ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при построении турбодетандерных электростанций и других установок электроэнергетики.
Турбодетандерные электростанции не требуют расхода энергоносителей и являются идеально экологически чистыми энергоустановками, так как используют перепад давления в газопроводах на газоредуцирующих пунктах.
Создание малогабаритных высокооборотных электрических машин с ротором на постоянных магнитах позволило разработать установки без вывода вращающего вала из газовой среды (Патент РФ №64284 от 26.03.07 г.).
В зарубежных образцах высокооборотных турбодетандерных установках применяются управляемые электромагнитные опоры, что резко повышает стоимость установки. Попытка упростить и удешевить установку за счет разгрузки опорных узлов изложена в заявке №2009115425 от 23.04.09 г.
Несмотря на разгрузку опор, возникают серьезные трудности по обеспечению динамической устойчивости особенно при повышении мощности установки. Попытки выполнения опорных узлов на неуправляемых постоянных магнитах не удаются из-за их неустойчивости.
Предлагаемая турбодетандерная установка позволяет реализовать те же мощности, что на управляемой магнитной подвеске, а комбинированное использование простейших видов опорных узлов резко сокращает стоимость установки и повышает ее надежность.
Эти проблемы решаются за счет того, что в установке с герметичными электрическими выводами и корпусом последовательно присоединяемым в газопроводящую трубу, которая подключается параллельно с газоредуцирующим пунктом, вход газа осуществляется через два симметричных входа с направляющими устройствами жестко соединенными с корпусом и далее газ поступает на две турбины, представляющие взаимное зеркальное отображение и закрепленные на общем валу с ротором электрического генератора, причем вал связан с корпусом установки через радиальные газодинамические подшипники, а каждая турбина и каждое направляющее устройство снабжены постоянными магнитами, закрепленными так, что магнитные потоки каждой пары турбина - направляющее устройство направлены встречно.
Устройство предлагаемой турбодетандерной установки представлено на фиг.1, где обозначено:
1 - корпус турбодетандерной установки;
2 - направляющие устройства;
3 - турбины-зеркальные отображения друг друга;
4 - генератор, с ротором закрепленным на едином валу с турбинами;
5 - газодинамические лепестковые подшипники, внешняя обойма которых связана с корпусом;
6 - гермовывод силовых клемм генератора;
7-8 и 9-10 - пары на постоянных магнитах, закрепленных в направляющих устройствах и турбинах.
Работает установка следующим образом.
При подключении газоотвода с подключенной к нему турбодетандерной установкой параллельно с газоредуцирующим пунктом, на входы установки по фиг.1 поступает газ с повышенным давлением, а на выход установки с пониженным давлением.
Под действием разности давлений, через корпус 1 установки начинает протекать газ, который через направляющие устройства 2 поступает на турбины 3 каждая из которых представляет взаимное зеркальное отображение. Через узел крепления газодинамических подшипников 5 газ обтекая генератор 4 поступает на выход установки и далее, сливаясь с газом на выходе газоредупирующего пункта поступает к потребителям. Проходя через газорасширительные турбины 3, газ создает крутящий однонаправленный момент и встречные осевые усилия, которые при полной симметрии компенсируются.
Однонаправленный крутящий момент вращает вал и жестко закрепленный на нем ротор генератора. Вырабатываемая при этом электроэнергия через герметичности выводы 6 в корпусе 1 поступает непосредственно или через преобразовательные устройства к потребителю.
При достижении определенных оборотов, лепестки газодинамических подшипников 5 расходятся и под действием аэродинамических сил обеспечивается радиальная устойчивость вала на газовой «подушке».
Радиальные усилия создаются только дисбалансом вращающего узла, который можно уменьшить балансировкой. Вертикальные усилия складываются из веса вращающегося узла и динамического дисбаланса осевых усилий турбин. Вертикальные усилия парируются встречными усилиями магнитных пар 7-8 и 9-10, без взаимного касания вращающихся и неподвижных узлов.
Расчеты и эксперименты показывают, что если в известной установке на газодинамических опорах максимальная масса вращающегося узла лежит в пределах 15÷20 кг, то в предложенной установке максимальная масса достигает 150÷200 кг. По сравнению с известными турбодетандерными установками на управляемой магнитной подвеске, стоимость предлагаемой установки в 1,5÷2 раза меньше, а надежность выше.
Составитель описания: Н.Н.Лаптев
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Патент RU 64284 U1.F01D 15/10
2. Заявка №2009115425, 23.04.09 г.