УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ МАГИСТРАЛИ
DEVICE FOR PRESSURE REGULATION IN GAS LINE

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электрической энергии.
Известно устройство турбодетандера для выработки электроэнергии, где регулирование подачи газа к турбодетандеру и поддержание давления осуществляется при помощи регулирующих вентилей (Патент RU 1822237 С, кл. F25В 11/00, опубл. 19.06.1995).
Недостаток устройства состоит в низкой надежности работы турбодетандера и отсутствие коррекции потока подаваемого газа высокого давления в зависимости от изменения электрической нагрузки сети.
Известна газораспределительная станция с выработкой электроэнергии, содержащая турбодетандеры, каждый из которых включает турбину и расположенный на ее валу электрогенератор и по меньшей мере один нагреватель газа, связанный с входом турбины по меньшей мере одного из турбодетандеров, а выход одного из турбодетандеров соединен с потребительским газопроводом конечного давления (Патент RU 2221192 C2, кл. F17D 1/04, F25В 11/00, опубл. 10.01.2004).
Данное устройство не обеспечивает высокой надежности работы турбодетандера и точности поддержания давления газа в магистрали низкого давления при существенных изменениях диапазонов нагрузки в электрической сети.
Известна система регулирования турбодетандера, установленная на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащая стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии, регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером и байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления (Патент RU 2110022 C1, кл. F25В 49/02, опубл. 27.04.1998).
Данное устройство не обеспечивает постоянные параметры режима работы турбодетандера и коррекцию величины потока подаваемого газа высокого давления в зависимости от изменения нагрузки в электрической сети, что снижает точность поддержания давления газа в магистрали низкого давления и надежность работы турбодетандера в условиях возможных существенных изменений диапазонов электрических нагрузок.
Наиболее близким является устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенной с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором (Патент RU 2223533 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 10.02.2004).
Известное устройство не обеспечивает постоянные параметры режима работы турбодетандера и плавное изменение величины потока газа, проходящего через турбодетандер при перепадах нагрузки в электрической сети, что снижает надежность работы устройства в целом.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении надежности работы устройства посредством обеспечения постоянных параметров режима работы турбодетандера и плавного изменения величины потока газа, проходящего через турбодетандер при существенных перепадах нагрузки в электрической сети.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенной с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, дополнительно введены датчик нагрузки внешней электросети, соединенный с выходом регулируемого по частоте инвертора, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра с силовыми ключами, управляемыми через контроллер, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель, датчик нагрузки нагревательных элементов, регулируемый силовой усилитель, силовые ключи и нагревательные элементы, сумматор, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с датчиком нагрузки внешней электросети, а второй - через второй масштабирующий усилитель с датчиком нагрузки нагревательных элементов, блок сравнения, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы турбодетандера, а второй - с выходом сумматора, выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого силового усилителя, вход дополнительного выпрямителя соединен с выходом электрического генератора переменного тока.
На фигуре представлена структура устройства для регулирования давления в газовой магистрали.
Устройство содержит газораспределительное устройство 1, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2, управляемыми через контроллер 3 от датчика давления 4 магистрали низкого давления, соединенной с турбодетандером 5, нагруженным электрическим генератором 6 переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем 7 и регулируемым по частоте инвертором 8, датчик нагрузки внешней электросети 9, подсоединенный к выходу регулируемого по частоте инвертора 8, нагревательные элементы 10, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, с силовыми ключами 11, управляемыми через контроллер 3, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель 12, датчик нагрузки нагревательных элементов 13, регулируемый силовой усилитель 14 и силовые ключи 11 нагревательных элементов 10, сумматор 15, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель 16 соединен с датчиком нагрузки внешней электросети 9, а второй - через второй масштабирующий усилитель 17 с датчиком нагрузки нагревательных элементов 13, блок сравнения 18, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы 19 турбодетандера 5, а второй - с выходом сумматора 15.
Устройство для регулирования давления в газовой магистрали работает следующим образом.
Газ магистрали высокого давления через набор труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2 газораспределительного устройства 1 поступает в турбодетандер 5 и приводит во вращательное движение электрический генератор 6 переменного тока. Вырабатываемое переменное напряжение выпрямляется на выпрямителе 7 и преобразуется в напряжение промышленной частоты с помощью инвертора 8. Датчик нагрузки внешней электросети 9 вырабатывает напряжение, пропорциональное значению текущей нагрузки внешне электросети.
Поддержание требуемого давления газа при возможных изменениях расхода в магистрали низкого давления датчик давления 4 магистрали низкого давления вырабатывает пропорциональное напряжение, которое обрабатывается контроллером 3 и вырабатываются управляющие воздействия, регулирующие поток газа по отдельным трубам из набора труб с установленными на них запорными устройствами 2. Подогрев газа по каждой трубе производится нагревательными элементами 10.
При стабильной нагрузки внешней электрической сети и постоянном расходе газа вырабатываемая электроэнергия распределяется во внешнюю электросеть и на нагревательные элементы 10 подогрева газа через дополнительный выпрямитель 12, датчик нагрузки нагревательных элементов 13 и регулируемый силовой усилитель 14 в определенной пропорции, задаваемой задатчиком номинального режима работы 19 турбодетандера 5. Напряжение задатчика номинального режима работы 19 турбодетандера 5 на блоке сравнения 18 уравновешивается напряжением сумматора 15, который суммирует нагрузку внешней электросети и нагревательных элементов 10 посредством первого масштабирующего усилителя 16, соединенного с датчиком нагрузки внешней электросети 9 и второго масштабирующего усилителя 17, соединенного с датчиком нагрузки нагревательных элементов 13. В результате турбодетандер 5 работает в номинальном режиме.
В случае снижения нагрузки во внешней электрической сети параметры режима работы турбодетандера 5, и в первую очередь скорость вращения, существенно возрастает, что снижает надежность его работы. Возникает рассогласование между напряжением задатчика номинального режима работы 19 турбодетандера 5 и напряжением сумматора 15 на блоке сравнения 18 за счет снижения нагрузки внешней электросети, формируемой первым масштабирующим усилителем 16, соединенным с датчиком нагрузки внешней электросети 9. Сигнал рассогласования с блока сравнения 18 поступает на регулируемый силовой усилитель 14, который высвободившийся избыток электрической энергии направляет на нагревательные элементы 10. В результате снижение нагрузки во внешней электрической сети компенсируется увеличением нагрузки на нагревателях 10 и параметры режима работы турбодетандера 5 не изменяются и турбодетандер 5 работает в номинальном режиме.
В случае возрастания нагрузки во внешней электрической сети происходят обратные процессы, в результате колебания нагрузки во внешней электрической сети компенсируется изменениями нагрузки на нагревателях 10 и турбодетандер 5 работает в номинальном режиме.
Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы устройства посредством обеспечения постоянных параметров режима работы турбодетандера и плавного изменения величины потока газа, проходящего через турбодетандер при существенных перепадах нагрузки в электрической сети.