Resumen
System comprising a hydraulic circuit (1, 28, 32) that contains and connects: - at least one body of the turbine (4, 35); - a turbocharger (12, 44) that compresses part or all of the working fluid; - some branches (8, 11, 15, 19, 33, 39) through which working fluid circulates; - heat exchangers (20, 29, 41, 47); - a reservoir (16) containing working fluid in liquid state; - a refrigerator, which can coincide with the cold focus (23) of the plant; - cutting valves (3, 7, 9, 22, 34, 38, 40, 49), regulating valves (18, 52), dividers (10) and pumps (17, 24, 25, 51) in the hydraulic circuit and in the different branches. The system acts so that, during the shutdown of the plant, the turbine works in a set point load and does not suffer loss of life due to fatigue. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
Reivindicaciones
1. 1. Sistema de prolongación de vida frente adesgaste por fatiga de turbinas de plantas termosolares, dispuesto odispuestos un conjunto de ellos en una central termosolar concolectores solares de concentración de la radiación, que calientanun fluido calorífero y éste, a su vez, un fluido de trabajo de unciclo termodinámico que comprende al menos una turbina estructuradaen al menos un cuerpo, y que posee un sistema de almacenamientotérmico, de cualquier tipo, caracterizado por que comprendeun circuito hidráulico (1, 28, 32) que contiene y conecta lossiguientes elementos: 2. - al menos un cuerpo de la turbina (4, 35) de lacentral, por el que pasa el fluido de trabajo y que produce energíamecánica, y que puede estar acoplado a un alternador eléctrico (5, 36) mediante un eje (6, 37) ; 3. - un compresor (12, 44) y su sistema deaccionamiento, seleccionado entre un motor eléctrico (13, 45) unidoal compresor por un eje (14, 46) y un embrague, o un acoplamientomecánico con la turbina mediante un embrague, o variante similar, yque comprime parte o la totalidad del fluido de trabajo que procededel cuerpo de la turbina; 4. - un ramal de aporte de caudal por el que seañade fluido de trabajo en estado líquido desde un depósito defluido líquido (16) que conecta dicho depósito con el circuito delsistema de prolongación de vida en la zona de salida del compresor (12) ; 5. - un ramal de aporte de vapor (19) desde elcuerpo de turbina inmediatamente anterior (en caso de no tratarsedel primer cuerpo) , al circuito del sistema de prolongación de vida en la zona de salida del compresor (12) ; 6. - un ramal de cesión de caudal (11) que conectael sistema de prolongación de vida (1) con el sistema deprolongación de vida del cuerpo siguiente o al foco frío en el casode tratarse del sistema del último cuerpo de la turbina; 7. - un intercambiador de calor (20, 47) , que esalimentado por el sistema de almacenamiento de la central y quecalienta el fluido de trabajo que proviene del compresor y sedirige al cuerpo de la turbina; 8. - un refrigerador-regenerador (29, 41) que enfría el fluido de trabajo previamente al paso alcompresor (12) ; 9. - un depósito de fluido líquido (16) quecontiene fluido de trabajo en estado líquido; 10. - un refrigerador final, que puede coincidir conel foco frío de la central (23) ; 11. - un conjunto de válvulas de corte deinterconexión de entrada y salida de fluido con los cuerpos deturbina inmediatamente anterior y posterior, de válvulas de entraday salida regulación del sistema de prolongación de vida en losextremos del circuito hidráulico, de válvulas de tres vías dedivisión de la corriente que sale del cuerpo de la turbina (10) , yde bombas de impulsión desde los depósitos antedichos y desde elcondensador. 12. 2. Sistema de prolongación de vida frente adesgaste por fatiga de turbinas de plantas termosolares segúnreivindicación primera, caracterizado por que el fluido detrabajo sigue un ciclo de tipo Rankine y el sistema de prolongaciónde vida frente a la fatiga comprende los siguientes elementos: 13. - el propio cuerpo de la turbina (4) , por el quepasa el fluido de trabajo previo paso por la válvula deinterconexión anterior (3) o por la válvula de salida del sistema deprolongación de vida; 14. - un compresor (12) y su sistema deaccionamiento, seleccionado entre un motor eléctrico (13) unido alcompresor por un eje (14) y un embrague, o un acoplamiento mecánicocon la turbina mediante un embrague, o variante similar, donde elcompresor recoge la mayor parte del flujo que sale de la turbinacuando la central esté en el modo de no producción y prolongación devida de la turbina, haciéndolo circular por las válvulas de tresvías de división de la corriente que sale del cuerpo de la turbina (10) y comprimiéndolo hasta una presión que garantiza la presión deconsigna de prolongación de vida de los cuerpos de la turbina; y elgasto másico restante se dirige hacia el siguiente cuerpo de laturbina (4) a través de un ramal de cesión de caudal (11) previadivisión en una válvula de tres vías de división de lacorriente; 15. - un conjunto de bombas de impulsión de aportede líquido (17) que circulan el fluido desde el depósito de fluidolíquido (16) hacia el circuito principal del sistema de prolongaciónde vida por la zona de descarga del compresor (12) , un conjunto deramales de aporte de vapor (19) procedentes del sistema deprolongación de vida inmediatamente anterior, que recogen fluido detrabajo respectivamente en estado líquido y vapor para seradicionados al flujo que sale del compresor (12) , hasta llegar algasto másico de consigna; 16. - un intercambiador de calor (20) , alimentadopor el sistema de almacenamiento de la central, que calienta lamezcla de fluidos anterior hasta conseguir la temperatura deconsigna; 17. - y, en el sistema de prolongación de vida queincluya el último cuerpo de la turbina (4) , un refrigerador final, que puede coincidir con el sistema de condensación de la central (23) , que condensa el vapor que sale del último cuerpo de la turbinay la bomba de llenado del depósito (24) que le hace circular hastallevarlo al depósito de fluido líquido (16) . 18. 3. Sistema de prolongación de vida frente adesgaste por fatiga de turbinas de plantas termosolares, segúncualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadopor que: 19. - cuando la central opera en condiciones deproducción, las válvulas de interconexión de entrada y salida defluido (3 y 7) están abiertas, las válvulas de entrada y salida delsistema de prolongación de vida (9 y 22) en los extremos delcircuito están cerradas, y las bombas de impulsión de aporte líquido (17) , la de llenado del depósito líquido (24) y los compresores (12) están parados; 20. - y, en el modo de prolongación de vida de laturbina, estando la central sin producción, las válvulas deinterconexión de entrada y salida de fluido (3 y 7) están cerradas, las válvulas de entrada y de salida del sistema de prolongación devida (9 y 22) están abiertas y las bombas de aporte de líquido (17) , de llenado del depósito (24) y los compresores (12) están operandosegún lo descrito en la reivindicación 2, de manera que el gastomásico que circule por el compresor (12) , gobernado por la válvulade tres vías de división de flujo (10) , es tal que la potenciaeléctrica consumida por el propio compresor (12) , las bombasantedichas y el accionamiento de las válvulas y sensores esproducida por la turbina (4) . 21. 4. Sistema de prolongación de vida frente aldesgaste por fatiga debido a las paradas de la central segúncualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadopor que el circuito del sistema de prolongación de vida (28) comprende un refrigerador-regenerador (29) queenfría, por calor sensible, el gasto másico de fluido que va a serdirigido al compresor cuando la central opera en el modo deprolongación de vida según la reivindicación 3, de manera que elrefrigerador-regenerador (29) puede ser refrigeradopor aire exterior, por un fluido refrigerante o bien por el fluidode trabajo, que sería de esa forma precalentado para ser introducidoen el cuerpo de la turbina (4) inmediatamente posterior, a modo deun regenerador, de manera que la circulación del fluido de trabajo através del refrigerador-regenerador (29) esprovocada por la acción de succión del compresor (12) , contandoademás con los elementos de circulación y regulación (válvulas yventiladores o bombas) que hagan circular el fluidorefrigerante. 22. 5. Sistema de prolongación de vida frente aldesgaste por fatiga debido a las paradas de la central segúnreivindicación primera, caracterizado por que el fluido detrabajo sigue o un ciclo de tipo Joule-Brayton o unciclo tipo Rankine y el sistema de prolongación de vida frente a lafatiga comprende los siguientes elementos: 23. - el propio cuerpo de la turbina (35) , por elque pasa el fluido de trabajo previo paso por las válvulas deinterconexión anterior (34) o de salida del sistema de prolongaciónde vida (49) , y que se expande a su paso; 24. - un refrigerador-regenerador (41) que enfría la totalidad del flujo saliente de la turbina y quees dirigido al compresor (44) y que, en caso de tratarse de unfluido condensable, éste está seco (sin fracción húmeda) a susalida, donde el refrigerador-regenerador (41) puedeser refrigerado por aire exterior, por un fluido refrigerante o bienpor el fluido de trabajo que es precalentado para ser introducido enel cuerpo de la turbina inmediatamente posterior, a modo de unregenerador, y la circulación del fluido de trabajo a través delrefrigerador-regenerador (41) es provocada por laacción de succión del compresor (44) , incluyendo, además, loselementos de circulación y regulación (válvulas y ventiladores obombas) que hagan circular fluido el refrigerante; 25. - un compresor (44) , que puede ser el propio delciclo Joule-Brayton, y su sistema de accionamiento, seleccionado entre un motor eléctrico (45) unido al compresor por uneje (46) y un embrague, o un acoplamiento mecánico directo con laturbina con o sin embrague, o variante similar, que recoge el flujoque sale de la turbina (35) cuando la central esté en el modo de noproducción y prolongación de vida de la turbina (35) , haciéndolocircular por las válvulas entrada y salida del sistema deprolongación de vida (40 y 49) y comprimiéndolo hasta que se obtengala presión de consigna de prolongación de vida de la turbina (35) ; 26. - un intercambiador de calor (47) , alimentadopor el sistema de almacenamiento de la central, que calienta elfluido que sale del compresor (12, 44) hasta conseguir latemperatura de consigna. 27. 6. Sistema de prolongación de vida frente aldesgaste por fatiga debido a las paradas de la central según lasreivindicaciones 1 y 5, caracterizado por que 28. - cuando la central opera en condiciones deproducción, las válvulas de interconexión anterior y posterior (34 y38) , las válvulas de entrada y salida del sistema de prolongación devida (40 y 49) , en los extremos del circuito del sistema deprolongación de vida, cerradas, y los compresores (44) están paradosen caso de no ser los propios del cicloJoule-Brayton; 29. - y, en el modo de prolongación de vida, estandola central sin producción, las válvulas de interconexión anterior yposterior (34 y 38) están cerradas, las válvulas de entrada y desalida del sistema de prolongación de vida (40 y 49) en los extremosdel sistema de prolongación están abiertas y los compresores (44) están operando según reivindicación 5, y el estado termodinámico delfluido de trabajo a la salida delrefrigerador-regenerador (41) , gobernado por elfluido refrigerante que circula por el circuito secundario delpropio refrigerador-regenerador (43) , es tal que lapotencia eléctrica consumida por el compresor y por los distintoselementos de la central, es generada por la turbina (35) . 30. 7. Sistema de prolongación de vida frente aldesgaste por fatiga debido a las paradas de la central, según lasreivindicaciones 1, 5 y 6, caracterizado por que el fluido detrabajo es un fluido condensable que, a la salida delrefrigerador-regenerador (41) existenteinmediatamente después de la salida de turbina (35) , se encuentracon una cierta fracción húmeda y, por tal motivo, comprende de: 31. - un separador de vapor (50) que separa lasfases líquida y vapor a la salida derefrigerador-regenerador (41) ; 32. - un compresor (44) , por el que circulasolamente fase de vapor que se obtiene del separador de vapor (50) , donde el gasto de vapor es de una magnitud tal que la potencia paraaccionar el compresor (44) y el resto de elementos de la central, enel modo de funcionamiento de prolongación de vida de la turbinapuede ser generada por la turbina (35) bajo las condiciones de cargade consigna, y se controla por medio del fluido refrigerante quecircula por el circuito secundario (43) delrefrigerador-regenerador (41) y por la válvula deregulación de fase líquida (52) , también incluida; 33. - una bomba de impulsión de fase líquida (51) que eleva la presión del líquido obtenido en el separador de vapor (50) y le haga pasar por la válvula de regulación de fase líquida (52) antes de mezclarlo con el gas comprimido a la salida delcompresor (44) . 34. 8. Sistema de prolongación de vida frente adesgaste por fatiga de turbinas de plantas termosolares, segúncualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadopor que, en caso de necesitarse una aporte adicional de energía aañadir a la producida por la turbina (4, 35) o la suministrada porel sistema de almacenamiento (21, 48) , ésta se obtiene en forma deenergía eléctrica o, si la central consta de cierta hibridación deapoyo a la energía solar captada, se obtiene con el aporte de caloral fluido de trabajo o de almacenamiento en el equipo pertinente (elgenerador de vapor o la caldera de la central) , mediante una fuentefósil o de biomasa.
