ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к детандер-генераторным устройствам, а именно, к детандерным устройствам для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях газопроводов.
Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа, содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до газорегуляторного пункта, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за газорегуляторным пунктом, воздушный компрессор, а также теплообменник для подогрева газа перед детандером, за счет горячего воздуха из выхлопа воздушного компрессора, и воздушную турбину, на выходе которой установлен теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом (Патент на полезную модель RU №39937, кл. F25B 11/02, опубл. 20.08.2004).
Недостатком этой установки является ее сложность, наличие потерь на передачу электрической энергии и механических потерь, связанных с тем, что детандер, генератор и воздушный компрессор с воздушной турбиной расположены на разных валопроводах, и низкая надежность в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.
Известно детандер-генераторнае устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, механический редуктор, воздушный компрессор и воздушная турбина, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, соединенным со входом воздушной турбины (Патент на полезную модель RU №49199, кл. F25B 11/02, опубл. 10.11.2005).
Недостаток устройства состоит в низкой надежности работы детандер-генераторной установки в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении надежности работы детандер-генераторного устройства путем стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети и недопущения его перегрева и выхода из строя.
Техническая задача, решается тем, что в известное детандер-генераторное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, механический редуктор, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, соединенным со входом воздушной турбины, дополнительно введены последовательно соединенные воздухопровод низкого давления, регулирующий клапан с заслонкой и охлаждающий дефлектор электрогенератора, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор с рычагом, соединенным с заслонкой регулирующего клапана.
На чертеже изображена схема предлагаемого детандер-генераторного устройства.
Устройство содержит трубопровод высокого давления 1, установленный по ходу подачи газа в детандер, теплообменник подогрева газа 2 типа «воздух-газ», детандер 3, воздушный компрессор 4, воздушную турбину 5 и электрогенератор 6, расположенные на одном валопроводе, трубопровод низкого давления 7, соединяющий выход детандера с газопроводом за газораспределительной станцией, трубопровод подогретого газа 8, соединяющий вход детандера с теплообменником 2, горячий воздухопровод высокого давления 9, соединяющий теплообменник 2 с выходом воздушного компрессора 4, холодный воздухопровод 10, соединяющий выход теплообменника 2 со входом воздушной турбины 5, воздуховод низкого давления 11, соединяющий вход воздушного компрессора с атмосферой, последовательно соединенные воздухопровод низкого давления 12, регулирующий клапан 13 с заслонкой 14 и охлаждающий дефлектор электрогенератора 15, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор 16 с рычагом 17, соединенным с заслонкой 14 регулирующего клапана 13, воздуховод выхлопа 18 воздушной турбины в атмосферу. Для использования холода, получаемого вследствие адиабатного расширения воздуха, в воздушной турбине 5 в линии воздуховода низкого давления 12 устанавливается теплообменник 19, в котором холодный воздух подогревается хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре 20, который передает получаемый от воздуха холод потребителю холода 21. Для оптимизации работы детандера 3, воздушной турбины 5 и компрессора 4 на валопроводе установлен механический редуктор 22.
Устройство работает следующим образом. Газ, подаваемый по трубопроводу 1 к детандеру 3, подогревается теплообменнике 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода компрессора 4. Привод воздушного компрессора 4 и воздушной турбиной 5 осуществляется детандером 3 через редуктор 22 единым валопроводом с электрогенератором 6. Механическая мощность детандера 3 и воздушной турбины 5 преобразуется в электрогенераторе 6 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. При работе компрессора 4 при сжатии воздуха его температура повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа, обеспечивается подогрев газа перед детандером. При этом степень сжатия воздушного компрессора 4 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе компрессора была больше требуемой температуры подогрева газа. С выхода теплообменника 2 воздух по воздухопроводу 10 подается на вход воздушной турбины 5. При адиабатном расширении в турбине воздух охлаждается, по воздуховоду 12 подается на теплообменник холода 19 и регулирующий клапан 13. Потребитель холода 21 по контуру хладагента 20 соединяется с теплообменником холода 19.
Заслонка 14 регулирующего клапана 13 под действием рычага 17 приводится в движение посредством закрепленного на корпусе электрогенератора биметаллического регулятора 16. При нагреве корпуса электрогенератора 6 с превышением допустимого значения биметаллический регулятор 16 через рычаг 17 воздействует на заслонку 14, в результате чего регулирующий клапан 13 увеличивает объем подаваемого холодного воздуха на электрогенератор 6 через охлаждающий дефлектор 15 и температура электрогенератора 6 снижается.
При излишнем снижении температуры электрогенератора 6 биметаллический регулятор 16 через рычаг 17 воздействует на заслонку 14 в обратную сторону, в результате чего регулирующий клапан 13 уменьшает объем подаваемого холодного воздуха, и температура электрогенератора 6 повышается за счет протекающих токов нагрузки. Этим обеспечивается стабилизация температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети.
Таким образом, надежность работы детандер-генераторного устройства повышается посредством стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети и недопущения его перегрева и выхода из строя.