ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании электростанций малой мощности для выработки электроэнергии за счет энергии сжатого природного газа.
Известны турбодетандерные электростанции, содержащие электрогенератор с установленным на магистрали природного газа высокого давления многоступенчатым турбодетандером,- [1]. А также известны газотурбинные установки, рабочие колеса которых расположены на валу ротора электрогенератора консольно,- [2] (прототип).
Однако известные устройства в первом случае имеют на роторе значительное осевое усилие, которое снижает ресурс упорного подшипника и устройства в целом, а во втором случае рабочее колесо турбины расположено с одной стороны вала электрогенератора консольно. При этом второй конец вала не используется для размещения рабочего колеса, или колес, турбины, что уменьшает возможность срабатывания на турбине значительного перепада давлений, имеющегося при использовании в качестве рабочего тела на турбине природного газа высокого давления. Кроме того, на известных устройствах не применен в качестве смазки природный газ высокого давления, а в качестве охлаждающей среды не использован низкотемпературный природный газ после его прохождения через турбодетандерные ступени.
Задачей предлагаемого устройства является снижение осевого усилия на упорном подшипнике с целью повышения ресурса, а также использование в качестве смазки (для подшипников) и охлаждающей среды (для электрогенератора) природного газа.
Это достигается следующими нововведениями. Одно, или несколько, рабочих колес первых ступеней турбодетандера размещаются консольно на одном из концов вала электрогенератора. А одно, или несколько, рабочих колес последующих ступеней турбодетандера размещаются консольно на другом конце вала электрогенератора. Газовые потоки на лопатках рабочих колес на
упомянутых группах имеют противоположное направление. Поэтому осевые усилия вычитаются. Через вал ротора электрогенератора на упорный подшипник действует разность осевых усилий, возникающих на двух группах рабочих колес. На магистрали природного газа высокого давления предусмотрена линия отбора на смазку подшипников. А после прохождения через турбодетандер охлажденный природный газ подается в кольцевую полость между корпусом и кожухом для охлаждения электрогенератора. Подогретый от электрогенератора природный газ далее поступает в магистраль для его подачи потребителю.
Перечисленные нововведения дают следующий технический результат. Разгруженный от осевой силы упорный подшипник ротора электрогенератора имеет увеличенный ресурс, что увеличивает ресурс изделия в целом. Кроме того, использование в качестве смазки подшипников природного газа высокого давления упрощает систему смазки. А холодный природный газ после турбодетандера с одной стороны охлаждает электрогенератор, а с другой стороны подогревается сам и снимает проблему подогрева его перед направлением потребителю, так как имеются известные ограничения по температуре природного газа, подаваемого потребителю.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где изображен продольный разрез турбодетандерной электростанции.
Турбодетандерная электростанция содержит электрогенератор 1 с корпусом 2 и ротором 3 и двухступенчатый турбодетандер с рабочими колесами 4 и 5, расположенными консольно на валу ротора 3 электрогенератора 1. Стрелками ВХОД и ВЫХОД обозначены соответственно места входа природного газа на турбодетандерную электростанцию и выхода его в магистраль для подачи потребителю.
На корпусе 2 имеется штуцер 6 для подачи природного газа высокого давления на газостатическую опору 7 ротора 3 электрогенератора 1. Такой же штуцер имеется для подвода природного газа на газостатическую опору 8.
Кривой стрелкой на чертеже обозначено направление движения природного газа из рабочего колеса 5 турбодетандера в кольцевую полость 9 между корпусом 2 и кожухом 10 и далее в выхлопной патрубок 11.
В работе природный газ подается через патрубки 12 и 13, кольцевую полость 14 и сопловой аппарат 15 на рабочее колесо 4 турбодетандера. После рабочего колеса 4 природный газ поступает в кольцевую полость 16 и далее по трубам 17 и 18 в кольцевую полость 19. Из кольцевой полости 19 через сопловой аппарат 20
природный газ поступает на рабочее колесо 5 турбодетандера. Из рабочего колеса 5 он подается в кольцевую полость 9 и далее в выхлопной патрубок 11. Проходя через рабочие колеса 4 и 5, природный газ преобразует энергию давления в механическую энергию вращения ротора 3 электрогенератора 1. При этом температура природного газа снижается. Холодный газ при прохождении кольцевой полости 9 охлаждает электрогенератор 1 и подогревается сам. Штуцер 6 соединен с магистралью природного газа высокого давления. Газ через штуцер 6 и другой такой же штуцер подается для смазки газостатических опор 7 и 8. После прохождения газостатических опор 7 и 8 природный газ попадает во внутреннюю полость 21 электрогенератора 1, охлаждает электрогенератор и далее через отверстия 22 выходит в кольцевую полость 9 и в выхлопной патрубок 11.