ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО С ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к детандер-генераторным устройствам, а именно к детандерным устройствам для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях газопроводов.
Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа, содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до газорегуляторного пункта, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за газорегуляторным пунктом, 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 (Патент на полезную модель RU №39937, кл. F25B 11/02, опубл. 20.08.2004).
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, и низкая надежность в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.
Известно детандер-генераторнае устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушная турбина, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, соединенным со входом воздушной турбины (Патент на полезную модель RU №49199, кл. F25B 11/02, опубл. 10.11.2005).
Недостаток устройства состоит в низкой надежности работы детандер-генераторной установки в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.
Известно детандер-генераторное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления, регулирующий клапан с первой заслонкой и охлаждающий дефлектор электрогенератора, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор с рычагом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления через теплообменник подогрева газа соединен со входом воздушной турбины, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом соединен с воздухопроводом низкого давления (Патент на полезную модель RU №159533, кл. F25B 11/02, опубл. 10.02.2016).
Недостаток устройства состоит в невысокой надежности работы детандер-генераторной установки в виду повышения температуры электрогенератора и проявления возможности выхода его из строя при больших внешних нагрузках и зависимости температуры от электрической нагрузки во внешней сети.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении надежности работы детандер-генераторного устройства посредством компенсации повышения температуры электрогенератора при больших нагрузках во внешней электрической сети путем подачи охлажденного воздуха и от воздушной турбины и расширения диапазона стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях внешней нагрузки.
Техническая задача, решается тем, что в известное детандер-генераторное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления, регулирующий клапан с первой заслонкой и охлаждающий дефлектор электрогенератора, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор с рычагом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления через теплообменник подогрева газа соединен со входом воздушной турбины, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом соединен с воздухопроводом низкого давления, дополнительно введен второй воздухопровод низкого давления, вход которого соединен с выходом воздушной турбины, а выход соединен со вторым входом регулирующего клапана, в регулирующий клапан установлена вторая заслонка второго входа регулирующего клапана, причем первая и вторая заслонки соединены регулирующей тягой.
На чертеже изображена схема предлагаемого детандер-генераторного устройства с температурной коррекцией электрогенератора.
Устройство содержит последовательно соединенные трубопровод высокого давления 1, теплообменник подогрева газа 2, детандер 3, трубопровод низкого давления 4, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор 5, детандер 3, воздушный компрессор 6 и воздушную турбину 7, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления 9, регулирующий клапан 10 с первой заслонкой 11 и охлаждающий дефлектор электрогенератора 12, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор 13 с рычагом 14, вход воздушного компрессора 6 соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления 15 через теплообменник подогрева газа 2 соединен со входом воздушной турбины 7, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 соединен с воздухопроводом низкого давления 9, второй воздухопровод низкого давления 16, вход которого соединен с выходом воздушной турбины 7, а выход соединен со вторым входом регулирующего клапана 10, в регулирующий клапан установлена вторая заслонка 17 второго входа регулирующего клапана 10, причем первая 11 и вторая 17 заслонки соединены регулирующей тягой 18. Теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 через замкнутый контур 19 связан с потребителем холода 20.
Устройство работает следующим образом. Газ, подаваемый по трубопроводу высокого давления 1 к детандеру 3, подогревается в теплообменнике подогрева газа 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода воздушного компрессора 6. Привод воздушного компрессора 6 и воздушной турбиной 7 осуществляется детандером 3 единым валопроводом с электрогенератором 5. Механическая мощность детандера 3 и воздушной турбины 7 преобразуется в электрогенераторе 5 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. При работе воздушного компрессора 6 при сжатии воздуха его температура повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа 2, обеспечивается подогрев газа перед детандером 3. При этом степень сжатия воздушного компрессора 6 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе воздушного компрессора 6 была больше требуемой температуры подогрева газа. С выхода теплообменника подогрева газа 2 воздух подается на вход воздушной турбины 7. При адиабатном расширении в воздушной турбине 7 воздух охлаждается и подается на теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 и через первый воздухопровод низкого давления 9 на регулирующий клапан 10. Потребитель холода 20 через замкнутый контур 19 соединяется с теплообменником с циркулирующим по контуру хладагентом 8.
Первая заслонка 11 регулирующего клапана 10 под действием рычага 14 приводится в движение посредством закрепленного на корпусе электрогенератора 5 биметаллического регулятора 13. При нагреве корпуса электрогенератора 5 с превышением допустимого значения биметаллический регулятор 13 через рычаг 14 воздействует на первую заслонку 11, в результате чего регулирующий клапан 10 увеличивает объем подаваемого воздуха на электрогенератор 5 через охлаждающий дефлектор 12 и температура электрогенератора 5 снижается.
При больших нагрузках во внешней электрической сети первая заслонка 11 принимает предельное положение, и процесс стабилизации поддержания температуры электрогенератора 7 продолжает поддерживаться открытием через регулирующую тягу 18 второй заслонки 17, которая подает холодный воздух для охлаждения электрогенератора 5 по второму воздухопроводу низкого давления 16 непосредственно с воздушной турбины 7, чем достигается расширение диапазона стабилизации температуры электрогенератора при значительных колебаниях внешней нагрузки.
При излишнем снижении температуры электрогенератора 5 биметаллический регулятор 13 и рычаг 14 воздействуют через регулирующую тягу 18 на вторую заслонку 17 и непосредственно на первую заслонку 11 в обратную сторону, в результате чего регулирующий клапан 10 уменьшает объем подаваемого холодного воздуха, и температура электрогенератора 5 повышается за счет протекающих токов нагрузки. Этим обеспечивается стабилизация температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети.
Таким образом, надежность работы детандер-генераторного устройства с температурной коррекцией электрогенератора повышается посредством компенсации повышения температуры электрогенератора при больших нагрузках во внешней электрической сети путем подачи охлажденного воздуха и от воздушной турбины и расширения диапазона стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях внешней нагрузки.