RU159533U1

RU159533U1 - DETANDER-GENERATOR DEVICE

Info

Publication number: RU159533U1
Application number: RU2015144684/06U
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Воробьев; Сергей Николаевич Пахомов; Геннадий Юрьевич Царьков; Михаил Владимирович Панарин
Original assignee: Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула"
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-02-10

Abstract

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, причем вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход - со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, соединенным со входом воздушной турбины, отличающееся тем, что в устройство 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.An expander-generator device containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, a mechanical reducer, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a circulating refrigerant, the air compressor inlet connected to the atmosphere by a low pressure air duct, and the outlet - with the inlet of the heat exchanger heating the gas with a high pressure air duct eniya connected to the input of an air turbine, characterized in that the apparatus further administered serially connected low-pressure air line, a control valve with a deflector flap, and a cooling power generator mounted on electric bimetallic regulator housing with the lever connected to the control valve shutter.

Description

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.The utility model relates to expander-generator devices, namely, to expander devices for generating electricity using the energy of excess pressure of natural gas transported through gas pipelines, and can be applied at gas control points and gas distribution stations of gas pipelines.

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).A known installation for generating additional electric energy through the use of energy of excess gas pressure, containing an expander kinematically connected to an electric generator, connected by an inlet pipe to a high pressure pipe to a gas control point, an output pipe to a low pressure pipe behind a gas control point, an air compressor, and also a heat exchanger for heating gas in front of the expander, due to hot air from the exhaust of the air compressor, and an air turbine, Exit which a heat exchanger with a refrigerant circulating circuit according to (a utility model patent RU №39937, cl. F25B 11/02, publ. 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.The disadvantage of this installation is its complexity, the presence of losses in the transmission of electrical energy and mechanical losses associated with the fact that the expander, generator and air compressor with an air turbine are located on different shafts, and low reliability due to the instability of the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network , the possibility of overheating and failure.

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).A known expander-generator device comprising a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, a mechanical reducer, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a circulating refrigerant, an air compressor inlet connected to the atmosphere by a low pressure duct, and the outlet with the inlet of the heat exchanger heating the gas with a high duct Lenia connected to the input of the air turbine (utility model patent RU №49199, cl. F25B 11/02, publ. 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.The disadvantage of this device is the low reliability of the expander-generator set in view of the instability of the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network, the possibility of overheating and failure.

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.The technical problem solved by the proposed utility model is to increase the reliability of the expander-generator device by stabilizing the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network and preventing its overheating and failure.

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.The technical problem is solved in that in a known expander-generator device containing a series-connected high pressure pipe, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipe kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, a mechanical gearbox, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with the refrigerant circulating along the circuit, the air compressor inlet is connected to the atmosphere by a low pressure air duct, and the outlet with the heat exchanger inlet under overheating high pressure gas duct connected to the inlet of an air turbine, further administered serially connected low-pressure air line, a control valve with a deflector flap, and a cooling power generator mounted on electric bimetallic regulator housing with the lever connected to the control valve shutter.

На чертеже изображена схема предлагаемого детандер-генераторного устройства.The drawing shows a diagram of the proposed expander-generator device.

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.The device comprises a high pressure pipeline 1 installed along the gas supply to the expander, a gas-air heat exchanger 2, an expander 3, an air compressor 4, an air turbine 5 and an electric generator 6 located on the same shaft, a low pressure pipeline 7, connecting the expander’s outlet to the gas line behind the gas distribution station, heated gas pipeline 8, connecting the expander’s inlet to the heat exchanger 2, high pressure hot air duct 9, connecting the heat exchanger 2 to the air outlet compressor 4, a cold air duct 10 connecting the output of the heat exchanger 2 to the air turbine 5 inlet, a low pressure air duct 11 connecting the air compressor inlet to the atmosphere, a low pressure air duct 12 connected in series, a control valve 13 with a shutter 14, and a cooling deflector of the electric generator 15 fixed to the body of the electric generator is a bimetallic regulator 16 with a lever 17 connected to the shutter 14 of the control valve 13, an air duct for the exhaust of the air turbine 18 into the atmosphere. To use the cold resulting from the adiabatic expansion of air, a heat exchanger 19 is installed in the air turbine 5 in the low pressure duct line 12, in which cold air is heated by the refrigerant circulating in closed circuit 20, which transfers the cold received from the air to the cold consumer 21. To optimize operation expander 3, air turbine 5 and compressor 4, a mechanical gearbox 22 is installed on the shaft line.

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.The device operates as follows. The gas supplied through the pipeline 1 to the expander 3 is heated by a heat exchanger 2, in which mechanically heated air is used from the compressor 4 output as the heating medium. The air compressor 4 and the air turbine 5 are driven by the expander 3 through a reducer 22 by a single shaft duct with an electric generator 6. The mechanical power of the expander 3 and the air turbine 5 is converted in the electric generator 6 into electrical power supplied to the electric network. When the compressor 4 is in compression, its temperature rises. Using this heat of air in a gas preheater heat exchanger, gas is heated in front of the expander. In this case, the compression ratio of the air compressor 4 is selected so that the air temperature at the compressor outlet is higher than the required gas heating temperature. From the output of the heat exchanger 2, air is supplied through the air duct 10 to the inlet of the air turbine 5. During adiabatic expansion in the turbine, the air is cooled, through the air duct 12 it is supplied to the cold heat exchanger 19 and the control valve 13. The cold consumer 21 is connected to the cold heat exchanger 19 through the refrigerant circuit 20.

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.The damper 14 of the control valve 13 under the action of the lever 17 is set in motion by means of a bimetallic regulator 16 mounted on the generator body. When the generator housing 6 is heated above the permissible value, the bimetallic regulator 16 acts on the damper 14 through the lever 17, as a result of which the regulating valve 13 increases the volume of feed cold air to the generator 6 through the cooling deflector 15 and the temperature of the generator 6 is reduced.

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.If the temperature of the generator 6 is reduced excessively, the bimetallic regulator 16 through the lever 17 acts on the valve 14 in the opposite direction, as a result of which the control valve 13 reduces the volume of cold air supplied, and the temperature of the generator 6 increases due to the flowing load currents. This ensures stabilization of the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network.

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.Thus, the reliability of the expander-generator device is improved by stabilizing the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network and preventing its overheating and failure.

Claims

An expander-generator device containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, a mechanical reducer, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a circulating refrigerant, the air compressor inlet connected to the atmosphere by a low pressure air duct, and the outlet - with the inlet of the heat exchanger heating the gas with a high pressure air duct eniya connected to the input of an air turbine, characterized in that the apparatus further administered serially connected low-pressure air line, a control valve with a deflector flap, and a cooling power generator mounted on electric bimetallic regulator housing with the lever connected to the control valve shutter.