RU2117173C1 - Утилизационная энергетическая установка - Google Patents
Утилизационная энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117173C1 RU2117173C1 RU96108647A RU96108647A RU2117173C1 RU 2117173 C1 RU2117173 C1 RU 2117173C1 RU 96108647 A RU96108647 A RU 96108647A RU 96108647 A RU96108647 A RU 96108647A RU 2117173 C1 RU2117173 C1 RU 2117173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- expander
- generator
- housing
- natural gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
В корпусе в газовом тракте утилизационной энергетической установки установлены детандер, корпус которого на входе соединен с газовой магистралью природного газа высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером. При этом электрогенератор установлен в газовом тракте перед детандером и размещен с ним на одном валу. Использование изобретения позволит повысить безопасность работы установки и увеличить ее мощность и экономичность. 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и предназначено для редуцирования давления природного газа с одновременным получением электрической энергии. Изобретение может найти применение преимущественно на газораспределительных станциях, газорегуляторных пунктах тепловых электростанций, котельных, а также технологических агрегатах в схемах выработки холода и сжижения газа.
В настоящее время актуальной является задача разработки установок, позволяющих утилизовать энергию избыточного давления газа, в том числе природного газа, в процессе его добычи или подачи потребителю для получения полезной мощности, в частности для выработки электрической энергии.
Известны технические решения [з-ка РФ N 93036159/06, F 02 C 7/00, публ. БИ N 2, 1996; з-ка РФ N 93036167/06, F 02 C 1/04, публ. БИ N 2, 1996], в которых предлагается использовать энергию пластового давления природных газовых залежей для выработки электроэнергии с помощью газотурбинных установок.
Применение указанных установок ограничено тем, что они могут быть использованы только в местах добычи природного газа.
Известен целей ряд утилизационных энергетических установок, использующих энергию избыточного давления природного газа, поступающего на газораспределительную станцию (ГРС), для выработки электрической энергии, например а. с. СССР N 918469, F 02 C 6/6, публ. 1982; ж. "Газовая промышленность", N 1, 1994, с. 17; з-ка РФ N 92016138/29, F 17 D 1/14, публ. БИ N 26, 1995; патент РФ N 2009389, F 17 D 1/04, F 01 K 23/06, публ. 1994.
Данные установки включают турбодетандер, подключенный к магистральному газопроводу, выходной вал которого соединен с валом электрогенератора. При расширении газа на турбодетандере происходит понижение давления газа и одновременно вырабатывается свободная механическая энергия, используемая для привода электрогенератора, кинематически связанного с валом турбодетандера.
Недостатком указанных установок является то, что для осуществления кинематической связи с электрогенератором вал турбодетандера выходит за пределы корпуса турбодетандера. При этом возникает опасность утечки газа во внешнюю среду в выходном отверстии корпуса, через которое проходит вал турбодетандера. Для устранения утечки приходится использовать сложные системы уплотнения, что усложняет и удорожает конструкцию установок.
Из уровня техники известны технические решения, в которых для выработки электроэнергии используются размещенные в едином корпусе электрогенератор и газовая турбина, установленные на одном валу, например, преобразователь энергии [а.с. СССР N 1379880, H 02 K 7/18, 5/136, публ. 1988].
Однако указанная установка не является утилизационной и предназначена непосредственно для преобразования пневматической энергии в электрическую.
В качестве прототипа авторами выбрана утилизационная энергетическая установка [ж. "Газовая промышленность", N 1, 1994, с. 17].
Установка подключена параллельно блоку редуцирования давления газа ГРС и содержит установленный в газовом тракте турбодетандер, корпус которого на входе соединен с магистралью газа высокого давления, а на выходе подсоединен к магистрали подвода газа потребителю. Установка содержит электрогенератор, вал которого кинематически соединен с валом турбодетандера.
Установка также содержит регулирующий клапан и теплообменник.
Природный газ после подогрева направляется в установку. В ней газ вначале дросселируется в регулирующем клапане, а затем расширяется в турбодетандере до уровня выходного давления ГРС с производством работы, передаваемой электрогенератору, кинематически подключенному к турбодетандеру.
Недостатком установки является необходимость уплотнения вала детандера для предотвращения утечек газа в атмосферу, а также отсутствие в установке возможности возврата и полезного использования тепловых потерь электрогенератора, что приводит к снижению общего КПД установки.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности работы установки и увеличение ее полезной мощности и экономичности.
Сущность изобретения заключается в том, что утилизационная энергетическая установка содержит установленный в газовом тракте детандер, корпус которого на входе соединен с газовой магистралью высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером, при этом электрогенератор установлен в газовом тракте перед детандером и размещен в едином корпусе с ним на одном валу.
Новыми отличительными от прототипа признаками предлагаемого изобретения являются следующие признаки.
Электрогенератор установлен в газовом тракте и размещен в едином корпусе с детандером, при этом электрогенератор установлен перед детандером на одном валу с ним.
Наличие в установке помещенного в газовый тракт детандера, корпус которого на входе соединен с магистралью газа высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, обеспечивает редуцирование давления газа до требуемой величины выходного давления.
Наличие электрогенератора, кинематически связанного с детандером, позволяет утилизовать свободную механическую энергию вращения вала детандера для выработки электроэнергии.
Установка электрогенератора в газовом тракте и размещение его в едином корпусе с детандером на одном с ним валу обеспечивает изоляцию детандера и электрогенератора от внешней среды при реализации их кинематической связи. При этом вал детандера не выходит за пределы корпуса во внешнюю среду, что исключает утечку газа в атмосферу, а также необходимость уплотнения вала. Тем самым повышается безопасность работы устройства и снижаются затраты, связанные с дорогостоящими уплотнительными системами.
Размещение электрогенератора в газовом тракте перед детандером обеспечивает охлаждение электрогенератора потоком газа, что повышает на 5 - 7% полезную мощность генератора из-за снижения тепловых потерь. При этом тепло, отдаваемое электрогенератором, используется для подогрева газа, поступающего на детандер.
Установка (см. чертеж) содержит корпус 1, в котором размещены электрогенератор 2 и детандер 3, установленные на одном валу 4.
Входной патрубок 5 корпуса 1 соединен с газовой магистралью 6 высокого давления. Выходной патрубок 7 корпуса 1 соединен с магистралью 8 подвода газа потребителю.
Выходные части вала 4 генератора 2 и детандера 3 установлены в подшипниках 9. Корпус статора генератора 2 закреплен в корпусе 1, например, с помощью пластинчатых кронштейнов 10.
В корпусе 1 размещено герметичное устройство 11 вывода проводов.
Установка снабжена системой автоматического регулирования параметров газа для обеспечения стабильности работы электрогенератора 2 и стабильности выходных характеристик подаваемого потребителю газа, включающей, например, датчик 12 давления и регулирующий клапан 13.
Установка также содержит патрубок 14 для присоединения в случае необходимости системы подогрева газа перед детандером 3 и продувочную трубу 15.
Установка работает следующим образом.
Перед пуском установки из корпуса 1 полностью вытесняют воздух путем продувки корпуса 1 природным газом при открытой продувочной трубе 15 и частично открытом клапане 13. При пуске установки это необходимо для исключения возможности взрыва смеси природного газа с воздухом. Взрывоопасная концентрация находится в пределах 5 - 15 об.% (по метану). Продувка установки природным газом перед ее пуском обеспечивает заполнение корпуса 1 природным газом, что гарантирует превышение верхнего предела взрывоопасной концентрации метана в газообразной среде внутри корпуса 1.
По окончании продувки закрывают трубу 15 и увеличивают подачу газа, открывая клапан 13, до набора детандером 3 необходимой частоты вращения.
Поток газа высокого давления из магистрали 6 поступает в корпус 1 через патрубок 5 и проходит через кольцевое сечение, образованное корпусом 1 и корпусом статора электрогенератора 2. Площадь кольцевого сечения выбирается из условия обеспечения интенсивного теплообмена в зоне обтекания потоком газа электрогенератора 2 при минимальной потере давления газа.
Пройдя по кольцевому сечению, поток газа высокого давления попадает на детандер 3 и приводит его во вращение. При этом давление газа за детандером 3 снижается до требуемого потребителю уровня.
Газ поступает к потребителю из магистрали 8 подвода газа, связанной с выходным патрубком 7 корпуса 1.
Вращение детандера 3 через общий вал 4 передается ротору электрогенератора 2. Вырабатываемый электрогенератором 2 ток выводится по проводам с помощью герметичного устройства 11 и поступает к потребителю.
В качестве детандера 3 могут быть использованы, например, газовая турбина, винтовой детандер и прочие устройства.
Для подогрева газа, поступающего на детандер 3, предусмотрен патрубок 14, к которому при необходимости присоединяется система подачи теплоносителя (на чертеже не показана) в пространстве корпуса 1 между электрогенератором 2 и детандером 3.
Предлагаемая установка может иметь различные варианты исполнения в зависимости от выбранного типа детандера 3 (например, винтовой детандер, лопаточная газовая турбина и др.), от выбранной системы автоматического регулирования параметров газа (например, дроссельное регулирование или регулирование с парциальным подводом газа), от выбранной системы подогрева газа перед детандером 3 (например, путем подачи теплоносителя от внешнего источника или путем подачи воздуха от компрессора и организации процесса сгорания газовоздушной смеси).
Конструктивное оформление установки зависит также от конкретной схемы технологического процесса, в которой включена установка.
Так, в случае использования установки в схеме ГРС с подачей природного газа для бытового потребления необходимо обеспечить подогрев газа перед детандером 3.
В случае использования установки в системе выработки холода и сжижения газа отпадает необходимость подогрева газа.
Таким образом, предлагаемая утилизационная энергетическая установка характеризуется улучшенными энергетическими и экономическими показателями, повышенной безопасностью эксплуатации, является компактной и хорошо совместима с коммуникационными схемами различных объектов, в которых существует необходимость редуцирования давления природного газа.
Claims (1)
- Утилизационная энергетическая установка, связанная с трактом подвода приводного газа потребителю, вход которой соединен с магистралью газопровода природного газа, а выход - с магистралью подвода природного газа потребителю, содержащая детандер и кинематически связанный с ним электрогенератор, отличающаяся тем, что электрогенератор и детандер размещены в едином корпусе, входной патрубок которого соединен с магистралью газопровода природного газа, а выходной патрубок - с магистралью подвода природного газа потребителю, при этом электрогенератор установлен перед детандером на одном с ним валу, ориентированном вдоль направления движения потока газа в корпусе, входной патрубок снабжен регулировочным клапаном, а выходной патрубок снабжен продувочной трубой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108647A RU2117173C1 (ru) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Утилизационная энергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108647A RU2117173C1 (ru) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Утилизационная энергетическая установка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96108647A RU96108647A (ru) | 1998-07-10 |
RU2117173C1 true RU2117173C1 (ru) | 1998-08-10 |
Family
ID=20180078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96108647A RU2117173C1 (ru) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Утилизационная энергетическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2117173C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446369C2 (ru) * | 2010-07-05 | 2012-03-27 | Николай Фомич Архипов | Установка для сжижения газа |
RU2525042C1 (ru) * | 2013-06-10 | 2014-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Энергетическая установка |
CN108055857A (zh) * | 2015-09-18 | 2018-05-18 | 特博恩内尔知有限责任公司 | 转换气态工作流体能量的方法及其实施装置 |
-
1996
- 1996-04-19 RU RU96108647A patent/RU2117173C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.П.Мальханов и др. Опытно-промышленная эксплуатация утилизационной турбодетандерной установки. Ж. "Газовая промышленность", 1994, N 1, c.17. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446369C2 (ru) * | 2010-07-05 | 2012-03-27 | Николай Фомич Архипов | Установка для сжижения газа |
RU2525042C1 (ru) * | 2013-06-10 | 2014-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Энергетическая установка |
CN108055857A (zh) * | 2015-09-18 | 2018-05-18 | 特博恩内尔知有限责任公司 | 转换气态工作流体能量的方法及其实施装置 |
EP3351724A4 (en) * | 2015-09-18 | 2019-05-15 | Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "Turboenerdzhi" | METHOD FOR CONVERTING THE ENERGY OF A GASEOUS WORKING FLUID AND DEVICE FOR CARRYING OUT THEREOF |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5903060A (en) | Small heat and electricity generating plant | |
US4418530A (en) | Sewer plant for compressor station of gas pipeline system | |
CN111365080B (zh) | 一种天然气静压气浮轴承双级膨胀发电机及发电系统 | |
US11815014B2 (en) | Combined cooling heating and power micro gas turbine device | |
WO2002014662A1 (fr) | Procede d'utilisation de l'energie de dilatation de gaz et installation d'utilisation de l'energie destinee a la mise en oeuvre de ce procede | |
US3956899A (en) | Gas turbine plant where a circulating medium is indirectly heated | |
RU2117173C1 (ru) | Утилизационная энергетическая установка | |
RU2338908C1 (ru) | Газотурбинная установка | |
RU2386818C2 (ru) | Газотурбогенератор | |
RU2091592C1 (ru) | Способ работы газотурбодетандерной установки | |
RU4783U1 (ru) | Утилизационная энергетическая установка | |
KR20160112309A (ko) | 누설 유체를 재생하는 터보 팽창기 | |
RU2317430C1 (ru) | Турбодетандерная установка | |
CN113606005A (zh) | 超临界二氧化碳布雷顿循环系统 | |
RU190148U1 (ru) | Установка автономного теплового и электрического энергоснабжения | |
RU2095634C1 (ru) | Комбинированный газоперекачивающий агрегат | |
CN202768083U (zh) | 一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组 | |
RU2049246C1 (ru) | Турбопривод | |
RU176799U1 (ru) | Газораспределительная станция с детандер-компрессорной газотурбинной энергетической установкой | |
RU2150641C1 (ru) | Способ работы детандерной установки и устройство для его осуществления | |
SU1317174A1 (ru) | Комбинированна газопаротурбинна установка газоперекачивающей станции | |
RU1793106C (ru) | Газоперекачивающа станци | |
RU2271458C1 (ru) | Газодожимная установка газотурбинной электростанции | |
RU59783U1 (ru) | Утилизационная детандер-генераторная установка | |
CN216278058U (zh) | 超临界二氧化碳布雷顿循环系统 |