RU2049246C1

RU2049246C1 - Turbine drive

Info

Publication number: RU2049246C1
Authority: RU
Inventors: С.Г. Валюхов; А.Г. Кравченко; С.Е. Маркин; А.А. Симонов; А.И. Сухов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Техмастер"
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: oil-gas industry. SUBSTANCE: turbine drive has shaft 1 with turbine 2 on both sides of which fans 3 are mounted. The shaft is set in bearings 4. The spaces of low pressure of turbine 2 and fans 3 are interconnected through slots seals 5 having ring bores 6 connected with main gas pipe line through pipe line 7 upstream of heat exchanging apparatus 8. The inlet spaces of fan 3 are directly connected with the atmosphere. The spaces of high pressure are connected with the inlet of combustion chamber 10 through pipe line 9. The inlet of combustion chamber 10 is also connected with the main pipe line through pipe line 11 and starting-stop valve 12. Combustion chamber 10 is provided with ignition system 13. The outlet of combustion chamber 10 is connected to heat exchanging apparatus 8 mounted at the inlet of turbine 2. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для эффективного использования энергии сжатого газа при его отборе в линию потребителя из магистрального трубопровода с целью выработки электроэнергии или в газоперерабатывающей промышленности в турбодетандерах для удовлетворения технологических и коммунально-бытовых нужд в электроэнергии, тепле и холоде. The invention relates to heat engineering and can be used in the oil and gas industry for the efficient use of compressed gas energy when it is taken to the consumer line from the main pipeline to generate electricity or in the gas processing industry in turbine expanders to meet technological and domestic needs for electricity, heat and cold .

Известны различные устройства, включающие турбину, работающую на природном газе, отбираемом из магистрального газопровода, воздушный компрессор, теплообменник. Various devices are known, including a turbine operating on natural gas taken from a gas main, an air compressor, a heat exchanger.

Известна установка, содержащая магистральный газопровод, трубопровод подачи газа к потребителю, компрессор, турбину, камеру сгорания, теплообменник. Установка представляет собой компрессорную станцию для увеличения давления природного газа и выработки электроэнергии и включает в себя воздушный компрессор, газовую турбину, компрессор природного газа, теплообменник, камеру сгорания, вырабатывающую рабочее тело для газовой турбины и работающую от воздушного компрессора и природного газа (турбодетандерная установка УКС-300, разработки НПО им. Фрунзе рекламный проспект). A known installation containing a main gas pipeline, a pipeline for supplying gas to a consumer, a compressor, a turbine, a combustion chamber, a heat exchanger. The installation is a compressor station for increasing the pressure of natural gas and generating electricity and includes an air compressor, a gas turbine, a natural gas compressor, a heat exchanger, a combustion chamber that generates a working fluid for a gas turbine and is powered by an air compressor and natural gas (UX turbine expander -300, developed by the NGO Frunze Advertising Prospect).

Наиболее близким техническим решением является установка, содержащая газовую турбину, подключенную входом через теплообменный аппарат к магистральному газопроводу, а выходом к газопроводу потребителей газа, камеру сгорания, соединенную газопроводом с запорно-регулирующей арматурой с магистральным газопроводом, а выход камеры сгорания подключен по греющей среде к теплообменному аппарату. The closest technical solution is an installation containing a gas turbine connected by an inlet through a heat exchanger to the main gas pipeline, and by an outlet to the gas consumer’s gas pipeline, a combustion chamber connected by a gas pipeline to shut-off and control valves with a main gas pipeline, and the combustion chamber outlet connected to a heating medium to heat exchanger.

Недостатком известных решений является наличие традиционных устройств для предотвращения утечек газа по валу турбины в полость опор и в атмосферу контактных подвижных уплотнений (торцевых уплотнений), что снижает ресурс работы и надежность энергоустановки. A disadvantage of the known solutions is the presence of traditional devices to prevent gas leaks along the turbine shaft into the cavity of the supports and into the atmosphere of contact movable seals (mechanical seals), which reduces the service life and reliability of the power plant.

Цель изобретения устранение вышеуказанного недостатка, а также повышение надежности и ресурса работы турбопривода за счет исключения утечек газа по валу в окружающую среду и в полость опор. The purpose of the invention is the elimination of the aforementioned disadvantage, as well as improving the reliability and service life of the turbo drive by eliminating gas leaks along the shaft into the environment and into the cavity of the supports.

Цель достигается тем, что турбопривод дополнительно содержит два вентилятора, установленные с двух сторон турбины на одном валу с ней, при этом полости низкого давления вентиляторов и турбины соединены щелевыми уплотнениями, а полости высокого давления вентиляторов подключены ко входу камеры сгорания. В щелевых уплотнениях выполнены кольцевые проточки, полости которых подключены к магистральному газопроводу до теплообменного аппарата. The goal is achieved in that the turbo drive additionally contains two fans mounted on two sides of the turbine on the same shaft with it, while the low-pressure cavities of the fans and the turbines are connected by gap seals, and the high-pressure cavities of the fans are connected to the input of the combustion chamber. In slotted seals, annular grooves are made, the cavities of which are connected to the main gas pipeline to the heat exchanger.

Совокупность существенных признаков предлагаемого турбопривода проявляет иные свойства в сравнении с известными решениями, заключающиеся в том, что установка вентиляторов на общем валу с обеих сторон турбины и соединенных между собой щелевыми уплотнениями, а также использование утилизатора в виде камеры сгорания вход в которую соединен с выходными полостями вентиляторов, позволяет исключить утечки газа по валу в окружающую среду, сжечь их в камере сгорания, а продукты сгорания использовать для подогрева газа до турбины, что в комплексе повысит мощность, надежность и ресурс работы турбопривода. The set of essential features of the proposed turbo-drive exhibits other properties in comparison with the known solutions, namely, the installation of fans on a common shaft on both sides of the turbine and interconnected by gap seals, as well as the use of a heat exchanger in the form of a combustion chamber, the entrance to which is connected to the output cavities fans, eliminates gas leaks along the shaft into the environment, burn them in the combustion chamber, and use combustion products to heat the gas to the turbine, which is a complex e will increase the power, reliability and service life of the turbo drive.

На чертеже изображен турбопривод, где 1 вал; 2 турбина; 3 вентилятор; 4 опоры; 5 щелевое уплотнение; 6 кольцевая проточка; 7, 9, 11 трубопроводы; 8 аппарат теплообменный; 10 камера сгорания; 12 клапан пускоотсечной; 13 система зажигания; F₁, F₂ проходное сечение щелевого уплотнения.The drawing shows a turbo drive, where 1 shaft; 2 turbine; 3 fan; 4 supports; 5 gap seal; 6 ring groove; 7, 9, 11 pipelines; 8 heat exchange apparatus; 10 combustion chamber; 12 start-up valve; 13 ignition system; F ₁ , F ₂ passage section of the gap seal.

Турбопривод содержит вал 1 с турбиной 2, по обе стороны которой установлены два вентилятора 3. Вал смонтирован на опорах 4. Полости низкого давления турбины и вентиляторов соединены между собой щелевыми уплотнениями 5. Щелевые уплотнения выполнены с кольцевыми проточками 6, которые соединены трубопроводом 7 с магистральным газопроводом до теплообменного аппарата 8. Входные полости вентиляторов сообщены непосредственно с атмосферой, а полости высокого давления трубопроводом 9 со входом в камеру сгорания 10. Вход в камеру сгорания соединен также трубопроводом 11 через пускоотсечной клапан 12 с магистральным газопроводом. Место подключения камеры сгорания к магистральному газопроводу может быть самое различное непосредственно или через газопровод потребителя в местах до теплообменного аппарата после него или после турбины. The turbo-drive contains a shaft 1 with a turbine 2, on both sides of which two fans are installed 3. The shaft is mounted on supports 4. The low-pressure cavities of the turbine and fans are interconnected by slotted seals 5. The slotted seals are made with annular grooves 6, which are connected by a pipeline 7 to the main the gas line to the heat exchanger 8. The inlet cavities of the fans are connected directly to the atmosphere, and the high-pressure cavities are connected by a pipe 9 to the entrance to the combustion chamber 10. The entrance to the combustion chamber is connected to the conduit 11 through the valve 12 with puskootsechnoy trunk pipeline. The connection point of the combustion chamber to the main gas pipeline can be very different directly or through the consumer’s gas pipeline in places before the heat exchanger after it or after the turbine.

Для поджига газовоздушной смеси камера сгорания оснащена системой зажигания 13. Выход камеры сгорания подключен по греющей среде к теплообменному аппарату, установленному на входе в турбину. To ignite the gas-air mixture, the combustion chamber is equipped with an ignition system 13. The output of the combustion chamber is connected via a heating medium to a heat exchanger installed at the turbine inlet.

Вал турбопривода может заканчиваться свободным хвостовиком для стыковки с устройством снятия полезной мощности, например, электрогенератором. The turbo drive shaft can end with a free shank for docking with a useful power removal device, for example, an electric generator.

Турбопривод для своей работы использует кинетическую энергию газа, отбираемого потребителю из магистрального газопровода. Кинетическая энергия газа за счет срабатывания давления и температуры преобразуется на турбине в механическую, которая расходуется на повышение давления воздуха в вентиляторах и на привод внешнего потребителя мощности, чаще всего электрогенератора. The turbo drive for its work uses the kinetic energy of the gas taken to the consumer from the main gas pipeline. The kinetic energy of the gas due to the actuation of pressure and temperature is converted into mechanical energy on the turbine, which is spent on increasing the air pressure in the fans and on driving an external power consumer, most often an electric generator.

Турбопривод работает следующим образом. The turbo drive operates as follows.

Газ из магистрального газопровода через теплообменный аппарат поступает на турбину 2 и приводит во вращение вал 1 с вентиляторами 3. Воздух засасывается вентиляторами непосредственно из атмосферы и подается в камеру сгорания. Давление газа в полости турбины должно быть всегда выше давления воздуха в полости вентиляторов и утечки газа следовательно из полости турбины будут поступать через щелевые уплотнения 5 во входные полости вентиляторов откуда вместе с воздухом будут поступать в камеру сгорания и сгорать. Gas from the main gas pipeline through the heat exchanger enters the turbine 2 and drives the shaft 1 with fans 3. The air is sucked in by the fans directly from the atmosphere and fed into the combustion chamber. The gas pressure in the turbine cavity should always be higher than the air pressure in the fan cavity and gas leakage therefore from the turbine cavity will flow through slotted seals 5 into the inlet cavities of the fans, from where together with the air they will enter the combustion chamber and burn.

Щелевые уплотнения образуют с валом 1 кольцевые щели с проходным сечением F₁, F₂, что обеспечивает определенный расход газа во входные полости вентиляторов.Slotted seals form annular slots with a shaft 1 with a passage section F ₁ , F ₂ , which ensures a certain gas flow into the inlet cavities of the fans.

Расход воздуха через вентилятор в 150-200 раз больше по сравнению с расходом газа через щелевые уплотнения, поэтому образующая газовоздушная смесь пожаро- и взрывобезопасна. Для обеспечения необходимого режима горения газовоздушной смеси в камеру сгорания после открытия клапана 12 подается газ дополнительно. Газовоздушная смесь в камере сгорания воспламеняется от системы зажигания 13. Продукты сгорания используются в теплообменном аппарате 8 в качестве теплоносителя для подогрева газа, поступающего в турбину 2. Повышение температуры газа до турбины обеспечивает рост мощности турбины и исключает выпадание газовых гидратов при снижении температуры, которое происходит при расширении газа в выходном тракте турбины. The air flow through the fan is 150-200 times greater than the gas flow through the gap seals, so the gas-air mixture is fire and explosion proof. To ensure the necessary combustion mode of the gas-air mixture, additional gas is supplied to the combustion chamber after opening valve 12. The gas-air mixture in the combustion chamber is ignited by the ignition system 13. The combustion products are used in the heat exchanger 8 as a coolant for heating the gas entering the turbine 2. An increase in the temperature of the gas to the turbine increases the turbine power and prevents gas hydrates from falling out when the temperature decreases, which occurs with the expansion of gas in the output path of the turbine.

Если подогрев газа на входе в турбину осуществляется до температуры при которой возможно самовоспламенение утечек газа при контакте с воздухом во входной полости вентилятора, то для предотвращения этого явления в кольцевые проточки 6 подводится холодный газ, отбираемый из магистрального газопровода до теплообменного аппарата 8. Холодный газ поступает на вход в вентиляторы и в полости турбины и предотвращает возможность попадания горячего газа на вход в вентиляторы. If the gas at the turbine inlet is heated to a temperature at which gas leaks can self-ignite when in contact with air in the fan inlet cavity, then cold gas is drawn into the annular grooves 6, taken from the main gas pipeline to the heat exchanger 8. Cold gas enters at the entrance to the fans and in the cavity of the turbine and prevents the possibility of hot gas entering the entrance to the fans.

Применение предлагаемого турбопривода позволит создать надежную установку с простой конструкцией узла уплотнения за счет использования щелевых уплотнений с "отсосом" и утилизацией утечек. Кроме того в данном турбоприводе представляется возможность вынести опоры вала из полости коррозионно-активного газа, что обеспечит повышение ресурса его работ, и исключит известные системы дегазации масла, выходящего из опор. The application of the proposed turbo drive will allow you to create a reliable installation with a simple design of the seal assembly through the use of gap seals with "suction" and disposal of leaks. In addition, in this turbo-drive, it is possible to remove the shaft supports from the cavity of corrosive gas, which will provide an increase in the resource of its work, and will eliminate the known degassing systems of oil leaving the supports.

Claims

1. A TURBO DRIVE for using compressed gas energy of a main gas pipeline, comprising a gas turbine connected by an inlet through a heat exchanger to a main gas pipeline, and by an outlet to a gas pipeline of consumers (distribution station) of gas, a combustion chamber connected by a gas pipeline with shut-off and control valves with a main gas pipeline, the output of the combustion chamber is connected via a heating medium to a heat exchanger, characterized in that it further comprises two fans installed on both sides it has turbines on the same shaft with it, while the low-pressure cavities of the fans and the turbines are connected by gap seals, and the high-pressure cavities of the fans are connected to the input of the combustion chamber.

2. The turbo drive according to claim 1, characterized in that in the gap seals are made annular grooves, the cavities of which are connected to the main gas pipeline to the heat exchanger.