ТУРБОНАГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА

Полезная модель относится к преобразователям энергии перепада давления в теплоту и может найти применение на газораспределительных станциях (ГРС) при репродуцировании природного газа перед подачей его на регуляторы давления.
Известны преобразователи энергии перепада давления потока газа в теплоту, используемые для нагрева газа перед регуляторами давления на ГРС (авт. св. СССР N 409205, кл; G05D 16/06, опубл. 30.11.1973; авт. св. СССР N 441552, кл. G05D 16/10, опубл. 30.08.1974; авт. св. СССР N 750444, кл. G05D 16/06, опубл. 23.07.1980), представляющие вихревые трубы различной конструкции.
Недостатком преобразователей является то, что вихревые трубы обладают невысокой эффективностью преобразования энергии перепада давления в теплоту и не позволяют даже восстановить температуру нагреваемого газа до начальной температуры (перед вихревой трубой). Указанный недостаток снижает надежность работы регуляторов давления газа, скомпонованных с вихревыми трубами, из-за обмерзания регулирующих клапанов.
Известны также аэродинамические нагреватели, (авт. св. СССР N 487290, кл. F27D 7/00, опубл. 05.10.1975; авт. св. СССР N 533649, кл. C21D 9/00; F27D 7/00, опубл. 30.10.1976; авт. св. СССР N 1224512, кл. F24Η 3/02, опубл. 15.04.1986), в которых подвод теплоты к нагреваемому потоку газообразной среды (воздуха) осуществляется путем аэродинамического торможения о поток рециркулирующего газа (воздуха) ротора, приводимого во вращение электродвигателем.
Недостатком указанных нагревателей является необходимость во внешнем приводе, что резко снижает их энергетическую эффективность и затрудняет их использование на ГРС. Кроме того, указанные конструкции обладают сложным и ненадежным механизмом регулирования температуры нагреваемой среды, не обеспечивающим достаточную герметичность корпуса.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является турбонагреватель газа по патенту РФ №2044965, кл. F25B 11/00; F24H 3/02, опубл. 27.09.1995.
Этот турбонагреватель газа состоит из турбины и преобразователя энергии вращения турбины в тепловую энергию, которые размещены на одном валу и расположены в одном корпусе. Преобразователь энергии вращения в теплоту выполнен в виде ротора аэродинамического нагрева с двусторонним подводом газа к его лопаткам, закрепленным на сплошном разделительном диске, проточная часть корпуса между турбиной и ротором выполнена в виде диффузора, соосно с ротором в корпусе расположен выходной патрубок нагреваемого газа, проходное сечение которого перекрывается регулирующим клапаном с центробежным регулятором температуры, расположенным на валу ротора, причем возвратная пружина центробежного регулятора выполнена таким образом, что ее упругость обратно пропорциональна температуре нагреваемого газа.
Недостатком этого турбонагревателя является недостаточная эффективность преобразования энергии и недостаточная надежность регулирования температуры газа.
Задачей полезной модели является повышение эффективности преобразования энергии редуцируемого газа в теплоту и повышение надежности регулирования температуры газа.
Для решения этой задачи в предлагаемом турбонагревателе газа, состоящем из турбины и преобразователя энергии вращения турбины в тепловую энергию, размещенных на одном валу и расположенных в одном корпусе, преобразователь энергии размещен в отдельной камере корпуса, не соединенной напрямую с камерой турбины, а для создания отдельного циркуляционного нагревательного контура имеет систему клапанов для регулирования температуры рабочего тела в нагревательном контуре и регулирования температуры преобразователя энергии.
Такое решение позволяет повысить эффективность преобразования энергии и повысить надежность регулирования температуры газа.
На фиг.1 прилагаемых чертежей показан турбонагреватель газа, продольный разрез по оси аппарата;
на фиг.2 - продольный разрез по оси аппарата в плоскости перпендикулярной первой.
Турбонагреватель газа состоит из корпуса 1 с крышками 2 и фланцами 3, в которых выполнены впускные каналы 4 и 5, и фланцами 6, в которых выполнены выпускные каналы 7 и 8. На валу 9 корпуса установлены рабочее колесо компрессора 10 и рабочее колесо турбины 11. Для подачи рабочего тела от камеры компрессора 12 к колесу турбины 11 имеется канал 13, а для подачи рабочего тела из камеры турбины 14 к колесу компрессора - канал 15. Сопловой аппарат турбины 16 служит для расширения рабочего тела и изменения направления его вектора движения. Для регулирования температуры рабочего тела в камере компрессора используются клапаны 17 и 18.
Устройство работает следующим образом.
При вращении вала 9 рабочее тело (РТ) подается через впускной канал 4 в камеру турбины 14, проходит через сопловый аппарат 16, где происходит расширение и ускорение рабочего тела ввиду наличия разницы давлений между камерой турбины 14 и выпускным каналом 7. Далее рабочее тело попадает на рабочее колесо турбины 11, приводя его во вращение, и выходит через выпускной канал 7.
В случае компрессора, рабочее тело через впускной канал 5 подается на рабочее колесо компрессора 10, где производится подвод энергии к рабочему телу. Далее РТ попадает в камеру компрессора 12 и выходит через выпускной канал 8 в трубопровод, который снова возвращает его к впускному каналу 5.
По мере подвода энергии к РТ посредством колеса компрессора 10, температура РТ растет. Для регулирования температуры РТ и колеса компрессора используются каналы 13, 15 и клапаны 17, 18. Для регулирования температуры РТ клапаны 17 и 18 открываются. В результате ненагретое РТ из области высокого давления камеры турбины 14 поступает в зону низкого давления колеса компрессора 10 и охлаждает его, подмешиваясь к основному потоку РТ компрессора. А нагретое РТ из области высокого давления камеры компрессора 12 поступает в область низкого давления колеса турбины 11 и также подмешивается к основному потоку РТ турбины.