Принцип действия турбодетандера. Бестопливные установки для производства электроэнергии, теплоты и холода на базе детандер-генераторных агрегатов

Условные сокращения:

УДЭУ- установка детандер- энергетическая утилизационная;

БСД- блок стопорно- дозирующий;

ТДА- турбодетандер;

САУ- система автоматического управления;

ГРС- газораспределительная станция

БС- блок байпасный

РПД- регулятор перепада давления.

КРУ- комплектно-распределительное устройство

Описание и работа

Назначение и область применения.

Установка предназначена для использования на ГРС в качестве источника энергоснабжения, утилизирующего энергию избыточного давления природного газа в электроэнергию напряжением 10,5 кВ частотой 50 Гц.

Условное обозначение установки:

Структура условного обозначения установки:

Структура обозначения агрегата: УДЭУ- 2500 - X - УХЛ 4

Вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69

Напряжение вырабатываемого тока на клеммах турбогенератора 10,5кВ

Максимальная мощность вырабатываемой электроэнергии, 4 МВт

Тип установки по назначению (установка детандер-энергетическая утилизационная)

Характеристика установки

Параметры, характеризующие условия эксплуатации

Усилия на газовые трубы блока детандер-генераторного со стороны обвязки должны быть, не более:

• - осевое усилие, кН -50
• - поперечное усилие, кН - 30
• - изгибающий момент, кНм -30

Состав установки

В комплект поставки установки должны входить сборочные единицы и документы, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Наименование	Обозначение конструкторского документа, ТУ		Примечание
Блок маслоохладителей		ОАО «Турбогаз»
Блок детандер-генераторный		ОАО «Турбогаз»
Блок байпасный		ОАО "Констар"
Блок стопорно- дозирующий		ОАО "Констар"
Блок системы маслоснабжения		ОАО «Турбогаз»
Кран шаровой запорный наземный штампосварной с концами под приварку 11лс(6)757п Ру 8,0(80)		Сумское МНПО им.М.В.Фрунзе
Кран шаровой МШК-50-80-ПП-НУ-Н1 -УЗ	ТУ У 3.20-00217672-001-96		3-д технического машиностроения г. Коростень
Комплект запасных частей		ОАО «Турбогаз»
Комплект инструментов и принадлежностей		ОАО «Турбогаз»

Состав установки и устройство.

Состав установки. Установка включает в себя следующие основные функциональные части:

• - технологическое оборудование;
• - систему регулирования;
• - систему автоматизированного управления (САУ).

Конструктивно установка состоит из следующих технологических блоков и изделий:

• - блока детандер-генераторный;
• - блока системы маслоснабжения;
• - блока маслоохладителей;
• - блока стопорно-дозирующего;
• - блока байпасного;
• - комплекта электротехнического оборудования.

Технологическое оборудование установки предназначено для привода турбогенератора, в котором механическая работа на турбине детандера преобразуется в электрическую энергию.

На ГРС должна быть предусмотрена система подогрева газа.

Устройство установки. Технологическое оборудование включает в себя:

• - детандер;
• - маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики;
• - систему охлаждения рабочего масла;
• - турбогенератор;

Технологическое оборудование установки размещено в отдельно стоящем здании, а также снаружи на территории ее монтажной площадки. Внутри помещения установлены технологические блоки установки, в которых смонтированы:

• - детандер и турбогенератор - в блоке детандер-генераторном;
• - маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики - в блоке детандер-генераторном и блоке системы маслоснабжения;
• - система охлаждения рабочего масла установки смонтирована в блоке маслоохладителей, размещенного снаружи помещения на площадке;

Устройство турбодетандера.

Турбодетандер включает в себя:

• - корпус детандера;
• - вставку;

Основным узлом турбодетандера является вставка, смонтированная в корпусе. Внешний вид вставки представлен на рис.4. Корпус ТДА изготовлен из трубы с приваренными днищем, диафрагмой, диффузором и патрубками входа и выхода газа Ду 500.

Вал трансмиссии предназначен для передачи крутящего момента от ротора турбодетандера к генератору. Соединение осуществляется с помощью зубчатых полумуфт.

Во вставке расположены: пятиступенчатый ротор, подшипниковые узлы, направляющие сопловые аппараты, торцевые уплотнения. Вставка крепится к корпусу направляющего аппарата 1 ступени и уплотнена резиновыми кольцами.

Рисунок 4. Внешний вид вставки

• 1. Узел редуцирования ГРС;
• 2. Шаровой отсечнои кран на выходе газа в установку.
• 3. Блок детандер-генераторный;
• 4. Блок стопорно-дозирующий
• 5. Турбодетандер;
• 6. Генератор;
• 7. К шкафам высоковольтного и низковольтного оборудования а также к шкафам САУ вторичных приборов.
• 8. Блок системы маслоснабжения.
• 9. Блок маслоохладителей.
• 10. шаровой отсечной кран на выходе газа из установки;
• 11. Подогреватель газа;
• 12. Блок блок байпасный.

Силовой частью вставки является опора, с помощью которой вставка крепится в корпусе. К торцу опоры крепится направляющий аппарат 1 ступени; рнутри опоры монтируются направляющие аппараты 2...5 ступеней, каждый из которых представляет собой две пары полуколец (верхние и нижние) с приваренными между ними лопатками постоянного профиля, выполненными из стали 20X13. Направляющие аппараты всех ступеней снабжены лабиринтными уплотнениями, предназначенными для разделения газовых полостей и, тем самым, уменьшения перетечек газа.

Блок передних подшипников крепится к направляющему аппарату 1 ступени. Блок включает опорный и два упорных подшипника. Блок заднего опорного подшипника крепится к опоре вставке.

Опорные подшипники (передний и задний) воспринимают радиальные нагрузки и представляют собой каждый обоймы с пятью самоустанавливающимися колодками.

Торцовые уплотнения вставки применяются в качестве концевых уплотнений « масло- газ».

Ротор турбодетандера представляет собой валопровод, состоящий из вала детандера с установленными на нем рабочими колесами и двух последовательно соединенных полумуфт, передающих крутящий момент от вала турбодетандера к генератору через вал трансмиссии.

Вал турбодетандера двухопорный цельнокованый жесткий из стали ЗОХГСА.

Разгрузка от осевого усилия осуществляется регулированием давления газа в рагрузочной полости перед колесом 1 ступени.

Устройство маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики.

Устройство маслосистемы смазки.

Маслосистема смазки предназначена для смазки охлаждения подшипниковых узлов детандера, турбогенератора и зубчатой соединительной муфты.

Агрегаты, узлы и детали системы смазки размещены в блоках детандер-генераторном и системы маслоснабжения, которые связаны между собой трубопроводами, изготовленными из бесшовных холодно- и горячекатанных труб.

В блоке детандер-генераторном смонтированы: фильтры масла, регулирующие вентили, задвижки, регулятор перепада давления.

В блоке системы маслоснабжения смонтироваы: емкость- маслобак, входные фильтры электронасосных агрегатов, задвижки, обратные клапана, а также электронасосные агрегаты.

Назначение и устройство агрегатов маслосистемы смазки.

Емкость смазочная предназначена для хранения и деаэрации рабочего масла установки. В сечении емкость представляет собой резервуар прямоугольной формы. Сварная конструкция выполнена из стандартного проката и состоит из торцевых и боковых стенок, а также верхнего и нижнего листа. На емкости установлены газоотделитель, заправочный люк, штуцера для забора и слива масла, заборный фильтр, приборы КИП и А.

Для подачи масла в смазочно- угатотнительную систему и систему регулирования предназначены насосы (основные и резервные) с давлением нагнетания 2,5 Мпа.

Фильтры масляные служат для тонкой очистки масла, поступающего на смазку и охлаждение подшипниковых узлов установки, а также охлаждения шлицевого соединения трансмиссии.

Клапаны обратные предназначены для предотвращения обратного потока масла в маслобак через зазоры качающих узлов насосных агрегатов.

Регуляторы давления предназначены для поддержания заданного давления масла в линиях смазки подшипниковых узлов турбодетандера и генератора, а также в систему автоматики установки.

Гидроаккумулятор предназначен для подачи масла к подшипниковым узлам турбодетандера и генератора, а также в систему уплотнения установки при отказах в работе насосных агрегатов.

Регулятор перепада давления служит для поддержания постоянного избыточного давления масла над газом в уплотнениях выходного вала турбодетандера.

Поплавковая камера (маслоотводчик) дренирует масло из уплотнительных полостей турбодетандера и служит гидрозатвором между уплотнением и смазочной емкость к>(маслобаком) агрегата.

Газоотделитель предназначен для дегазации протечек загазованного масла, подводимого из поплавковой камеры, перед сбросом его в маслобак.

Устройство маслосистемы уплотнения и автоматики.

Маслосистема уплотнения и автоматики предназначена для подачи масла на подпор гидрозатворов комбинированных уплотнений детандера с целью поддержания положительного перепада давления масла над газом на валу ротора, а также подачи масла как рабочего тела к дозирующему клапану (КД) и импульса на сервоклапаны, управляющих клапаном защиты(КЗ) и стопорным клапаном (КС).

Агрегаты, узлы и детали маслосистемы уплотнения и автоматики размещены в блоках детандер-генераторном, стопорно- дозирующем, байпасном и системы маслоснабжения, которые связаны между собой трубопроводами.

Система охлаждения рабочего масла

Система охлаждения рабочего масла предназначена для охлаждения и отвода тепла от масла, подаваемого на смазку подшипниковых узлов детандера и турбогенератора, а также в систему уплотнения детандера. Масло, поступая в маслоохладитель, омывает наружные поверхности труб, по которым проходит холодный после детандера газ, отводимый к потребителям.

Блок маслоохладителей представляет собой установленный на раме U-образный трубопровод отвода холодного газа от турбогенератора, на котором смонтированы теплообменники. В межтрубном пространстве, образованном наружной поверхностью трубы Ду 700 и внутренней поверхностью кожуха установлены ребра, образующие продольные каналы для увеличения поверхности теплообмена.

Система регулирования.

Принципиальная схема системы регулирования приведена на рис. 5. Система регулирования установки обеспечивает:

• - автоматическое поддержание числа оборотов турбогенератора в режиме автоматического пуска и синхронизации;
• - автоматическое поддержание заданного давления газа за турбогенератором при работе генератора на сеть;
• - автоматическое поддержание заданного давления газа за турбогенератором при аварийном останове турбогенератора за счет пропуска газа через байпасную линию;
• - автоматический останов турбогенератора при возникновении аварийной ситуации.

Система регулирования установки состоит из управляющей электронной части на базе контроллера, входящего в состав САУ (приведено отдельным приложением), в которой формируются те или иные команды на перемещение клапанов и пневмогидравлической исполнительной части.

Исполнительная пневмогидравлическая часть системы регулирования состоит из блока стопорно-дозирующего и блока байпасного.

Стопорно-дозирующий блок состоит из клапана дозирующего (КД) и клапана стопорного (КС) и предназначен для регулирования расхода газа через турбодетандер при его работе и быстрого прекращении расхода газа через турбодетандер при возникновении аварийной ситуации.

КД предназначен для регулирования расхода газа через турбодетандер. КД состоит из 2-х седельного клапана, установленного в стальном корпусе, и двухстороннего поршневого сервомотора, установленного на корпусе клапана. Перемещения поршня сервомотора происходит под действием давления масла, подводимого к поршню от золотникового механизма командного узла КД. Сверху на поршень действует пружина, обеспечивающая закрытие КД в случае падения давления силового масла. При помощи рычага обратной связи шток сервомотора связан с буксой золотникового механизма командного узла КД.

электроника ремонт оборудование

Рисунок 5. Система регулирования установки

Управление сервомотором КД производится через командный узел КД, состоящий из исполнительного и золотникового механизмов.

Исполнительный механизм включает в себя электродвигатель постоянного тока ДПР-40-1,5-153 и червячный редуктор. К золотнику подводится силовое масло давлением 1,4 МПа. Максимальный ход КД равен 60 мм.

При ручном управлении турбодетандером управление электродвигателем командного узла КД производится САУ от кнопок ручного управления, на которые воздействует оператор.

При автоматическом регулировании числа оборотов турбодетандера или давлении газа за турбодетандером управление электродвигателем командного узла КД САУ выполняет без участия оператора.

КС предназначен для быстрого перекрытия пропуска газа через турбодетандер при возникновении аварийной ситуации или при нажатии кнопки аварийного останова турбодетандера.

КС состоит из корпуса, в котором установлен 2-х седельный тарельчатый клапан. На корпусе клапана установлен поршневой сервомотор. Сервомотор не имеет обратной связи. Поэтому устойчиво может находиться в положении полного закрытия или полного открытия.

Для перемещения поршня сервомотора КС используется газ, отбираемый из газопровода, подводящего газ к турбодетандеру (силовой газ). Максимальный ход КС равен 60 мм.

Для открытия КС необходимо включить электромагнит открытия сервоклапана КС. Включенный электромагнит открытия откроет в своем седле отверстие для подвода силового газа к поршню сервоклапана и КС. Давление под поршнем сервомотора КС начнет повышаться, что вызовет открытие КС.

Для закрытия КС необходимо включить электромагнит открытия сервоклапана КС необходимо включить электромагнит закрытия сервоклапана КС. Включенный электромагнит закрытия откроет в своем седле отверстие для истечения газа из внутренней полости сервоклапана в газопровод за турбодетандером. Давление газа внутри сервоклапана и КС начнет снижаться. По мере снижения давления под поршнем под действием пружины сервомотор КС начнет двигаться вниз, закрывая КС.

Блок байпасный (ББ) сотоит из регулятора давления (РДГ) и клапана защиты (КЗ).

РДГ предназначен для автоматического поддержания необходимого давления газа за турбодетандером при его внезапной остановке до момента включения в работу ГРС. Это время составляет примерно 5 минут. Включение в работу РДГ и подключающая передача управления ГРС производится САУ.

РДГ состоит из 2-х седельного клапана, установленного в стальном корпусе, и поршневого сервомотора регулятора давления, установленного на корпусе клапана. Штоки клапана и сервомотора напрямую связаны между собой.

Для перемещения поршня сервомотора используется силовой газ, отбираемый перед турбодетандером. Рабочий ход РДГ равен 30 мм.

Управление сервомотором РДГ производится командным узлом, который условно можно разделить на задатчик, регулятор давления и клапанный механизм. Импульсный управляющий газ из газопровода после турбодетандера подаетя на РДГ. Задатчик позволяет настраивать регулятор давления на поддержание давления газа в газопроводе после турбодетандера в диапазоне 0,1... 1,2 Мпа.

КЗ предназначен для плотного прекрытия байпасной линии при работе турбодетандера и быстрого ее открытия при внезапной остановке турбодетандера из-за срабатывания защиты или от нажатия на кнопку аварийного останова турбодетандера. При работе турбодетандера при открытом стопорном клапане КЗ будет находиться в закрытом состоянии.

КЗ состоит из корпуса, в котором установлен 2-х седельный тарельчатый клапан. На корпусе клапана установлен поршневой сервомотор. Шток сервомотора соединен с клапаном. Сервомотор КЗ не имеет обратной связи. Поэтому устойчиво может находиться в положении полного закрытия или в положении полного открытия. Для перемещений поршня сервомотора КЗ используется силовой газ. Ход КЗ между упорами равен 60 мм.

Управление КЗ производится при помощи сервоклапана КЗ, который по конструкции аналогичен описанному выше сервоклапану КС.

Система автоматизированного управления (САУ).

САУ предназначена для:

• - формирования дискретной и аналоговой информации по управлению и защите установки, контролю и регулированию технологических параметров;
• - автоматического управления и защиты установки; -определения состояния механизмов;
• - сигнализации от отклонениях технологических параметров установки.

САУ включает в себя:

• - устройство электронного управления (УЭУ) установки;
• - пульт дистанционного управления установки (ПДУ);
• - датчики вибрации.

САУ установки имеет в своем составе источник бесперебойного электроснабжения, обесбечивающий сохранение информации в УЭУ и ПДУ в течение 20 минут после отключения внешнего питания.

Устройство блоков установки.

Устройство блока детандер - генераторного (рис. 5). Блока детандер- генераторный является основным технологическим блоком, в котором утилизируется энергия перепада давления природного газа и смонтирован на раме, в которой крепятся детандер, турбогенератор гидроаккумулятор, поплавковая камера(маслоотводчик), а также вспомогательные узлы и агрегаты, обеспечивающие работу блока. Т.к. детандер устанавливается во взрывоопасном помещении, то на раме выполнена герметичная перегородка (стенка), выполненная из стального стандартного профиля, плоского стального листа и заполненная огнестойким шумопоглощающим материалом толщиной 80мм. Перегородка отделяет отсек детандера от отсека турбогенератора.

Примечания: выше рисунок 5, а не 4

Рама блока представляет собой жесткую конструкцию, проката, на которой расположены опоры крепления детандера, специальные домкратные болты и регулировочные опоры турбогенератора, а также коепятся коммуникационные трубопроводы.

В блоке детандер-генераторном размещены: ТДА с торсионным валом и зубчатыми полумуфтами, смазочно-уплотнительная система, турбогенератор, приборы КИП и А, трубопроводы и запорно-регулирующая арматура.

Внутри помещений турбодетандера и генератора должны быть предусмотрены ручные тали грузоподъемностью 3,2 т. для монтажа и демонтажа оборудования.

Устройство блока системы маслоснабжения (рис.6):

Блок системы маслоснабжения предназначен для обеспечения смазки подшипниковых узлов, подачи масла в уплотнительную систему блока детандер-генераторного, а также в маслосистему автоматики установки. Блок смонтирован на раме, к которой крепятся: емкость смазочная (маслобак), электронасосные агрегаты, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы, а также элементы и узлы, обеспечивающих хранение, очистку, деаэрацию, дегазацию рабочего масла и заполнение системы смазки, уплотнения и автоматики.

Рама- основание блока представляет собой сварную конструкцию из стандартного проката. На раме крепятся опоры и стойки для установки маслобака, электронасосных агрегатов и трубопроводов технологической обвязки блока.

Для слива пролившегося на пол масла при непредвиденных утечках настил имеет уклон в сторону дренажа стоков.

Для прокладки кабелей электрооборудования в раме предусмотрены кабельные лотки. Для транспортирования рамы предусмотрены грузоподъемные устройства.

Устройство блока маслоохладителей

Блок предназначен для охлаждения и отвода тепла от масла, подаваемого на смазку и охлаждение подшипниковых узлов детандера и турбогенератора, а также в систему уплотнения детандера. Маслоохладители с запорной арматурой смонтированы на раме, которая имеет опоры и стойки для крепления трубопроводов технологической обвязки.

Рама блока представляет собой сварную конструкцию из стандартного проката. Для транспортирования рамы предусмотрены грузоподъемные устройства.

Примечания: выше рисунок 6, а не 5

Защиты генератора.

Электрические защиты.

Генератор обеспечен следующими электрическими защитами:

• 1) продольная дифференциальная защита без выдержки времени с уставкой по току статора не более 0,6 номинального (при соединении обмоток статора в звезду);
• 2) 100% защита от замыкания на землю обмотки статора. Отключение с выдержкой времени не более 2 с;
• 3) защита от обратной мощности, действует на отключение;
• 4) защита обмотки статора от повышения напряжения. Защита срабатывает при повышении напряжения статора на 20% выше номинального и действует на отключение и гашение поля генератора с выдержкой времени не более 2 с;
• 5) защита при потере возбуждения с действием на сигнал;
• 6) защита от перегрузки по току обмотки статора;
• 7) защита от перегрузок, вызванных внешними короткими замыканиями;
• 8) защита от замыканий на землю цепи возбуждения, с действием на отключение генератора при снижении сопротивления изоляции менее 6 кОм с уставкой времени не более 6 с;
• 9) устройство контроля изоляции подшипника (предупредительная сигнализация при снижении сопротивления изоляции до величины менее 1 МОм).

Технологические защиты.

Генератор обеспечен следующими технологическими защитами:

1) Защита по вибрации подшипников.

Защита действует:

• - на предупредительный сигнал при работе с виброскоростью выше 4,5 мм/с на любой подшипниковой опоре генератора;
• - на аварийный сигнал при работе с виброскоростью выше 7,1 мм/с на любой подшипниковой опоре генератора;
• - на отключение турбоагрегата при достижении значения вибрации 11,2 мм/с на любой опоре.
• 2) Защита по температуре активных частей и охлаждающих сред генератора.

Защита действует при превышении значений максимально допустимых температур, указанных в табл. 2,3,4, 5.

3) Защита по снижению расхода охлаждающей воды в воздухоохладителях.

Защита действует:

• - на предупредительный сигнал при снижении расхода воды менее 75% от номинального;
• - на отключении генератора с выдержкой времени не более 5 мин при снижении расхода воды до 30% от номинального.
• 4) Защита от наличия воды внутри корпуса генератора.

Защита действует на предупредительный сигнал от датчика-реле уровня прибора РОС-301, установленного на дренажной трубке в нижней части корпуса генератора.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам (ДГА), и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся в транспортируемом по магистралям природном газе. Агрегат детандер-генераторный включает цилиндрический корпус с осевым входным патрубком и перпендикулярным выходным патрубком, размещенный внутри корпуса в подшипниках вал с рабочим колесом и элементами ротора генератора, а также статор. Входной патрубок расположен вдоль оси корпуса агрегата. В качестве рабочего колеса используют рабочее колесо активного типа с осевой подачей. Статор закреплен в собственном корпусе, установленном внутри корпуса агрегата так, что между указанными корпусами образован канал для прохода рабочей среды от входного патрубка к выходному. Со стороны входного патрубка последовательно за рабочим колесом к корпусу статора болтами притянута крышка одного из подшипников вала. С противоположной стороны корпуса агрегата к последнему последовательно притянуты фланцы корпуса статора и вспомогательного блока. На вспомогательном блоке закреплена кабельная коробка генератора. Внутри вспомогательного блока размещены крышка второго подшипника и электромагнитный тормоз. Изобретение позволяет упростить конструкцию и увеличить ресурс работы агрегата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам (ДГА), и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся в транспортируемом по магистралям природном газе. ДГА может быть установлен в любом месте, где происходит понижение давления газа: газораспределительные станции и газораздаточные пункты, котельные, ТЭЦ.

Известен детандер-генераторный агрегат, включающий цилиндрический корпус с входным патрубком и выходным патрубком, расположенным перпендикулярно оси корпуса, размещенный внутри корпуса в подшипниках вал, на котором установлено консольно рабочее колесо детандера и элементы ротора генератора, а также статор (см. патент RU 59783, кл. F25B 11/00, опубл. 27.12.2006). Недостатками известного агрегата являются громоздкость и быстрая изнашиваемость.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции и увеличении ресурса работы агрегата. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в агрегате детандер-генераторном, включающем цилиндрический корпус с входным патрубком и выходным патрубком, расположенным перпендикулярно оси корпуса, размещенный внутри корпуса в подшипниках вал, на котором установлено консольно рабочее колесо детандера и элементы ротора генератора, а также статор, входной патрубок расположен вдоль оси корпуса агрегата, в качестве рабочего колеса используют рабочее колесо активного типа с осевой подачей, а статор закреплен в собственном корпусе, установленном внутри корпуса агрегата так, что между указанными корпусами образован канал для прохода рабочей среды от входного патрубка к выходному, причем со стороны входного патрубка последовательно за рабочим колесом к корпусу статора болтами притянута крышка одного из подшипников вала, а с противоположной стороны корпуса агрегата к последнему последовательно притянуты фланцы корпуса статора и вспомогательного блока, на котором, в свою очередь, закреплена кабельная коробка генератора, при этом внутри вспомогательного блока размещена крышка второго подшипника и электромагнитный тормоз. При этом фланцы вспомогательного блока и кабельной коробки предпочтительно снабжены направляющими буртами, причем первый уплотненно входит во внутреннюю расточку корпуса статора, а второй - во внутреннюю расточку вспомогательного блока.

На чертеже изображено поперечное сечение предлагаемого агрегата.

Детандер-генераторный агрегат оснащен цилиндрическим корпусом 1, не имеющим опорных поверхностей, и может монтироваться на трубопроводах в местах, удобных заказчику, что позволяет значительно уменьшить занимаемые им площади. Корпус 1 имеет осевой входной патрубок 2 и выходной патрубок 3, расположенный перпендикулярно оси корпуса 1. Внутри корпуса 1 в высокоскоростных герметичных подшипниках качения размещен вал 4. На валу 4 консольно установлены рабочее колесо 8 активного типа с осевой подачей и элементы ротора генератора (позицией не обозначены). Статор 6 закреплен в собственном корпусе 7, также установленном внутри корпуса 1 агрегата. Между корпусами 1 и 7 образован канал для прохода рабочей среды от входного патрубка 2 к выходному 3. Со стороны входного патрубка 2 последовательно за рабочим колесом к корпусу статора 7 болтами притянута крышка первого подшипника 5 вала 4. С противоположной стороны к корпусу 1 последовательно притянуты фланцы корпуса статора 7 и вспомогательного блока 9. На блоке 9 закреплена кабельная коробка генератора 10, а внутри блока 9 размещены крышка второго подшипника 11 и электромагнитный тормоз 12. При этом фланцы вспомогательного блока 9 и кабельной коробки 10 снабжены направляющими буртами, причем первый уплотненно входит во внутреннюю расточку корпуса статора, а второй - во внутреннюю расточку вспомогательного блока.

Агрегат работает следующим образом.

Проходящий газ вращает колесо 8, при этом понижаются его давление и температура, то есть тепловая энергия газа преобразуется в механическую энергию вращения колеса 8. Вращающий момент посредством вала 4 передается элементам ротора генератора, в результате чего в обмотках статора 6 индуцируется ток высокой частоты. Охладившийся газ проходит по каналу между корпусами 1 и 7 к выходному патрубку. При этом статор генератора 6 охлаждается, а газ подогревается.

Вышеуказанное выполнение детандер-генератора позволяет упростить конструкцию, обеспечивая при этом увеличение срока службы за счет снижения нагрузок и автоматического охлаждения греющихся элементов. Использование рабочего колеса активного типа с осевой подачей, установленного вслед за осевым входным парубком 2, снижает осевую нагрузку на подшипники и исключает необходимость применения линий разгрузки от осевой силы (при этом нет дополнительных потерь газа, лабиринтных уплотнений и т.п.). Выполнение отдельного вспомогательного блока 9 позволяет заменить электромагнитный тормоз 12, не разбирая при этом всю конструкцию агрегата.

1. Агрегат детандер-генераторный, включающий цилиндрический корпус с входным патрубком и выходным патрубком, расположенным перпендикулярно оси корпуса, размещенный внутри корпуса в подшипниках вал, на котором установлено консольно рабочее колесо детандера и элементы ротора генератора, а также статор, отличающийся тем, что входной патрубок расположен вдоль оси корпуса агрегата, в качестве рабочего колеса используют рабочее колесо активного типа с осевой подачей, а статор закреплен в собственном корпусе, установленном внутри корпуса агрегата так, что между указанными корпусами образован канал для прохода рабочей среды от входного патрубка к выходному, причем со стороны входного патрубка последовательно за рабочим колесом к корпусу статора болтами притянута крышка одного из подшипников вала, а с противоположной стороны корпуса агрегата к последнему последовательно притянуты фланцы корпуса статора и вспомогательного блока, на котором, в свою очередь, закреплена кабельная коробка генератора, при этом внутри вспомогательного блока размещена крышка второго подшипника и электромагнитный тормоз.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что фланцы вспомогательного блока и кабельной коробки снабжены направляющими буртами, причем первый уплотненно входит во внутреннюю расточку корпуса статора, а второй - во внутреннюю расточку вспомогательного блока.

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах, работающих параллельно с сетью или синхронным генератором. .

Изобретение относится к области техники для получения холода, тепла и электричества, а поэтому может быть использовано на заводских компрессорных станциях производства сжатого воздуха и в помещениях холодильного хранения сельскохозяйственных продуктов.

Изобретение относится к области газовой промышленности и энергетики, в частности к установкам перекачки природного газа и энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления природного газа. Обратимая электротурбодетандерная установка содержит электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батарее, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа. Она снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем. Дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине, и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь. Электрическая машина выполнена в виде синхронного электродвигателя с возможностью его работы в режиме генератора электроэнергии или в режиме регулируемого электродвигателя. Техническим результатом является расширение возможностей устройства и повышение надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ включает сжатие атмосферного воздуха до давления ниже критического, предварительное охлаждение сжатого воздуха, комплексную очистку, разделение сжатого очищенного воздуха на прямые детандерный и технологический потоки, охлаждение сжатых прямых потоков холодом обратных потоков, адиабатическое расширение прямого детандерного потока воздуха, ожижение, дросселирование прямого технологического потока воздуха. При этом отслеживают температуру и давление прямого детандерного потока воздуха до и после его адиабатического расширения, которое заканчивают в области влажного пара при степени влажности не более 20% и при давлении, близком к атмосферному, отделяют жидкую фазу от влажно-парового детандерного потока воздуха и ее испаряют, охлаждая при этом до состояния недогретой жидкости сжиженный прямой технологический поток воздуха, который направляют на дросселирование и разделение на продукционные жидкие азот и кислород. Полученные продукционные жидкие азот и кислород направляют на изотермическое хранение, сжимают и газифицируют жидкий кислород, охлаждая за счет теплоты его испарения один из ранее сформированных прямых потоков сжатого очищенного воздуха. Использование изобретения обеспечивает повышение экономичности и удельной холодильной мощности компрессорно-детандерной криогенной установки. 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Турбоагрегат содержит корпус с установленным внутри него на подшипниках валом. На валу закреплено, по крайней мере, одно расширительное рабочее колесо. Подшипники выполнены несмазываемыми из полимерных композиционных материалов. В расширительном рабочем колесе и в валу выполнены каналы. Выполненные каналы сообщают проточную часть расширительного рабочего колеса с зазорами, образованными валом и подшипниками. Изобретение направлено на упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик турбоагрегата. 1 ил.

Изобретение относится к газоредуцирующему оборудованию. Пневматический детандер-генераторный агрегат включает приводной пневмодвигатель. Пневмодвигатель состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, кожуха с впускным и выпускным патрубками и размещенного внутри кожуха генератора со статором и ротором. Пневмодвигатель выполнен с двумя находящимися во внешнем зацеплении шестернями с цапфами. Одна из цапф выполнена в виде ведущего вала. Ротор и шлицевая муфта закреплены на противоположных концах ведомого вала. Ведущий и ведомый валы связаны между собой посредством шлицевой муфты. В днище кожуха выполнена проточка для опорного подшипника. Фланцевая катушка установлена между днищем кожуха и крышкой корпуса. Шлицевая муфта размещена с возможностью взаимодействия своим нижним торцом с опорным подшипником. Входной патрубок выполнен в виде V-образного тройника с центральным и двумя боковыми отводами, которые присоединены к корпусу. Во внутренней полости корпуса между боковыми отводами выполнен фигурный выступ. Плоскость симметрии выступа расположена перпендикулярно к плоскости, проходящей через оси вращения шестерен, и на равном расстоянии от указанных осей. Впускной патрубок кожуха присоединен к выходному патрубку корпуса. Оси боковых отводов V-образного тройника расположены симметрично относительно плоскости симметрии фигурного выступа. Изобретение направлено на повышение эффективности детандер-генераторного агрегата. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к детандер-генераторным агрегатам. Детандер-генераторный агрегат содержит первую ступень детандера для привода электрогенератора, вторую ступень детандера для привода компрессора, теплообменник, дроссель, испаритель, газопроводы высокого и низкого давления, первую, вторую и байпасную регулировочно-запорные электроприводные задвижки, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, блок управления, датчики температуры и давления. Компрессор соединен с выходом испарителя. Вход испарителя через дроссель соединен с выходом теплообменника. Вход теплообменника соединен с выходом компрессора. Выход первой ступени детандера через первую задвижку соединен с газопроводом низкого давления. Выход второй ступени детандера соединен с входом первой ступени детандера. Вход второй ступени детандера через вторую задвижку соединен с газопроводом высокого давления. Блок управления имеет пакет прикладных программ и выполнен с возможностью воздействия на степень открытия байпасной, первой и второй задвижек, а также с возможностью управления частотой вращения электродвигателя привода насоса. Изобретение направлено на поддержание оптимальной температуры и необходимого давления топливного газа перед горелками в зависимости от производительности котла и температуры низкопотенциального теплоносителя. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам, и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся в транспортируемом по магистралям природном газе

Полезная модель относится детандер-генераторным установкам для производства электроэнергии путем использования энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях газопроводов. Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении экономических, экологических показателей и энергоэффективности детандер-генераторной установки, а также снижение ее стоимости. Поставленная задача решается тем, что в известной детандер-генераторной установке, содержащей последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а также воздушную трубу, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа перед детандером воздухопроводом высокого давления, и воздуховодом, соединяющим выход теплообменника со входом воздушной турбины. 1 з. п, ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к детандер-генераторным установкам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС) газопроводов.

Известно устройство для использования энергии избыточного давления газа на газораспределительной станции газопровода для получения электроэнергии (Мальханов В.П. Об утилизационной турбодетандерной установке УТДУ-2500 на ГРС-7 г. Днепропетровск // Энергосбережение и водоподготовка.-2002.-№4.-с.45-47.), содержащее кинематически соединенный с электрогенератором турбодетандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до ГРС, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРС, а также подогреватели газа, установленные в линии трубопровода высокого давления перед детандером, обеспечивающие нагрев газа за счет сжигания части газа, прокачиваемого через детандер.

Недостатком этого устройства является необходимость в использовании источника энергии, в котором косвенно или непосредственно используется процесс сжигания топлива, например, природного газа. Это требует расхода природного топлива, ухудшает экологические показатели вследствие сжигания топлива, снижает экономические показатели установки вследствие издержек на сжигаемое топливо.

Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа (Агабабов B.C., Корягин А.В., Архаров Ю.М, Архарова А.Ю. Детандер-генераторная установка // Патент на полезную модель №39937. Россия. МПК: 7 F 25 В 11/02, F 01 К 27/00 по заявке №2004110563 от 08.04.2004. Опубл. 20.08.2004. Бюл. №23. Приоритет от 08.04.2004), содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого

давления до ГРП, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРП, воздушный компрессор, а также теплообменник для подогрева газа перед детандером, за счет горячего воздуха из выхлопа воздушного компрессора, и воздушную турбину, на выходе которой установлен теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом.

Недостатком этой установки является ее сложность, наличие потерь на передачу электрической энергии и механических потерь, связанных с тем, что детандер, генератор и воздушный компрессор с воздушной турбиной расположены на разных валопроводах. Кроме того, из-за многовальности установки неизбежны достаточно высокие безвозвратные потери масла в подшипниках валов.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - состоит в повышении экономических, экологических показателей и энергоэффективности детандер-генераторной установки, а также снижение ее стоимости.

Техническая задача, решается тем, что в известной установке, содержащей последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а также воздушную турбину, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник, с циркулирующим по контуру хладагентом, детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа перед детандером воздухопроводом высокого давления, и воздуховодом, соединяющим выход теплообменника со входом воздушной турбины.

Кроме того, устройство может быть снабжено механическим редуктором, установленным между детандером и воздушным компрессором.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки.

Установка содержит трубопровод высокого давления 1, установленный по ходу подачи газа в детандер, теплообменник подогрева газа 2 типа «воздух-газ», детандер 3, воздушный компрессор 4, воздушную турбину 5 и электрогенератор 6, расположенные на одном валопроводе, трубопровод низкого давления 7, соединяющий выход детандера с газопроводом за ГРС (ГРП), трубопровод подогретого газа 8, соединяющий вход детандера с теплообменником 2, горячий воздухопровод высокого давления 9, соединяющий теплообменник 2 с выходом воздушного компрессора 4, холодный воздухопровод 10, соединяющий выход теплообменника 2 со входом воздушной турбины 5, воздуховоды низкого давления 11 и 12, соединяющие соответственно вход воздушного компрессора и выхлоп воздушной турбины с атмосферой. Для использования холода, получаемого вследствие адиабатного расширения воздуха, в воздушной турбине 5 в линии воздуховода низкого давления 12 устанавливается теплообменник 13, в котором холодный воздух подогревается хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре 14, который передает получаемый от воздуха холод потребителю холода 15. Для оптимизации работы детандера 3, воздушной турбины 5 и компрессора 4 на валопроводе дополнительно может быть установлен механический редуктор 16.

Устройство работает следующим образом.

При работе детандера 3 газ с температурой Т ГО подаваемый по трубопроводу 1 к детандеру 3, подогревается до температуры Т Г >Т ГО теплообменнике 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода компрессора 4, имеющий температуру Т В >Т Г. Привод воздушного компрессора 4 осуществляется детандером 3 и воздушной турбиной 5, кинематически соединенными между собой и электрогенератором 6 единым валопроводом. Избыточная механическая суммарная мощность детандера 3 и воздушной турбины 5 преобразуется в электрогенераторе 6 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. В результате

сжатия воздуха в компрессоре 4 температура воздуха повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа, обеспечивается подогрев газа перед детандером. При этом степень сжатия воздушного компрессора 4 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе компрессора Т В была больше требуемой температуры подогрева газа Т Г, т.е. Т В >Т Г. С выхода теплообменника 2 охлажденный воздух с температурой Т В >Т ГО по воздухопроводу 10 подается на вход воздушной турбины 5, при адиабатном расширении в турбине воздух охлаждается, с выхода воздушной турбины холодный воздух по воздуховоду 12 сбрасывается в атмосферу. Установленный в линии воздуховода 12 теплообменник-утилизатор холода 13 соединяется по контуру хладагента 14 с потребителем холода 15. Вырабатываемая детандером 3 и воздушной турбиной 5 мощность используется для работы компрессора 4 и привода электрогенератора 6.

Благодаря тому, что детандер 3, воздушный компрессор 4, воздушная турбина 5 и электрогенератор 6 кинематически связаны одним валопроводом, увеличивается энергоэффективность установки за счет снижения механических потерь и потерь на передачу электроэнергии. Кроме этого, уменьшается количество подшипников, а следовательно, безвозвратных потерь масла в окружающую среду. Все это, вместе с нагревом газа горячим воздухом с выхлопа воздушного компрессора 4, при котором сжигания топливного газа не требуется, позволяет повысить экономические и экологические показатели детандер-генераторной установки.

Формула полезной модели

1. Детандер-генераторная установка, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а также воздушную турбину, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, отличающаяся тем, что детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в составе ее валопровода между детандером и воздушным компрессором установлен механический редуктор.

ДГА – устройство, в котором энергия транспортируемого прир газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в электрическую в генераторе.

Давление газа в магистрали: 5,5 ÷ 7,5 МПа

Давление газа после ДГА на станцию: 0,15 МПа

Детандер-генераторный агрегат представляет собой устройство, в ко­тором энергия потока транспортируемого природного газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в электрическую энергию в генераторе. Существует также принципиальная возможность одновременного с выработкой электроэнергии полезного использования теплоты различных температурных уровней (высокотемпературной для теплоснабжения и/или низкотемпературной для создания холодильных ус­тановок и систем кондиционирования).

детандер включается параллельно дросселирую­щему устройству, заменяя его. Снижение давления газа при использовании ДГА происходит не за счет дросселирования, а за счет его расширения в детандере.

В связи с тем что детандер-генераторная технология предлагается как альтернатива дросселированию, все изменения технико-экономических показателей, вносимые применением ДГА, необходимо рассматривать в сравнении с дросселированием.

13. Схемы включения и различные способы подогрева газа в дга на кэс.

ДГА – устройство, в котором энергия потока транспортируемого газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в эл. энергию в генераторе.

ДГА включается || дросселирующему устройству (1); 2 – теплообменник; 3 – детандер; 4 – генератор:

При расширении газа в детандере с подогревом возможны несколько вариантов организации процесса, но при любом из них в механическую энергию в детандере преобразуется внутренняя энергия газа, уровень ко­торой определяется подведенной к газу до процесса его расширения в де­тандере энергией высокого потенциала.

газ подогревается перед детандером за счет энергии высокого потенциала таким образом (линия 0 ~ 3), что энтальпия газа после детандера оказывается равной энтальпии газа после дроссели­рования. При этом вся подведенная к газу энергия, пропорциональная раз­ности энтальпий

h з - ho (см. рис. 3), преобразуется в детандере в механиче­скую энергию.

Г
аз перед детандером может быть подогрет и таким образом (линия0-4), что его энтальпия на выходе из детандера (точка 5) будет выше, чем при дросселировании. В этом случае лишь часть подведенной к газу энер­гии, пропорциональная h4-h5 будет израсходована на выработку механи­ческой энергии в детандере. Другая часть подведенной к газу энергии, за­висящая от протяженности и усдовий теплообмена в трубопроводе, по ко­торому газ после детандера транспортируется в топку, и пропорциональная разности энтальпий h5 – h0 , не будет полностью потеряна (за счет теплооб­мена с окружающей средой), а также будет полезно использована - затра­чена на увеличение физической теплоты топлива, поступающего в топку. При постоянной тепловой нагрузке топки увеличение физической теплоты топлива приведет к снижению необходимой энергии, получаемой при cжигании топлива, на величину, пропорциональную h 5- h0

Процесс расширения без подогрева газа перед детандером изобража­ется линией 0-2. После такого расширения энтальпия и температура газа после детандера будут значительно ниже, чем при дросселирова­нии. В этом случае в механическую энергию преобразуется часть внутренней энергии, уже имею­щейся у газа в трубопроводе при транспортировании. Однако после расширения энтальпия газа за счет подведенной извне энергии обяза­тельно должна будет восстано­виться до того уровня, который она имела бы после дросселирования.

Это происходит либо в трубопроводе, по которому газ транспортируется к газоиспользующему оборудованию, либо в топке за счет энергии, выделившейся при сжигании топлива (процесс 2 -1).

газ может быть частично подогрет перед детандером (процесс0 - 6 на рис. 3), частично-после него (процесс 7 -1). Существуют также схемы с подогре­вом газа перед детандером с последующим промежуточным подогревом после прохождения газом части ступеней детандера.

← Вернуться