ВИХРЕВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ
VORTEX POWER PLANT OF GAS COMPRESSOR UNIT OF COMPRESSOR STATION

Изобретение относится к энергетическим установкам, а более конкретно к вихревым энергетическим установкам газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов.
На компрессорных станциях магистральных газопроводов для охлаждения газа, сжатого нагнетателями ГПА, используются аппараты воздушного охлаждения (АВО), состоящие из теплообменного блока, вентилятора с приводом и системы водяного орошения (Справочник по проектированию магистральных газопроводов. / Под ред. А.Д. Дерцакяна. - Л.: Недра, 1977, с.285).
Известна вихревая ветроустановка (авторское свидетельство СССР №1657723 «Ветродвигатель «Внип-2», приоритет 06.03.1989, МПК: F03D 3/04), в которой поток атмосферного воздуха закручивается и ускоряется с помощью профилированных входных каналов, образованных спиралеобразными направляющими перегородками. При этом кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в энергию вихря, которая затем преобразуется ветроколесом в механическую, а затем в электрическую энергию. Для повышения эффективности ветроустановки воздушный поток преобразуется с помощью криволинейных направляющих в вихреобразные закрученные потоки (патент RU №2002981 «Способ формирования закрученных потоков», приоритет 27.03.1992, МПК: F15D 1/00).
Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения является вихревая ветроустановка (патент RU №2093702 «Вихревая ветроустановка», приоритет 22.01.1996, МПК: F03D 3/04), содержащая вытяжное устройство, корпус, направляющий аппарат, выполненный в виде коаксиально установленных в корпусе усеченных гиперболоидов вращения, с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по спирали, и ветроколесо с жесткими профилированными лопастями и установленное над вытяжным цилиндрическим каналом, в основании нижнего направляющего аппарата выполнен вертикальный осесимметричный канал эжекции дополнительного потока воздуха, в котором установлена турбина - преобразователь энергии с электрогенератором. В основании нижнего направляющего аппарата выполнены осесимметричные отверстия для использования восходящих тепловых потоков.
Недостатком описанной вихревой ветроустановки, принятой за прототип изобретения, является то, что она предназначена только для генерации электрической мощности, с использованием кинетической энергии закрученного потока атмосферного воздуха, но не может быть применена для выработки электроэнергии с использованием кинетической энергии потока выхлопных газов газотурбинной установки ГПА и ветрового потока атмосферного воздуха, кроме того, в ней не предусмотрено охлаждение природного газа, нагретого в нагнетателе ГПА.
Известен также воздуховод башенной испарительной градирни, в котором ветронаправляющие щиты имеют шероховатую поверхность, омываемую эжектируемым потоком наружного воздуха. Он турбулизируется, взаимодействуя с шероховатой поверхностью, что приводит к интенсификации процесса охлаждения в градирне (патент RU №2196947 «Воздуховод башенной испарительной градирни с турбулизацией вихревого потока», приоритет 22.03.2001, МПК: F28C 1/00)
Технической задачей изобретения является увеличение электрической мощности за счет использования кинетической энергии потоков выхлопных газов газотурбинной установки ГПА, а также ветрового потока атмосферного воздуха, с охлаждением горячего газа, вышедшего из нагнетателя ГПА.
Поставленная задача решается тем, что комбинированная вихревая энергетическая газоохлаждающая установка содержит вытяжное устройство, корпус гиперболической формы, направляющий аппарат входящего воздушного потока, выполненный в виде коаксиально установленных в корпусе усеченных гиперболоидов вращения, с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по спирали, и ветроколесо, связанное валом с электрогенератором, причем ее корпус установлен над выхлопной трубой газоперекачивающего агрегата, вдоль центральной оси корпуса, по ходу газовоздушного потока, установлены: электрогенератор, осевой направляющий аппарат и одноступенчатая осевая турбина; разделяющие вертикальные перегородки выполнены турбулизирующими, состоящими из трубок газоохладителя, соединенных между собой металлическими полосами, верхние концы трубок газоохладителя присоединены к трубопроводу подвода горячего газа нагнетателя ГПА, а их нижние концы подключены к отводящему трубопроводу охлажденного газа, верхняя часть корпуса соединена через подшипник с самоустанавливающейся по направлению воздушного потока трубой Вентури, снабженной направляющим устройством.
На фиг.1 изображена схема комбинированной вихревой газоохлаждающе-энергетической установки, где 1 - выхлопной газоход газотурбинной установки, 2 - трубопровод отвода охлажденного газа; 3 - сборный трубопровод охлажденного газа; 4 - турбулизирующие разделяющие вертикальные перегородки, 5 - раздающий трубопровод горячего газа; 6 - корпус гиперболической формы; 7 - трубопровод горячего газа; 8 - электрогенератор; 9 - осевой направляющий аппарат; 10 - осевая турбина, 11 - подшипник, 12 - труба Вентури, 13 - направляющий аппарат.
На фиг.2 изображен поперечный разрез по А-А нижней части гиперболического корпуса 6.
На фиг.3 изображено сечение разделяющей вертикальной перегородки 4, 14 - трубы газоохладителя, 15 - металлические соединительные полосы.
Комбинированная вихревая энергетическая газоохлаждающая установка работает следующим образом. Выхлопные газы газовой турбины ГПА с температурой 400-450°C поступают из выхлопного газохода 1 в нижнюю осевую часть гиперболического корпуса 6. Из-за высокой температуры их плотность меньше плотности атмосферного воздуха, и в нижней части корпуса 6 вследствие самотяги горячего газового потока возникает разрежение. Его величина возрастает за счет закрутки потока атмосферного воздуха, входящего в корпус 6 по тангенциальным каналам, с вертикальными турбулизирующими разделительными перегородками 4, образованными трубами газоохладителя 14, с металлическими соединительными полосами 15. Входящий в корпус 6 поток атмосферного воздуха ускоряется за счет его тороидальной закрутки и разности атмосферного давления и разрежения в корпусе 6 и, обтекая вертикальные турбулизирующие разделительные перегородки 4, дополнительно турбулизируется, и при этом, за счет значительной разности температур горячего газа в трубках газоохладителя 14 и атмосферного воздуха, эффективно охлаждает горячий газ, подаваемый в трубки 14 газоохладителя из подводящего трубопровода горячего газа 7 через раздающий трубопровод горячего газа 5. Газ, охлажденный в трубках 14 газоохладителя, отводится из них по сборному трубопроводу охлажденного газа 3 в трубопровод отвода охлажденного газа 2.
Закрученная в гиперболическом корпусе 6 смесь выхлопных газов и воздуха поступает в осевой направляющий аппарат 9 и направляется под требуемым углом на лопатки одноступенчатой осевой турбины 10, приводя во вращение ротор электрогенератора 8. При изменении направления потока ветра направляющий аппарат 13 обеспечивает ориентацию по направлению ветра (с помощью подшипника 11) аэродинамического ускорителя ветрового потока - трубу Вентури 12 относительно неподвижного гиперболического корпуса 6. Ускоряясь, ветровой поток создает разрежение в узком сечении трубы Вентури 12, за счет чего увеличиваются полезная работа осевой одноступенчатой турбины 10 и мощность генерируемая электрогенератором 8.
В узком сечении трубы Вентури 12 происходит смешение входящего в нее через входное торцевое сечение ветрового воздушного потока и газовоздушного потока, поступающего в узкое сечение трубы Вентури 9 из верхней части гиперболического корпуса 6. Объединенный газовоздушный поток через выходной торец трубы Вентури 12 сбрасывается в атмосферу.
Применение на ГПА компрессорных станций магистральных газопроводов комбинированных вихревых энергетических - газоохлаждающих установок позволяет:
- без дополнительного увеличения расхода топлива ГПА генерировать в предлагаемой установке до 200 кВт электрической мощности. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться для обеспечения собственных нужд компрессорных станций;
- эффективно использовать в установке для выработки электроэнергии кинетическую энергию ветрового потока;
- производить охлаждение сжатого газа, нагретого в нагнетателях ГПА,
- эффективно использовать в установке для выработки электроэнергии кинетическую энергию ветрового потока;
- за счет выполнения вертикальных разделительных перегородок, турбулизирующих входящий в гиперболический корпус воздушный поток и состоящих из трубок газоохладителя с металлическими соединительными полосами, можно увеличить интенсификацию теплообмена в газоохладителе;
- за счет применения аэродинамического ускорителя - трубы Вентури, самоустанавливающейся по направлению ветрового потока с помощью направляющего аппарата, можно увеличить разрежение в верхней части гиперболического корпуса, расход и скорость подсасываемого атмосферного воздуха и электрическую мощность установки.