ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА С ВОЗДУШНЫМ АККУМУЛЯТОРОМ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области энергетики, конкретно - к устройству газотурбинных электрических установок с аккумулятором энергии.
Известна электрогенерирующая установка с воздушным аккумулятором энергии, включающая генератор электрического тока, приводную газовую турбину и источник сжатого воздуха для ее питания, расходные воздушные магистрали, механические и электронные средства управления: см. патентную заявку WO 00/74203 А1.
Эта известная электрогенерирующая установка с воздушным аккумулятором энергии является прототипом предлагаемой полезной модели. Ввиду громоздкой функциональной схемы и конструктивной сложности установка-прототип требует больших затрат на эксплуатационное обслуживание. Полезная модель решает техническую задачу удешевления эксплуатационного обслуживания электрогенерирующей установки с воздушным аккумулятором энергии, необходимого для гарантирования постоянной готовности и надежного функционирования установки.
Поставленная техническая задача решается тем, что в электрогенерирующей установке с воздушным аккумулятором энергии, включающей генератор электрического тока, приводную газовую турбину и источник сжатого воздуха для ее питания, расходные воздушные магистрали, механические и электронные средства управления, - согласно полезной модели, - сжатый воздух запасен в баллонах, сгруппированных в последовательно включаемые батареи, которые выполнены съемными для возможности их замены и обновления запаса воздуха; предусмотрена перекрываемая байпасная пусковая магистраль для возможности быстрого разгона турбины до рабочей частоты вращения; для обеспечения необходимого рабочего режима установки предусмотрены настраиваемый редуктор давления и регулятор расхода воздуха через турбину.
В частных случаях осуществления полезной модели:
- генератор электрического тока соединен с приводной газовой турбиной через механический редуктор;
- предусмотрена возможность перенастройки редуктора давления и регулятора расхода воздуха через турбину на другой рабочий режим в процессе работы установки;
- предусмотрена возможность питания турбины по байпасной пусковой магистрали в конце работы установки.
При осуществлении полезной модели ожидается технический результат, совпадающий с существом решаемой задачи.
Существо полезной модели иллюстрирует фигура, на которой представлена схематично предлагаемая электрогенерирующая установка с воздушным аккумулятором энергии. Установка включает генератор электрического тока 1, приводимый через механический редуктор 2 газовой (воздушной) турбиной 3. Она питается сжатым воздухом, запасенным в баллонах 4, которые снабжены заправочными вентилями 5 и сгруппированы в две одинаковые батареи 6 и 6А. Через разъемы 7 и 7А они подсоединены к индивидуальным расходным воздушным линиям с установленными в них запорными вентилями 8, 8А и электроуправляемыми клапанами 9, 9А; для возможности контроля давления воздуха предусмотрены датчики давления 10 и 10А (упомянутые элементы одного названия одинаковы для обеих линий). Индивидуальные линии батарей подсоединены к общим магистралям питания турбины 11 и 12. Первая из этих магистралей, основная, предназначена для питания турбины на рабочих режимах, и в ней установлены редуктор давления 13, электроуправляемый клапан 14 и регулятор расхода 15. Вторая из магистралей является байпасной относительно первой и обеспечивает питание турбины на пусковом режиме; в этой пусковой магистрали установлен электроуправляемый клапан 16. В числе средств, контролирующих работу электрогенерирующей установки, предусмотрен датчик частоты вращения генератора 17.
Функционирование электрогенерирующей установки в соответствии с заданной программой обеспечивает управляющий электронный блок 18 (контроллер, миникомпьютер и т.п.), снабженный автономным источником питания (электрическая батарея). Сам электронный блок управляется как оператором от командной кнопки, так и автоматически от релейного модуля 19, соединенного со штатной электросетью нагрузки. Функциональные связи между электронным блоком и другими элементами установки обозначены штриховыми линиями.
Представленная электрогенерирующая установка функционирует следующим образом. Перед началом работы все баллоны 4 обеих батарей 6, 6А заполнены сжатым воздухом высокого давления. Все вентили 5, 8, 8А открыты, электроуправляемые клапаны 9, 9А, 14, 16 закрыты, редуктор давления 13 настроен на первый рабочий режим, регулятор расхода 15 установлен на пусковой режим. При падении напряжения в штатной электросети до определенного уровня релейный модуль 19 или оператор подают
сигнал на включение электронного блока 18, который открывает клапаны 9 и 16. Вследствие этого воздух высокого давления поступает из баллонной батареи 6 по магистрали 12 и далее через регулятор расхода 15 на турбину 3, раскручивая ее и через редуктор 2 генератор электрического тока 1.
При достижении номинальной частоты вращения генератора, что фиксируется датчиком 17, электронный блок подает команды на закрытие клапана 16, открытие клапана 14 и перевод регулятор расхода 15 на первый рабочий режим. В дальнейшем посредством управления этим агрегатом поддерживаются номинальные рабочие обороты электрогенерирующей установки.
По мере выработки сжатого воздуха из баллонов батареи 6 давление в них падает, и по сигналу датчика 10 электронный блок 18 перенастраивает редуктор давления 13 на второй рабочий режим, уменьшая давление воздуха на входе в турбину; одновременно регулятор расхода 15 переводится на повышенный расход для поддержания неизменной частоты вращения генератора 1. Электрогенерирующая установка продолжает функционировать до падения давления в баллонной батарее 6 до запрограммированной пороговой величины, о чем сигнализирует датчик 10, и тогда электронный блок отключает израсходованную батарею 6 и задействует в работу батарею 6А. С этой целью закрывается клапан 9 и открывается клапан 9А, а редуктор 13 и регулятор 15 переводятся на вышеупомянутый первый рабочий режим. Далее установка функционирует, как и при питании от баллонной батареи 6. Ее же демонтируют, и взамен устанавливают «свежую» батарею, с полным запасом сжатого газа; эти операции не требуют специальных пояснений. Подобным образом поступают затем с израсходованной батареей 6А. Многократной попеременной заменой батарей обеспечивается постоянная эксплуатационная готовность электрогенерирующей установки и непрерывная работа ее в течение необходимого времени.
0
0
1
0
2
0
Обычно баллоны заправлены до давления р≈15-40 МПа. Величина р вместе с другими факторами (общий запас воздуха и т.д.) определяют конкретные параметры настроек редуктора 13. Например, настроечное выходное давление может составлять на первом рабочем режиме р=(0,5-0,75)р и на втором рабочем режиме р=(0,07-0,15)p.
Представленные конкретные технические решения не исчерпывают сущности полезной модели. В частности, в предлагаемой электрогенерирующей установке с воздушным аккумулятором энергии может предусматриваться более двух баллонных батарей, они могут выполняться как стационарными, так и передвижными. Генератор
электрического тока может приводиться непосредственно от турбины, то есть наличие механического редуктора 2 не является обязательным; в этом случае устройство электрогенерирующей установки упрощается.
Число рабочих режимов установки не исчерпывается двумя. Напомним, что последовательные режимы характеризуются все снижающимся давлением воздуха на входе в турбину при возрастающем расходе, при этом остается неизменной частота вращения генератора тока. Выбор конкретного числа и параметров настройки рабочих режимов определяются с учетом степени сложности электрогенерирующей установки и ее компонентов (в частности, турбины), эффективности установки и т.д. В простейшем случае может предусматриваться всего один рабочий режим, и в этом случае устройство электрогенерирующей установки и управление ею наиболее просты. При конкретном проектировании может выясниться целесообразность и возможность питания турбины в конце работы электрогенерирующей установки, после последнего настроечного рабочего режима, через байпасную магистраль 12 (то есть аналогично пусковому режиму) - до практического опорожнения баллонов.
Как явствует из вышеизложенного, полезная модель осуществима на базе обычной технологии. Предлагаемая электрогенерирующая установка с воздушным аккумулятором энергии весьма проста и дешева в эксплуатационном обслуживании, поскольку нет нужды в высококвалифицированном персонале и в постоянном надзоре для гарантирования постоянной готовности и надежного функционирования установки. Таким образом, реализуется ожидаемый от полезной модели технический результат.
Предлагаемая электрогенерирующая установка наиболее целесообразна к применению в качестве резервного технического средства для обеспечения аварийного электропитания таких «критических» объектов как хирургические медицинские отделения, холодильное оборудование, бройлерные фабрики, компьютерные системы, охранные электронные системы, сигнальные системы регулирования транспортного движения, особенно при наличии близко расположенных компрессорных станций.