) znany jest mieszalnik gazów do mieszania pierwszego i drugiego gazu mający pierwszą część obudowy na zewnętrzny gaz, która zawiera wlot dla pierwszego gazu usytuowany w osi wzdłużnej i wlot dla drugiego gazu usytuowany w osi pionowej. Część obudowy wewnętrznej umieszczona jest w pierwszej części obudowy, tworząc pierścieniową przestrzeń dla drugiego gazu. Mieszalnik zawiera przestrzeń, w której mieszają się pierwszy i drugi gaz. Część pierwsza i druga obudowy, przestrzeń pierścieniowa oraz przestrzeń mieszania są umieszczone w osi wzdłużnej. Natomiast z międzynarodowego opisu patentowego PL/EP nr znany jest mieszalnik gaz-gaz, w którym do przewodu głównego wprowadzony jest promieniowo, poprzez króciec, przewód doprowadzający, za pośrednictwem którego do powietrza przepływającego przewodem głównym, doprowadzić można tlen. Z przewodem doprowadzającym połączona jest głowica dyszy w postaci półelipsy, w której wykonane są otwory przelotowe pod kątem między 15 a 17. Również z międzynarodowego opisu patentowego nr EP B1 znane jest urządzenie do mieszania dwóch strumieni gazów. Do strumienia głównego pierwszego gazu przepływającego w odcinku kanału doprowadza się, za pośrednictwem przewodu doprowadzającego, drugi gaz. Koniec przewodu doprowadzającego dla drugiego gazu rozciąga się współosiowo w stosunku do odcinka kanału i jest wyposażony w kanały wylotowe skierowane promieniście na zewnątrz. Ponadto, z polskiego opisu patentowego nr P znany jest mieszalnik gazu do wytwarzania mieszanki gazu napędowego z powietrzem do zasilania silnika spalinowego z zapłonem iskrowym. Mieszalnik gazu pozwala na uzyskanie dowolnego składu mieszanki przy danym obciążeniu silnika. Pozwala też na samoczynną, płynną regulację podawanej mieszanki w zależności od obciążenia silnika. Również z polskiego opisu patentowego nr P znany jest mieszalnik gazu do silnika spalinowego, w którym istnieje możliwość zmiany ilości powietrza potrzebnej do pracy silnika na oleju napędowym lub na gazie oraz następuje zmniejszenie zakłócenia przepływu stogi powietrza, zarówno przy pacy wyłącznie na oleju napędowym, jak i na gazie. Ponadto, z opisu wzoru użytkowego nr W znany jest mieszalnik gazu do silnika spalinowego, w którym mieszalnik utworzony jest z króćca zasilającego połączonego z korpusem, w którym znajduje się zwężka i przepustnica. Króciec zasilający ma otwór, w którym osadzono iglicę do regulacji ilości gazu doprowadzonego do wnętrza korpusu. Istota wynalazku. Instalacja z mieszalnikiem wytwarzającym paliwa biogazowe do zasilania, zwłaszcza turbin gazowych oraz silników spalinowych napędzających generatory zawierające wiązki butlowe, mieszalnik, zawory, przepływomierze, podgrzewacz, czujniki ciśnienia, według wynalazku zawiera wiązki butlowe, połączone przewodami rurowymi z podgrzewaczem. Podgrzewacz poprzez przewody rurowe z zaworami kulowymi, połączony jest z czterema zbiornikami kompensacyjnymi. Na przewodach rurowych, pomiędzy zbiornikami kompensacyjnymi, umieszczone są czujniki ciśnienia i przepływomierze. Czujniki ciśnienia i przepływomierze zamocowane są na ramie, z kolei przewody rurowe od zbiorników kompensacyjnych łączą się z mieszalnikiem biogazowym. Z drugiej strony do mieszalnika przewodem rurowym, na którym zamontowany jest zawór klapowy, dopływa metan. Gotowa mieszanina gazowa przewodem z mieszalnika doprowadzana jest do kompresora połączonego poprzez kolejny zawór klapowy oraz zwężkę. Kompresor połączony jest z turbozespołem. Mieszalnik składa się z ramy, na której zamocowane są regulowane wsporniki, na których umieszony jest korpus mieszalnika. Korpus mieszalnika składa się z dwóch połączonych ze sobą zwężek poprzez rurę. Na

3 PL B1 3 obwodzie powierzchni rury wykonane są gwintowane otwory, w które wkręcone są króćce dolotowe. Króćce dolotowe łączą się z przewodami gumowymi, które doprowadzane są do listew wtryskowych, przy czym wewnątrz rury, w połowie jej długości, umieszczony jest mikser, mający postać stożka ściętego zakończonego po obu stronach kołnierzami. Na obwodzie powierzchni stożka miksera rozmieszone są przelotowe otwory w ilości od 8 do 18, korzystnie 12, przez które przedostają się do wnętrza rury doprowadzane gazy, takie jak dwutlenek węgla oraz azot. Na wsporniku, połączonym z ramą, zamontowane są listwy wtryskowe, z których każda składa się z wtryskiwaczy. Zaletą instalacji z mieszalnikiem według wynalazku jest to, że konstrukcja pozwala na samodzielne produkowanie mieszanin niskokalorycznych paliw gazowych, w tym biogazu, możliwych do wytworzenia jedynie na drodze zgazowywania materiałów pochodzenia naturalnego, takich jak biomasa. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu układu automatycznego sterowania parametrami składu końcowej mieszaniny gazów, możliwe jest uzyskanie optymalnego stopnia wymieszania, niezależnie od jej składu oraz zapewnienie dokładnego jej spalenia w komorze spalania silnika. Ponadto, zaletą instalacji z mieszalnikiem jest wykorzystanie zbiorników kompensacyjnych, które tłumią pulsacje ciśnienia i korzystnie wpływają na wiarygodność uzyskanych wyników pomiarów. Objaśnienie figur na rysunku. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z góry instalacji biogazowej, fig. 2 widok z boku instalacji biogazowej, fig. 3 widok z przodu instalacji biogazowej, fig. 4 widok z przodu elementów odpowiedzialnych za pomiar oraz mieszanie gazów, fig. 5 rzut aksonometryczny mieszalnika biogazu, fig. 6 rozmieszczenie króćców doprowadzających gazy względem wkładki miksera, fig. 7 konstrukcję listwy wtryskowej wraz z wtryskiwaczami, fig. 8 regulowany wspornik do umieszczenia mieszalnika, a na fig. 9 zwężka. Przykład wykonania wynalazku. Instalacja biogazowa przedstawiona na fig. 1, fig. 2, fig. 3 i fig. 4 wyposażona jest przykładowo w trzy wiązki butlowe 1, połączone przewodami rurowymi 2 z podgrzewaczem 3, który umieszczony jest na ramie 4. Z podgrzewacza 3 przewody rurowe 2 z zaworami kulowymi 5 połączone są z czteroma zbiornikami kompensacyjnymi 6. Na przewodach rurowych 2 pomiędzy zbiornikami kompensacyjnymi 6, umieszczone są czujniki ciśnienia 8 i przepływomierze 7. Czujniki ciśnienia 8 i przepływomierze 7 zamocowane są na ramie 9, z kolei zbiorniki kompensacyjne 6 zamocowane są na ramie 10. Przewody rurowe 2 od zbiorników kompensacyjnych 6 łączą się z mieszalnikiem biogazowym 11. Z drugiej strony do mieszalnika 11 przewodem rurowym 19, na którym zamontowany jest zawór klapowy 12, dopływa metan. Gotowa mieszanina gazowa przewodem 19, z mieszalnika 11, doprowadzana jest do kompresora 16 połączonego poprzez kolejny zawór klapowy 12 oraz zwężkę 13. Kompresor 16 połączony jest z turbozespołem 17. Na przewodach rurowych 2 instalacji, bezpośrednio za wiązkami kitlowymi 1 zamontowane są zawory kulowe 5, zawory elektromagnetyczne 15 i reduktory ciśnienia 14. W poszczególnych sekcjach instalacji rozmieszczone są detektory gazu 18. Mieszalnik 11 przedstawiony na fig. 5 wyposażony jest w ramę 20 w postaci prostopadłościanu wykonanego przykładowo z ceowników 21. Na ramie 20 zamocowane są regulowane wsporniki 22, na których umieszony jest korpus mieszalnika 24. Regulowane wsporniki 22 zbudowane są z podstawy wspornika 33, nakrętek 34, podkładek 35 oraz łoża wspornika 36. Korpus mieszalnika 24 składa się z dwóch połączonych ze sobą zwężek 23 w postaci stożka ściętego zakończonego z obu stron kołnierzami 25 połączonych poprzez rurę 26. Na obwodzie powierzchni rury 26 wykonane są przykładowo, co 30 gwintowane otwory, przykładowo M8, w które wkręcone są króćce dolotowe 28 gazów. Na króćcach dolotowych 28 zamocowane są przewody gumowe, które łączą się z króćcami podłączonych do listew wtryskowych 31. Wewnątrz rury 26, w połowie jej długości, umieszczony jest mikser 27. Mikser 27 ma postać stożka ściętego zakończonego po obu stenach kołnierzami. Na obwodzie powierzchni stożka miksera 27 rozmieszone są przelotowo otwory 29 w ilości od 8 do 18, korzystnie 12, przykładowo o średnicy 4mm, przez które przedostają się do wnętrza rury 26 doprowadzane gazy, przykładowo dwutlenek węgla oraz azot. Na wsporniku 30, połączonym z ramą 20, zamontowane są przykładowo dwie listwy wtryskowe 31, z których każda składa się z czterech pojedynczych wtryskiwaczy 32. Wiązki butlowe 1 wypełnione są gazami, z których przykładowo dwie wypełnione są sprężonym dwutlenkiem węgla, a trzecia sprężonym azotem pod ciśnieniem 200 barów. Z trzech wiązek kitlowych, przewodem rurowym 2, doprowadzane są gazy do podgrzewacza, w którym następuje podgrzanie gazów do takich wartości temperatury, która umożliwi pomiar parametrów przez czujniki ciśnienia 8 temperatury oraz przepływomierze 7. Z podgrzewacza 3 przewodami rurowymi 2 doprowadzane są gazy do czterech zbiorników kompensacyjnych 6, których zadaniem jest tłumienie pulsacji

4 4 PL B1 ciśnienia i uzyskanie wiarygodnych wyników pomiarów. Ze zbiorników kompensacyjnych 6, gazy poprzez wtryskiwacze 32 znajdujące się w mieszalniku 11 dozowane są, poprzez króćce 28, do przestrzeni pomiędzy wewnętrzną powierzchnią rury 26, a zewnętrzną powierzchnią stożkową miksera 27. Następnie, w trakcie wypływu z tej przestrzeni do wnętrza rury 26, dochodzi do zwiększenia prędkości gazów podczas przepływu gazów przez otwory 29. Docierające gazy mieszają się ze sobą wewnątrz rury 26 oraz z, przepływającym wzdłuż osi rury 26, metanem docierającym do wnętrza mieszalnika poprzez przewód rurowy 19, na którym znajduje się zawór klapowy 12. Na wylocie ze zwężki 23 gazy tworzą jednorodną mieszaninę zdatną do sprężenia i zasilania turbogeneratora 17. W trakcie procesu wytwarzania mieszanki gazów, w każdej części instalacji, umieszczone są detektory gazów 18 w celu zapewnienia bezpieczeństwa pracy obsługujących instalację osób. Wyłaz oznaczeń: 1 wiązki butlowe; 2 przewody rurowe; 3 podgrzewacz; 4 rama podgrzewacza; 5 zawory kulowe; 6 zbiorniki kompensacyjne; 7 przepływomierze; 8 czujniki ciśnienia; 9 rama pod przepływomierze oraz czujniki ciśnienia; 10 rama pod zbiorniki kompensacyjne; 11 mieszalnik; 12 zawór klapowy; 13 zwężka; 14 reduktor ciśnienia; 15 zawór elektromagnetyczny; 16 kompresor; 17 turbozespół; 18 detektory gazu; 19 przewód rurowy; 20 rama mieszalnika; 21 ceownik; 22 wspornik; 23 zwężka; 24 korpus mieszalnika; 25 kołnierz; 26 rura; 27 mikser; 28 króćce dolotowe; 29 otwory 30 wspornik; 31 listwy wtryskowe; 32 wtryskiwacze; 33 przewody gumowe. Zastrzeżenia patentowe 1. Instalacja z mieszalnikiem wytwarzającym paliwa biogazowe do zasilania, zwłaszcza turbin gazowych oraz silników spalinowych napędzających generatory, zawierające wiązki butlowe, mieszalnik, zawory, przepływomierze, podgrzewacz i czujniki ciśnienia, znamienna tym, że wyposażona w wiązki butlowe (1), połączone przewodami rurowymi (2) z podgrzewaczem (3), przewody rurowe (2) z zaworami kulowymi (5) połączone są z czteroma zbiornikami kompensacyjnymi (6), przy czym na przewodach rurowych (2), pomiędzy zbiornikami kompensacyjnymi (6), umieszczone są czujniki ciśnienia (8) i przepływomierze (7), z kolei czujniki ciśnienia (8) i przepływomierze (7) zamocowane są na ramie (9), kolejno przewody rurowe (2) od zbiorników kompensacyjnych (6) łączą się z mieszalni-

5 PL B1 5 kiem biogazowym (11), z drugiej strony do mieszalnika (11) przewodem rurowym (19), na którym zamontowany jest zawór klapowy (12), dopływa metan, a gotowa mieszanina gazowa przewodem (19), z mieszalnika (11) doprowadzana jest do kompresora (16) połączonego poprzez kolejny zawór klapowy (12) oraz zwężkę (13), kolejno kompresor (16) połączony jest z turbozespołem (17), przy czym mieszalnik (11) składa się z ramy (20), na której zamocowane są regulowane wsporniki (22), na których umieszony jest korpus mieszalnika (24), z kolei korpus mieszalnika (24) składa się z dwóch połączonych ze sobą zwężek (23) poprzez rurę (26), przy czym na obwodzie, powierzchni rury (26) wykonane są gwintowane otwory, w które wkręcone są króćce dolotowe (28), z którymi łączą się przewody gumowe (33) doprowadzane do listew wtryskowych (31), przy czym wewnątrz rury (26), w połowie jej długości, umieszczony jest mikser (27) mający postać stożka ściętego zakończonego po obu stronach kołnierzami, a na obwodzie powierzchni stożka miksera (27) rozmieszone są przelotowe otwory (29) w ilości od 8 do 18, korzystnie 12, przez które przedostają się do wnętrza rury (26) doprowadzane gazy, dwutlenek węgla oraz azot, z kolei na wsporniku (30), połączonym z ramą (20), zamontowane są listwy wtryskowe (31), z których każda składa się z wtryskiwaczy (32). 2. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że podgrzewacz (3) umieszczony jest na ramie (4). 3. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że czujniki ciśnienia (8) i przepływomierze (7) zamocowane są na ramie (9). 4. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że na przewodach rurowych (2) instalacji bezpośrednio za wiązkami butlowymi (1) zamontowane są zawory kulowe (5), zawory elektromagnetyczne (15) i reduktory ciśnienia (14). 5. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że w poszczególnych sekcjach instalacji rozmieszczone są detektory gazu (18). 6. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że rama w postaci prostopadłościanu wykonana jest z profili (21). 7. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że regulowane wsporniki (22) zbudowane są z podstawy wspornika (33), nakrętek (34), podkładek (35) oraz łoża wspornika (36). 8. Instalacja z mieszalnikiem według zastrz. 1, znamienna tym, że zwężki w postaci stożka ściętego zakończone są z obu stron kołnierzami (25).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1

11 PL B1 11

12 12 PL B1

13 PL B1 13

14 14 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)