ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к газовой промышленности, а именно, к системам электроснабжения газораспределительных станций (ГРС) для снижения давления магистрального природного газа с 5,5 МПа до 0,3÷1,2 МПа.
Известна турбодетандерная установка, содержащая турбодетандер, электрогенератор и газоводяной теплообменник для подогрева природного газа перед детандером. (А.А.Степанец. Об эффективности детандер-генераторных агрегатов в тепловой схеме ТЭЦ // Энергетик. - 4, 1999 г., с.2.) Недостатком данной установки является низкий КПД из-за наличия теплообменников и большая себестоимость.
Известна турбодетандерная установка. (патент РФ 2213915, 2003 г.), содержащая электрогенератор, турбодетандер, вихревую трубу, сепаратор и холодильную камеру. Особенность этой установки в том, что выход горячего потока газа из вихревой трубы направляется в турбодетандер для обогрева его рабочих поверхностей, а холодный поток газа поступает в сепаратор, где происходит улавливание сконденсировавшейся жидкости и твердых частиц. Недостатком данной установки является сложность конструкции вихревой трубы.
Известна турбодетандерная установка, содержащая турбодетандер, электрогенератор, линию высокого давления природного газа, газопаровый теплообменник и электропарогенератор, соединенный с противодавленческой турбиной (патент RU 2403406, 2010 г.). Недостатками установки являются узкая область применения, наличие газопарового теплообменника и электропарогенератора, что повышает себестоимость и снижает надежность установки.
Наиболее близким к заявляемой установке является турбодетандерная генераторная установка (патент РФ №2564173, 2015 г.), содержащая электрогенератор и турбодетандер с рабочим колесом. Рабочее колесо турбодетандера расположено на валу ротора электрогенератора консольно и закреплено с одного конца вала, ротор электрогенератора расположен в корпусе между подшипниками, а статор электрогенератора снабжен обмотками в сердечнике, при этом установка снабжена входным патрубком, соединенным с основным газопроводом природного газа, и выходным патрубком, соединенным с основным газопроводом подачи природного газа потребителю. Турбодетандер и электрогенератор размещены в одном корпусе, рабочее колесо турбодетандера выполнено в виде безлопаточной расширительной канальной газовой турбины и жестко закреплено на общем валу с электрогенератором, выполненным в виде трехфазного высокооборотного синхронного бесколлекторного генератора на постоянных магнитах. Однако, описанная конструкция является дорогостоящей.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции установки с целью возможности ее обслуживания и ремонта непосредственно в цехе редуцирования газа при обеспечении низкой ее стоимости при производстве.
Поставленная задача решается турбодетандерной генераторной установкой, содержащей помещенные в герметичную камеру высокого давления, в нижней части которой выполнены входной и выходной патрубки и заведены в ее полость электроды для подключения нагрузки, электрогенератор, на валу которого установлен ротор турбины, и радиальную газовую турбину, состоящую из статора кольцевой формы, внутри которого в рабочем положении располагается ротор, на лопатки которого направлены струи газа, вращающие ротор и вал электрогенератора, отличающейся тем, что камера высокого давления образована установленной на металлических опорах стальной станиной и сферической заглушкой с фланцем, стянутых между собой резьбовыми шпильками, а в качестве электрогенератора используется автомобильный бесщеточный электрогенератор постоянного тока напряжением 24 В и мощностью до 3 кВт.
Конструкция установки представлена на фиг. 1, где 1 - станина, 2 - сферическая заглушка с фланцем, 3 - резиновая прокладка, 4 - резьбовые шпильки, 5 и 6 - клеммы электрогенератора, 7 - электрогенератор, 8 - статор, 9 - ротор, 10 - фланцевый патрубок для подвода газа высокого давления, 11 - фланцевый патрубок для вывода газа низкого давления.
Электрогенератор 12 и турбина, помещены в герметичную камеру высокого давления, образованную металлической станиной 1 из стального листа толщиной 30-40 мм и сферической заглушкой с фланцем 2 диаметром 300-500 мм. Герметичность соединения станины 1 и фланца 2 обеспечивается самоуплотняющейся кольцевой резиновой прокладкой 3, установленной в пазу фланца. Фланец 2 и станина 1 стянуты резьбовыми шпильками 4. Снизу через станину в полость камеры заведены два металлических резьбовых электрода с изолирующими и герметизирующими прокладками для подключения нагрузки к клеммам электрогенератора 5 и 6.
Радиальная газовая турбина состоит из двух частей - ротора, устанавливаемого на вал электрогенератора 7, и статора кольцевой формы 8, внутри которого в рабочем положении без соприкосновения располагается ротор 9. Из статора к центру, через сменную кольцевую вставку с соплами, на лопатки ротора, направлены струи газа, вращающие ротор и вал электрогенератора. Подвод газа высокого давления к кольцевому статору турбины произведен снизу через фланцевый патрубок 10. Газ низкого давления выводится из камеры через второй патрубок с фланцевый патрубок большего размера 11.
При закреплении ротора турбины непосредственно на валу электрогенератора осевой или радиальной нагрузки на подшипники генератора не возникает, что увеличивает межремонтный период всей установки.
Станина с электрогенератором и турбиной монтируется непосредственно в цехе редуцирования газа на металлических опорах на высоте 900-1000 мм от пола для удобства обслуживания и ремонта. Расположение станины на некоторой высоте дают возможность безопасного демонтажа фланца со сферической заглушкой, вес которого составляет 100-300 кг, при помощи дополнительно установленной кран-балки.
Для питания приборов КИП и А, телемеханики, связи и других систем, имеющих питающее напряжение 24 В постоянного тока, установка напрямую подключается к буферным аккумуляторам необходимой емкости. Для питания потребителей напряжением 220 В переменного тока (освещение, приборы контроля загазованности и т.п.) используется преобразователь постоянного напряжения в переменное.
Параметры упрощенной конструкции турбины с использованием автомобильного электрогенератора обеспечивают возможность получения номинальной паспортной мощности электрогенератора на выходе и не превышают максимальной скорости вращения электрогенератора при полном отключении электрической нагрузки, при том, что автомобильный электрогенератор имеет низкую стоимость.
Технический результат заключается в удобстве обслуживания и низкой стоимости установки и позволит ее использовать либо как основной источник электроэнергии на «малых» ГРС, либо как резервный или вспомогательный источник для питания всех систем управления и контроля ГРС.