ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА (ТДУ) И СИСТЕМА ОТБОРА ЭНЕРГИИ ПОТОКА ПГ ИЗ ГАЗОПРОВОДА ДЛЯ НЕЕ

1. Турбодетандерная генераторная установка (ТДУ), содержащая электрогенератор (ЭГ) и турбодетандер (ТД) с рабочим колесом, рабочее колесо ТД расположено на валу ротора ЭГ консольно и закреплено с одного конца вала, ротор ЭГ расположен в корпусе между подшипниками, а статор ЭГ снабжен обмотками с сердечником (соленоидами), при э том ТДУ снабжена входным патрубком, соединенным с основным газопроводом природного газа (ПГ), и выходным патрубком, соединенным с основным газопроводом подачи ПГ потребителю, отличающаяся тем, что турбодетандер (ТД) выполнен в виде безлопаточной расширительной туннельной газовой турбины и образует с ЭГ единую конструкцию ТДУ, которая работает от перепада давления ПГ между подводящим газопроводом и основным технологическим узлом редуцирования, ТД и ЭГ размещены в одном корпусе, при этом в общем для ТД и ЭГ корпусе на подшипниках закреплен их общий вал, перепад температуры ПГ, между подаваемым на сопловой аппарат рабочего колеса ТД, и ПГ в выходном патрубке ТДУ не превышает 5-12°C в результате относительно малого перепада давления в проточной части ТД и компенсации падения температуры при расширении ПГ, за счет охлаждения статора и подвижных частей ЭГ - ротора и подшипников, рабочее колесо ТД выполнено в виде безлопаточной расширительной туннельной газовой турбины, и жестко закреплено на общем валу ТД и ЭГ, при этом рабочее колесо вращает вал при малом перепаде давления от 0,1 до 0,3 МПа в проточной части турбодетандера, и отвод ПГ из рабочего колеса ТД осуществляется через выпускной патрубок в основной трубопровод подачи ПГ потребителю, а ЭГ выполнен в виде трехфазного высокооборотного синхронного бесколлекторного генератора на постоянных магнитах, и обеспечивает выработку электрического тока частотой до 2,8 КГц и рабочей мощности от 0,1 до 1,0 кВт, при максимальной мощности не более 1 кВт.
2. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что ротор ЭГ снабжен постоянными магнитами и является явнополюсным, охлаждаемым проточным потоком ПГ, который подается в общий корпус ТДУ.
3. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что статор ЭГ снабжен обмотками с сердечниками, выполненными наборными из листовой трансформаторной стали или цельными из сплава МП250.
4. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что корпус снабжен наружным кожухом и герметизирован в местах стыка корпуса и его наружного кожуха, а также в узле вывода электропроводов.
раб
5. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что рабочее давление ПГ на входе в ТД - Р - составляет от 0,3 МПа до 1,2 МПа.
раб
6. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что газодинамические параметры соплового аппарата и рабочего колеса ТД рассчитывают под определенное входное давление ПГ, Р на входе в ДГУ от входного патрубка, соединенного с основным газопроводом в пределах - от 0,3 МПа до 1,2 МПа, таким образом, чтобы обеспечивать устойчивую работу ЭГ в расчетном диапазоне выдаваемой мощности.
7. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что ротор ЭГ выполнен с восемью кольцевыми двухполюсными постоянными магнитами из сплава самарий-кобальт (например, сплав КС-25), установленными внутри металлических (например, титановых) дисков.
8. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что статор ЭГ выполнен с шестью обмотками и сердечником (например, наборный из трансформаторной стали или цельный из сплава МП250), при этом вал ТДУ вращается на подшипниках качения, с номинальной частотой вращения от 30000 до 85000 об/мин.
9. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что потребную, номинальную выходную мощность ЭГ выбирают методом последовательного приближения ряда расчетных параметров: вероятное энергопотребление расчетного набора потребителей, рабочее давление на выбранной основной магистрали, перепад давления на выбранных магистралях и газорегуляторных пунктах (ГРП) и расчетная снимаемая мощность газовой турбины при расчетном перепаде давления, с учетом прочностных, динамических, термодинамических, газодинамических и электротехнических расчетов.
10. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что предельная частота вращения рабочего колеса ТД (турбины) при избыточном давлении ПГ от 0,3 МПа до 1,3 МПа обеспечивает максимальную частоту вращения ротора ЭГ 130000 об/мин.
11. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что согласование полной мощности ЭГ в зависимости от частоты вращения рабочего колеса турбины ТД осуществляют сначала в режиме холостого хода ЭГ, а затем в режиме ЭГ под нагрузкой.
12. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что полную расчетную мощность ЭГ обеспечивают за счет уровня индуктированной плотности тока в обмотке статора ЭГ и рассчитывают коэффициент перекрытия (прохождения) магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами, через обмотку статора.
13. ТДУ по п.1, отличающаяся тем, что сопловой аппарат рабочего колеса и рабочее колесо ТД изготавливают в виде единых, объемных деталей сложной конфигурации методом быстрого прототипирования при помощи послойного синтеза трехмерных объектов из пластика ABS plus с использованием 3D принтера.
14. Система отбора энергии потока природного газа из газопровода для ТДУ, включающая, трубопровод с запорным краном, расположенным на отводе от основного газопровода, регулятор перепада давления газа и газовый фильтр, турбодетандер, который выполнен по соосной схеме в соответствии с п.1 и работает по принципу, использующему высвобождающуюся в процессе расширения полезную энергию сжатого газа с заданным перепадом давления и температуры, и расположенный на общем с ЭГ валу, образующие совместно ТДУ, которая размещена в корпусе с образованием проточного канала между генератором и корпусом, с входным и выходными трубопроводами, расположенными соосно с турбиной и ротором генератора, и распределительный запорный кран основного газопровода потребителя, отличающийся тем, что основой трубопровод выполнен со штатным устройством редуцирования давления в основном трубопроводе перед устройством редуцирования давления производят «врезку» - отвод трубопровода для подвода на ТДУ и «врезку» - подвод перед трубопроводом потребителя от выходного патрубка из ТДУ, причем в устройстве для редуцирования давления врезку для трубопровода ТДУ осуществляют соответственно до и после регулятора перепада давления, между «врезками» размещают ТДУ с рабочим избыточным давлением на входе от 0,3 МПа до 1,2 МПа, причем из входного трубопровода ТДУ ПГ, подогретый за счет его обтекания работающих узлов ЭГ в общем корпусе ТДУ, подают в сопловой аппарат ТД и проточную часть турбины ТД, при этом ПГ попутно охлаждает ЭГ и его движущиеся части, а заданный перепад давления между основным трубопроводом и трубопроводом потребителя регулируется редуцирующим клапаном, и обеспечивают дополнительное давление, образующееся перетеканием ПГ через ТДУ в обход редуцирующего клапана, в разрешенных эксплуатационных пределах колебаний давления в трубопроводе потребителя.
15. Система по п.14, отличающаяся тем, что в газораспределительной станции (ГРС) обеспечивают потребительское давление в основном трубопроводе на выходе из ГРС не более 0,3 МПа.
16. Система по п.14, отличающаяся тем, что в ГРП обеспечивают потребителькое давление в основном трубопроводе на выходе из ГРП не более 0,002 МПа.
17. Система по п.14, отличающаяся тем, что на «врезке» - отвод, пред ТДУ размещают проходной запорный вентиль и электромагнитный клапан.
18.Система по п.14, отличающаяся тем, что основной трубопровод дополнительно снабжен после врезки выходного трубопровода ТДУ устройством предохарнительно-запорный клапан (ПЗК) и регулятором давления.
19. Система по п.14, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительно ППГ (Предварительный Подогрев Газа), который выполнен в виде двухконтурного теплообменника, и размещен после врезки входного трубопровода ТДУ и перед самим ТДУ.
20. Система по п.19, отличающаяся тем, что в первом контуре ППГ при сгорании природного газа нагревается емкость с тосолом, а во втором контуре ППГ осуществляется повышение температуры на входе в ТД природного газа подогретым тосолом.