RU2200916C2

RU2200916C2 - Turbine expansion engine (versions)

Info

Publication number: RU2200916C2
Application number: RU2002115181/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Старостин; О.К. Оболенский; К.К. Соколов; Н.Д. Федоренко; М.Б. Фрайман; И.А. Кесаев; В.А. Хетагуров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Турбохолод"
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: constructions of turbine expansion engines. SUBSTANCE: turbine expansion engine includes housing with cavities; shaft mounted in housing on bearing assemblies; compressor and turbine mounted on shaft. System for controlled gas discharge includes tube arranged in housing. Said tube is connected by its one end through duct of housing with cavity arranged between compressor and turbine and by its other end through control device it is connected with outlet cavity of turbine. In first variant turbine expansion engine includes slit sealings. Axial motion pickup is placed in housing with possibility of connecting its outlet with outer apparatus. At least two end sealings are arranged in addition in housing. In second variant each bearing assembly of turbine expansion engine is electromagnetic one. At least two pickups for detecting axial motion of shaft and at least two pickups for detecting radial motion of shaft are arranged in housing with possibility of connecting outlet of each pickup to outer apparatus. EFFECT: enhanced operational and thermotechnical characteristics of turbine expansion engine. 9 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в качестве источника холода в различных системах, использующих природный газ, в частности в установках низкотемпературной сепарации газа или его охлаждения перед транспортировкой в условиях вечной мерзлоты. The invention relates to refrigeration and can be used as a source of cold in various systems using natural gas, in particular in installations for low-temperature gas separation or its cooling before transportation in permafrost.

Известны турбодетандерные агрегаты, содержащие компрессор и турбину, размещенные на одном валу, установленном на радиально-осевых опорах, теплообменники, маслосистему, системы клапанов различного назначения (SU 848914, кл. F 25 В 11/00, 1978; SU 1749652, кл. F 25 В 11/00, 1989; RU 2027957, кл. F 25 В 11/00, 1995). Known turboexpander units containing a compressor and a turbine located on one shaft mounted on radial axial bearings, heat exchangers, oil system, valve systems for various purposes (SU 848914, CL F 25 11/00, 1978; SU 1749652, CL F 25 B 11/00, 1989; RU 2027957, CL F 25 B 11/00, 1995).

Наиболее близким к заявляемому по числу общих признаков является турбодетандер по RU 1575025 А1, кл. F 25 B 11/00, 1990, содержащий корпус с турбиной и компрессором, размещенными в нем на валу, установленном на радиально-осевых подшипниковых опорах, маслосистему, уплотнения вала. При работе турбодетандера вал подвержен осевой нагрузке, особенно значительной в момент запуска, при этом ось вала совершает колебательные движения и осевые перемещения вследствие податливости подшипниковых опор, что приводит к износу и разрушению подшипников. Кроме того, в упомянутом устройстве недостаточна защита от попадания газового конденсата в масло и масла - в проточную часть, что вызывает замасливание теплообменной аппаратуры, непосредственно взаимодействующей с турбодетандером, а в радиальной турбине, использованной в вышеупомянутом устройстве, под воздействием газового конденсата быстро наступает износ лопаток. Closest to the claimed by the number of common features is a turboexpander according to RU 1575025 A1, class. F 25 B 11/00, 1990, comprising a housing with a turbine and compressor located therein on a shaft mounted on radial-axial bearings, an oil system, a shaft seal. During the operation of the turboexpander, the shaft is subject to axial load, especially significant at the time of start-up, while the axis of the shaft makes oscillatory movements and axial movements due to the flexibility of the bearings, which leads to wear and destruction of the bearings. In addition, in the aforementioned device, there is insufficient protection against the ingress of gas condensate into the oil and the oil - into the flow part, which causes oiling of the heat exchange equipment directly interacting with the turboexpander, and in the radial turbine used in the aforementioned device, the blades quickly wear out due to gas condensate .

Настоящее изобретение решает задачу улучшения теплотехнических и эксплуатационных характеристик турбодетандера путем совершенствования системы стабилизации оси вала за счет введения системы регулируемой газовой разгрузки (автоматической системы перепуска газа из полости на выходе из компрессора в полость на выходе из турбины), а также улучшения уплотнения между газовой и масляной полостями турбодетандера. The present invention solves the problem of improving the thermal and operational characteristics of a turboexpander by improving the shaft axis stabilization system by introducing a controlled gas discharge system (an automatic gas bypass system from the cavity at the compressor outlet to the cavity at the turbine outlet), as well as improving the seal between the gas and oil cavities of a turboexpander.

Задача решается в двух вариантах осуществления изобретения. The problem is solved in two embodiments of the invention.

Вариант 1. Option 1.

Задача решается тем, что в турбодетандере, содержащем корпус с полостями, разгрузочными и ввода и вывода газа, установленный в корпусе на подшипниковых опорах вал, компрессор и турбину, размещенные на валу, а также щелевые уплотнения, дополнительно введена система регулируемой газовой разгрузки, включающая установленную в корпусе трубку, сообщенную одним концом через канал, выполненный в корпусе, с полостью, расположенной между компрессором и турбиной, а другим концом через управляющее устройство - с полостью на выходе из турбины, а также датчик осевого перемещения вала, установленный в корпусе с возможностью подсоединения его выхода к внешнему устройству. Кроме того, в корпусе турбодетандера размещены по меньшей мере два торцевых уплотнения. The problem is solved in that in a turboexpander containing a housing with cavities, unloading and gas inlet and outlet, a shaft installed in the housing on the bearing bearings, a compressor and a turbine located on the shaft, as well as gap seals, an additional system of adjustable gas unloading, including installed in the housing, a tube communicated at one end through a channel made in the housing, with a cavity located between the compressor and the turbine, and the other end through a control device, with a cavity at the outlet of the turbine, and a shaft axial displacement sensor installed in the housing with the possibility of connecting its output to an external device. In addition, at least two mechanical seals are located in the turbine expander housing.

Система регулируемой газовой разгрузки ослабляет воздействие осевых сил на вал и стабилизирует положение его оси за счет автоматического перепуска газа из полости, расположенной между компрессором и турбиной, в полость на выходе из турбины при нарушении осевого положения вала по сигналу от датчика. Датчик установлен на корпусе и введен в контакт, например, с кольцевым выступом вала. При нарушении осевого положения вала (наличии осевого сдвига) сигнал, вырабатываемый датчиком, поступает на внешнее устройство, замыкающее обводную магистраль, соединяющую упомянутые выше полости. Это вызывает снижение давления газа в полости между компрессором и турбиной, что в свою очередь позволяет восстановить осевое положение вала турбодетандера. The system of adjustable gas unloading weakens the effect of axial forces on the shaft and stabilizes the position of its axis due to the automatic transfer of gas from the cavity located between the compressor and the turbine to the cavity at the outlet of the turbine when the axial position of the shaft is violated by a signal from the sensor. The sensor is mounted on the housing and is brought into contact, for example, with an annular projection of the shaft. If the axial position of the shaft is violated (axial shift is present), the signal generated by the sensor is fed to an external device that closes the bypass line connecting the above-mentioned cavities. This causes a decrease in gas pressure in the cavity between the compressor and the turbine, which in turn allows the axial position of the turbo expander shaft to be restored.

Для отделения масляных полостей турбодетандера от его проточной газовой части применена комбинированная система уплотнений, включающая в себя щелевые и дополнительно установленные торцевые уплотнения, поскольку одних щелевых уплотнений недостаточно для обеспечения необходимого превышения давления масла над давлением газа. Каждое из щелевых уплотнений может быть лабиринтным (как в прототипе) либо выполненным в виде плавающих колец в обойме (по меньшей мере одного). Каждое из торцевых уплотнений выполнено в виде двух дисков, введенных между собой в контакт поверхностями, перпендикулярными оси вала, при этом один из дисков жестко связан с корпусом, а другой также жестко закреплен на валу. Трущиеся поверхности дисков притерты до молекулярного уровня, что обеспечивается высокой чистотой обработки поверхностей. Компенсация осевого биения вала износа трущихся поверхностей в процессе эксплуатации турбодетандера обеспечивается тем, что по периметру наружной поверхности каждого из уплотнений в корпусе выполнены по меньшей мере четыре паза, в каждом из которых установлены демпфирующие пружины сжатия. To separate the oil cavities of the turboexpander from its flowing gas part, a combined sealing system is used, including slotted and additionally installed mechanical seals, since slotted seals alone are not sufficient to provide the necessary excess of oil pressure over gas pressure. Each of the gap seals can be labyrinth (as in the prototype) or made in the form of floating rings in a cage (at least one). Each of the mechanical seals is made in the form of two disks introduced into contact by surfaces perpendicular to the axis of the shaft, while one of the disks is rigidly connected to the housing, and the other is also rigidly fixed to the shaft. The rubbing surfaces of the disks are ground to a molecular level, which is ensured by high surface finish. Compensation of the axial runout of the shaft of wear of the rubbing surfaces during the operation of the turboexpander is ensured by the fact that at least four grooves are made along the perimeter of the outer surface of each of the seals in the housing, in each of which damping compression springs are installed.

Опора вала, размещенная со стороны компрессора, выполнена в виде по меньшей мере одного радиального и одного осевого подшипников качения, а опора, установленная со стороны турбины, - по меньшей мере одного радиального подшипника качения. The shaft support located on the compressor side is made in the form of at least one radial and one axial rolling bearings, and the support mounted on the turbine side is made of at least one radial rolling bearing.

Поскольку поступающий в турбодетандер газ содержит влагу, в процессе его расширения в турбине образуется конденсат, вызывающий эрозию поверхности лопаток. В заявляемом турбодетандере применена осевая турбина в отличие от радиальной в прототипе, которая в меньшей степени подвержена эрозии лопаток ввиду определенного направления потока газа вдоль оси турбины. Since the gas entering the turbo-expander contains moisture, condensation forms in the turbine during expansion, causing erosion of the surface of the blades. In the inventive turboexpander, an axial turbine is used as opposed to a radial one in the prototype, which is less prone to blade erosion due to a certain direction of gas flow along the turbine axis.

Кроме того, в турбодетандере для смазки подшипников и в качестве "запирающей жидкости" в уплотнении используется масло одинакового давления, для чего в корпусе выполнены каналы, связанные с одной и той же напорной магистралью маслонасоса. Это позволяет сократить энергозатраты и номенклатуру арматуры и оборудования. In addition, in a turboexpander for lubricating bearings and as a "locking fluid" in the seal, oil of the same pressure is used, for which channels are connected in the housing associated with the same pressure line of the oil pump. This allows you to reduce energy consumption and the range of valves and equipment.

Все вышеперечисленные особенности турбодетандера обеспечивают улучшение его теплотехнических и энергетических характеристик. All of the above features of the turboexpander provide an improvement in its heat engineering and energy characteristics.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез турбодетандера, на фиг.2 - узел уплотнений по А в масштабе 5:1. The invention is illustrated by the description and the accompanying drawings. Figure 1 shows a longitudinal section of a turboexpander, figure 2 - node seals along A in a scale of 5: 1.

Турбодетандер содержит корпус 1 с полостями, разгрузочными и подвода и отвода газа, компрессор 2 и турбину 3, установленные на валу 4 в подшипниковых опорах: со стороны компрессора - в виде одного радиального подшипника качения 5 и одного осевого подшипника качения 6, а со стороны турбины - в виде одного радиального подшипника качения 5. Для подвода смазки к подшипникам и "запирающей жидкости" к уплотнениям в корпусе образованы полости 7, сообщающиеся посредством каналов 8 с напорной масляной магистралью, расположенной вне турбодетандера, и заполненные маслом, давление которого превышает давление газа в проточных полостях корпуса. В местах перехода вала из газовых полостей в масляные установлены комбинированные уплотнения, включающие щелевые 9, каждое состоящее из металлических плавающих колец в обойме и связанное с валом поверхностями из мягкого металла, и торцевые в виде двух притертых до молекулярного уровня неметаллических дисков, один из которых 10 жестко установлен в корпусе, а другой 11 жестко связан с валом. Турбодетандер снабжен системой регулируемой газовой разгрузки, которая включает в себя трубку 12, установленную в корпусе и сообщенную одним концом через канал 13 с полостью 14, расположенной между компрессором и турбиной, а другим концом через управляющее устройство 15 - с полостью 16 на выходе из проточной части, а также датчик осевого перемещения вала 17, установленный в корпусе со стороны турбины и введенный в контакт с кольцевым выступом 18 вала 4. Выход датчика выполнен с возможностью подсоединения к внешнему устройству. Датчик, в частности, может быть выполнен индукционным, реагирующим на изменение магнитного потока при перемещении вала, а выходной сигнал датчика в этом случае - ток в цепи управления устройства 15 (например, в виде клапана перепуска газа между полостью 14 и полостью 16). Турбина 3 выполнена осевой, при этом поток газа, воздействующий на ее лопатки, движется вдоль оси турбины и конденсат, содержащийся в газе, выносится за ее пределы. Для поддержания работоспособности уплотнений в течение длительного срока эксплуатации в корпусе по периметру внешней части каждого из уплотнений выполнены пазы, в каждом из которых установлена демпфирующая пружина сжатия 19. Полости 20 и 21 служат для подвода газа компрессору и отвода из него соответственно, а полость 22 - для подвода газа к турбине. The turbo-expander contains a housing 1 with cavities, discharge and gas inlet and outlet, a compressor 2 and a turbine 3 mounted on a shaft 4 in bearing bearings: on the compressor side - in the form of one radial rolling bearing 5 and one axial rolling bearing 6, and from the turbine side - in the form of a single radial rolling bearing 5. For the supply of lubricant to the bearings and the “locking fluid” to the seals in the housing, cavities 7 are formed, communicating via channels 8 with a pressure oil line located outside the turboexpander, and filled with oil, the pressure of which exceeds the gas pressure in the flow cavities of the housing. In the places where the shaft passes from gas cavities to oil ones, combined seals are installed, including slotted 9, each consisting of metal floating rings in a cage and connected to the shaft by soft metal surfaces, and end ones in the form of two non-metallic disks ground to a molecular level, one of which 10 rigidly mounted in the housing, and the other 11 is rigidly connected to the shaft. The turbo expander is equipped with an adjustable gas discharge system, which includes a tube 12 installed in the housing and communicated at one end through a channel 13 with a cavity 14 located between the compressor and the turbine, and the other end through a control device 15 with a cavity 16 at the outlet of the flow part as well as an axial displacement sensor of the shaft 17 mounted in the housing on the turbine side and brought into contact with the annular protrusion 18 of the shaft 4. The sensor output is configured to be connected to an external device. The sensor, in particular, can be made induction, responsive to a change in magnetic flux when moving the shaft, and the output signal of the sensor in this case is the current in the control circuit of device 15 (for example, in the form of a gas bypass valve between cavity 14 and cavity 16). The turbine 3 is made axial, while the gas flow acting on its blades moves along the axis of the turbine and the condensate contained in the gas is carried outside. To maintain the performance of the seals for a long period of operation, grooves are made in the housing along the perimeter of the outer part of each of the seals, in each of which a damping compression spring 19 is installed. Cavities 20 and 21 are used to supply gas to the compressor and discharge from it, respectively, and cavity 22 for supplying gas to the turbine.

Вариант 2. Option 2

Задача решается тем, что в турбодетандере, содержащем корпус с полостями, разгрузочными и подвода и отвода газа, установленный в корпусе на подшипниковых опорах вал, размещенные на валу компрессор и турбину, каждый из подшипников выполнен электромагнитным, а в турбодетандер введена система регулируемой газовой разгрузки, включающая установленную в корпусе трубку, сообщенную одним концом с полостью, расположенной между компрессором и турбиной, а другим концом через управляющее устройство - с полостью на выходе из турбины, а также по меньшей мере два датчика осевого и два датчика радиального перемещения вала, установленные в корпусе с возможностью подсоединения выхода каждого к внешнему устройству. Помимо этого на валу дополнительно установлены подшипники качения, по одному в зоне турбины и компрессора, а турбина выполнена осевой. Со стороны турбины опора вала содержит один радиальный электромагнитный подшипник, включающий статор, закрепленный на корпусе, и ротор, связанный с валом. Статор выполнен, например, в виде пакета металлических пластин, в пазы которого уложены катушки возбуждения, ротор же радиального подшипника представляет собой беспазовый пакет железных пластин. Со стороны компрессора опора вала содержит помимо аналогичного вышеописанному радиального подшипника осевой подшипник, выполненный, например, из двух электромагнитов, неподвижная часть каждого из которых представляет собой стальной корпус с фланцем, в котором размещены катушки возбуждения, а вращающаяся часть - в виде диска, связанного с валом. Применение электромагнитных опор исключает использование масла и обусловлено тем, что с увеличением частоты вращения вала традиционная схема опор с использованием подшипников качения и скольжения не позволяет обеспечить необходимую долговечность и ресурс вращающихся пар без активного охлаждения и смазки. The problem is solved in that in a turboexpander containing a housing with cavities, discharge and gas inlets and outlets, a shaft mounted on the bearings on the bearings, a compressor and a turbine mounted on the shaft, each of the bearings is electromagnetic, and an adjustable gas discharge system is introduced into the turboexpander, including a tube installed in the housing, connected at one end with a cavity located between the compressor and the turbine, and at the other end through a control device, with a cavity at the outlet of the turbine, as well as at least it has at least two axial sensors and two shaft radial displacement sensors installed in the housing with the possibility of connecting each output to an external device. In addition, rolling bearings are additionally installed on the shaft, one each in the zone of the turbine and compressor, and the turbine is made axial. On the turbine side, the shaft support comprises one radial electromagnetic bearing, including a stator mounted on the housing, and a rotor connected to the shaft. The stator is made, for example, in the form of a package of metal plates, in the grooves of which are placed the excitation coils, the rotor of the radial bearing is a baseless package of iron plates. On the compressor side, the shaft support contains, in addition to the radial bearing similar to that described above, an axial bearing made, for example, of two electromagnets, the fixed part of each of which is a steel housing with a flange in which the excitation coils are placed, and the rotating part is in the form of a disk associated with shaft. The use of electromagnetic bearings eliminates the use of oil and is due to the fact that with an increase in the shaft rotation frequency, the traditional bearing arrangement using rolling and sliding bearings does not allow to provide the necessary durability and resource of rotating pairs without active cooling and lubrication.

В заявляемом турбодетандере центрирование вала и восприятие осевых и радиальных нагрузок обеспечивается силами магнитного взаимодействия статорной неподвижной части электромагнита и ротора без механического контакта между ними. Поскольку у электромагнита отсутствуют элементы, имеющие потенциально ограниченный ресурс и требующие потенциальной замены, в заявляемом турбодетандере существенно повышается надежность и увеличивается срок службы. In the inventive turboexpander, centering of the shaft and the perception of axial and radial loads is provided by the forces of magnetic interaction of the stator stationary part of the electromagnet and the rotor without mechanical contact between them. Since the electromagnet does not have elements that have a potentially limited resource and require potential replacement, the inventive turboexpander significantly increases reliability and increases the service life.

Сила тока в обмотках каждого из электромагнитов регулируется по сигналам от датчиков осевого и радиального перемещения вала. Каждый из радиальных датчиков содержит статорную часть, установленную на радиальном электромагните, и роторную, закрепленную на валу. Каждый из осевых датчиков также содержит статорную часть, установленную на корпусе, и роторную часть, установленную на валу. Датчики реагируют на изменение магнитного поля в электромагните, вызываемое смещением вала в радиальном или осевом направлении. Выходы датчиков подключены к внешнему устройству управления магнитным подвесом. Упомянутые датчики включены также в систему регулируемой газовой разгрузки для управления внешним устройством, перекрывающим магистраль перепуска газа. The current strength in the windings of each of the electromagnets is regulated by signals from the axial and radial shaft displacement sensors. Each of the radial sensors contains a stator part mounted on a radial electromagnet, and a rotor mounted on the shaft. Each of the axial sensors also contains a stator part mounted on the housing, and a rotor part mounted on the shaft. The sensors respond to a change in the magnetic field in the electromagnet caused by the displacement of the shaft in the radial or axial direction. The sensor outputs are connected to an external magnetic suspension control device. Said sensors are also included in an adjustable gas discharge system for controlling an external device that shuts off the gas bypass line.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами. На фиг. 3 изображен продольный разрез турбодетандера, на фиг.4 - узел подвески вала в зоне турбины по Б в масштабе 5:1; на фиг.5 - принципиальная схема установки низкотемпературной сепарации газа, в состав которой входит заявляемый турбодетандер. The invention is illustrated by the description and the accompanying drawings. In FIG. 3 shows a longitudinal section of a turboexpander, in Fig.4 - a node of the suspension of the shaft in the turbine zone according to B in a scale of 5: 1; figure 5 is a schematic diagram of the installation of low-temperature gas separation, which includes the inventive turboexpander.

Турбодетандер содержит корпус 1 с разгрузочными полостями и полостями подвода и отвода газа, компрессор 2 и турбину 3, размещенные на валу 4, установленном в корпусе на электромагнитных опорах: со стороны турбины - в виде одного радиального электромагнитного подшипника, а со стороны компрессора - в виде одного радиального и одного осевого электромагнитных подшипников. Радиальный подшипник содержит неподвижную статорную часть 23 в виде восьмиполюсного пакета пластин из магнитного материала, в пазы которого уложены катушки возбуждения, и роторную часть 24 в виде беспазового пакета стальных пластин. Осевой подшипник содержит два электромагнита 25, установленных в корпусе, и диск 26, закрепленный на коническом отрезке вала. Блок датчика радиального перемещения вала 27 установлены на каждом из радиальных подшипников и расположены непосредственно в его статорной части 23, а блок осевого датчика 28 - в статорной части 25 осевого подшипника. В непосредственной близости от каждого из электромагнитов установлены питающие трансформаторы (не показаны). The turboexpander includes a housing 1 with discharge cavities and gas inlet and outlet cavities, a compressor 2 and a turbine 3 located on a shaft 4 mounted in the housing on electromagnetic bearings: from the turbine side in the form of a single radial electromagnetic bearing, and from the compressor side in the form one radial and one axial electromagnetic bearings. The radial bearing contains a stationary stator part 23 in the form of an eight-pole package of plates of magnetic material, in the grooves of which are placed the excitation coils, and the rotor part 24 in the form of a slot-free package of steel plates. The axial bearing contains two electromagnets 25 installed in the housing, and a disk 26 mounted on a tapered shaft segment. The shaft radial displacement sensor unit 27 is mounted on each of the radial bearings and located directly in its stator part 23, and the axial sensor unit 28 is in the stator part 25 of the axial bearing. In the immediate vicinity of each of the electromagnets, power transformers (not shown) are installed.

Система регулируемой газовой разгрузки включает в себя установленную в корпусе трубку 12, сообщенную одним концом с полостью 14, расположенной между компрессором и турбиной, а другим концом через регулирующее устройство 15 - с полостью 16 на выходе из проточной части турбины. The adjustable gas discharge system includes a tube 12 installed in the housing, communicated at one end with a cavity 14 located between the compressor and the turbine, and at the other end through a regulating device 15, with a cavity 16 at the outlet of the turbine flow part.

На валу размещены дополнительные страховочные подшипники качения 29, по одному со стороны турбины и компрессора. Все электрические соединения, обеспечивающие питание обмоток электромагнитов, датчиков и прочие, выполнены с возможностью подсоединения к устройству управления, размещенному вне корпуса турбодетандера. Полости 20 и 21 служат для подвода газа к компрессору и отвода газа из него соответственно, полость 22 служит для подвода газа к турбине. On the shaft there are additional safety rolling bearings 29, one from the turbine and compressor. All electrical connections that provide power to the windings of electromagnets, sensors, and others are made with the possibility of connecting to a control device located outside the turbine expander housing. Cavities 20 and 21 serve to supply gas to the compressor and to discharge gas from it, respectively, cavity 22 serves to supply gas to the turbine.

Работа турбодетандера (вариант 1 и вариант 2) применительно к варианту его использования в составе установки низкотемпературной сепарации газа, принципиальная схема которой приведена на фиг.5, осуществляется следующим образом. The operation of the turboexpander (option 1 and option 2) in relation to the option of its use as part of the installation of low-temperature gas separation, the circuit diagram of which is shown in figure 5, as follows.

Природный газ температурой около 15^oС и давлением 10 МПа из напорной магистрали поступает в компрессор 2, где сжимается, после чего направляется на внешние устройства охлаждения: сначала в газовоздушный теплообменник 30, а затем в регенеративный 31, после чего охлажденный газ поступает на вход в турбину 3. При расширении газа в турбине его температура понижается до -35^oС, а давление до 6,3 МПа. Расширенный и охлажденный газ поступает в сепаратор 32 и после отделения конденсата - в регенеративный теплообменник 33 для охлаждения газа, выходящего из компрессора 2, и далее направляется в газовую магистраль. При нарушении симметрии оси вала сигнал от соответствующего датчика поступает на управляющее устройство 15, установленное в канале перепуска газа из полости 14 в полость 16. Изменением проходного сечения управляющего устройства устанавливается необходимое давление газа в полости 14, воздействующее на вал. При восстановлении симметрии вала устройство 15 перекрывает канал перепуска газа.Natural gas with a temperature of about 15 ^o C and a pressure of 10 MPa from the pressure line enters the compressor 2, where it is compressed, and then sent to external cooling devices: first to a gas-air heat exchanger 30, and then to regenerative 31, after which the cooled gas enters the inlet turbine 3. When the gas expands in the turbine, its temperature drops to -35 ^o C, and the pressure to 6.3 MPa. The expanded and cooled gas enters the separator 32 and, after the condensate is separated, into the regenerative heat exchanger 33 to cool the gas leaving the compressor 2, and then goes to the gas main. If the symmetry of the axis of the shaft is broken, the signal from the corresponding sensor enters the control device 15 installed in the gas bypass channel from the cavity 14 to the cavity 16. By changing the passage section of the control device, the necessary gas pressure in the cavity 14 is established, acting on the shaft. When restoring shaft symmetry, device 15 closes the gas bypass channel.

Оба варианта изобретения могут быть использованы в качестве источника холода в устройствах, использующих природный газ, в том числе для низкотемпературной сепарации газа или его охлаждения перед транспортировкой по газопроводам, проложенным в условиях вечной мерзлоты. Both variants of the invention can be used as a source of cold in devices using natural gas, including for low-temperature gas separation or its cooling before transportation through gas pipelines laid in permafrost.

Claims

1. A turbo-expander comprising a housing with cavities, a shaft mounted on the bearing bearings in the housing, a compressor and a turbine located on the shaft, gap seals, characterized in that an adjustable gas discharge system is introduced into it, including a tube installed in the housing, communicated at one end through a channel made in the housing, with a cavity located between the compressor and the turbine, and the other end through a control device with a cavity at the outlet of the turbine, as well as an axial shaft displacement sensor installed in the housing with the possibility of connecting its output to an external device, in addition, at least two mechanical seals are additionally placed in the housing.

2. The turboexpander according to claim 1, characterized in that each of the aforementioned gap seals is made in the form of at least one floating ring mounted in a cage.

3. The turboexpander according to claim 1, characterized in that each of the mentioned mechanical seals is made in the form of two disks, rubbed with surfaces perpendicular to the axis of the shaft, while one of the disks is rigidly fixed to the housing, and the other disk is rigidly fixed to the shaft.

4. The turboexpander according to claim 1, characterized in that at least four grooves are made in the housing along the outer perimeter of each of the seals, each of which has a damping compression spring.

5. The turboexpander according to claim 1, characterized in that the turbine is made axial.

6. The turboexpander according to claim 1, characterized in that said shaft axial position sensor is brought into contact with an annular shaft protrusion.

7. A turboexpander containing a housing with cavities, a shaft mounted on the bearings on the bearings, a compressor and a turbine located on the shaft, characterized in that each of the bearings is electromagnetic, and an adjustable gas discharge system is introduced into the turboexpander, including a pipe installed in the housing one end with a cavity located between the compressor and the turbine, and the other end through a control device with a cavity at the outlet of the turbine, as well as at least two axial sensors and two ra sensors dial shaft movement mounted in the housing with the ability to connect the output of each to an external device.

8. The turboexpander according to claim 7, characterized in that the turbine is made axial.

9. The turboexpander according to claim 7, characterized in that at least two safety roller bearings are additionally mounted on the shaft.