ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к электроэнергетическим установкам, и может быть использована для выработки дополнительной электроэнергии с утилизацией тепла двигателей и энергии дросселируемого в системах газоснабжения природного газа.
Известна газотурбинная установка, механически связанная с электрогенератором и содержащая в выхлопном тракте котел-утилизатор, подключенный по нагреваемой среде к паровому контуру с установленной в нем турбиной (RU 2094636, F 02C 6/18, 1997 г.).
Эта установка обладает большими габаритами и весом, ее изготовление связано с большими затратами металла, а турбина, работающая на водяном паре, требует сложного и дорогого оборудования для подготовки воды и сложной системы запуска.
Известна также электроэнергетическая газотурбодетандерная установка, содержащая газотурбинный двигатель (ГТД), в выхлопном тракте которого установлен теплообменник-утилизатор, вход которого по нагреваемой среде подключен к магистрали природного газа высокого давления, а выход через турбодетандер с рабочими колесами - к газовой магистрали потребителя. Валы турбины газотурбинного двигателя и турбодетандера механически связаны с валом электрогенератора через многовальный редуктор, валы шестерен которого установлены в размещенных в корпусе и подсоединенных к системе смазки подшипниках (RU 2013615, F 02C 11/00, 1994 г.). Эта установка является наиболее близкой к заявленной.
Известная установка позволяет эффективно использовать турбодетандер для снижения давления газа. Однако конструктивные особенности установки, а именно расположение рабочего колеса турбодетандера на одном валу с газотурбинным двигателем, а также наличие регулируемого соплового аппарата в турбодетандере, усложняют конструкцию, требуют дополнительных затрат на ее изготовление и обслуживание, что приводит к снижению ее эффективности.
Техническим результатом полезной модели является создание высокоэффективной малогабаритной, простой в монтаже и обслуживании электроэнергетической газотурбодетандерной установки.
Технический результат полезной модели достигается в электроэнергетической газотурбодетандерной установке, содержащей газотурбинный двигатель, в выхлопном тракте которого установлен теплообменник-утилизатор, вход которого по нагреваемой среде подключен к магистрали природного газа высокого давления, а выход - через турбодетандер с рабочими колесами к газовой магистрали потребителя, причем валы турбины газотурбинного двигателя и турбодетандера механически связаны с валом электрогенератора через многовальный редуктор, валы шестерен которого установлены в размещенных в корпусе и подсоединенных к системе смазки подшипниках, турбодетандер выполнен двухкорпусным, его корпуса закреплены на корпусе редуктора, а рабочие колеса установлены на валу одной из шестерен редуктора и расположены консольно по обе стороны от нее, при этом подшипники этого вала редуктора и их система смазки являются подшипниками и системой смазки турбодетандера. Такое расположение рабочих колес позволяет уменьшить их вес и обеспечить одинаковую радиальную нагрузку на подшипники вала, а также компенсировать нагрузки от возникающих осевых сил, что повышает ресурс и надежность работы подшипников.
Корпуса турбодетандера подключены параллельно по входу и выходу к магистрали природного газа высокого давления и к газовой магистрали потребителя соответственно, что позволяет выровнять рабочие параметры на рабочих колесах турбодетандера и тем самым компенсировать осевые усилия на подшипниках вала редуктора, несущего рабочие колеса турбодетандера, что обеспечивает дополнительное повышение эффективности установки.
Установка снабжена обводным газопроводом, связывающим магистраль природного газа высокого давления и газовую магистраль потребителя через газораспределительную станцию (ГРС), причем перед теплообменником-утилизатором и перед газораспределительной станцией установлены запорно-регулирующие краны, что обеспечивает непрерывность подачи газа потребителю при ремонте ГТД или регламентных работах, а также в других нештатных ситуациях.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг.1 и 2, где
на фиг.1 показана схема установки;
на фиг.2 - турбодетандер.
Электроэнергетическая газотурбодетандерная установка содержит газотурбинный двигатель 1, в выхлопном тракте 2 которого установлен теплообменник-утилизатор 3, вход 4 которого по нагреваемой среде подключен к магистрали 5 природного газа высокого давления, а выход 6 через турбодетандер 7 с рабочими колесами 8 - к газовой магистрали 9 потребителя, причем вал 10 турбины газотурбинного двигателя механически связан с валом 11 электрогенератора 12 через многовальный редуктор 13, валы 14 шестерен 15 которого установлены в размещенных в
корпусе 16 и подсоединенных к системе смазки подшипниках 17, турбодетандер 7 выполнен двухкорпусным, его корпуса 18 и 19 закреплены на корпусе 16 редуктора 13, а рабочие колеса 8 установлены на валу 14 одной из шестерен 15 редуктора 13 и расположены консольно по обе стороны от нее, при этом подшипники 17 этого вала 14 редуктора 13 и их система смазки являются подшипниками и системой смазки турбодетандера 7. Корпуса 18 и 19 турбодетандера 7 подключены параллельно по входу к магистрали 5 природного газа высокого давления, а по выходу - к газовой магистрали 9 потребителя. Установка снабжена обводным газопроводом 20, связывающим магистраль 5 природного газа высокого давления и газовую магистраль 9 потребителя через ГРС 21, причем перед теплообменником-утилизатором 3 и перед ГРС 21 установлены запорно-регулирующие краны 22 и 23.
Установка работает следующим образом.
При закрытом положении запорно-регулирующего крана 23 и открытом положении крана 22 природный газ, проходящий по магистрали 5 высокого давления, поступает в теплообменник-утилизатор 3, где он от входа 4 до выхода 6 нагревается до 250°-300°С за счет тепла выхлопных газов газотурбинного двигателя 1. Далее газ делится на два параллельных потока и направляется к входам корпусов 18, 19 турбодетандера 7. Разделение потока и параллельный его подвод к турбодетандеру 7 позволяет компенсировать осевые силы и обеспечить равномерную нагрузку на подшипники 17 вала 14 редуктора 13. После выхода из турбодетандера 7 газ с давлением 5ата поступает в газовую магистраль 9 потребителя.
Мощность турбодетандера 7, величина которой для данных параметров составляет около 3-3,5 МВт, вместе с мощностью газотурбинного двигателя 1, составляющей 2,5 МВт, через многовальный редуктор 13 передается на электрогенератор 12 мощностью 6 МВт.
При ремонте газотурбинного двигателя 1 или регламентных работах переключают краны 22 и 23 и газ высокого давления по обводному газопроводу 20 дросселируется в ГРС 21 и поступает в газовую магистраль 9 потребителя.
Электроэнергетическая газотурбодетандерная установка может найти широкое применение в энергетической промышленности, поскольку сочетает высокую эффективность с надежностью и простотой в изготовлении, монтаже и обслуживании.