RU2516053C2 - Turbo generator without output shaft - Google Patents

Turbo generator without output shaft Download PDF

Info

Publication number
RU2516053C2
RU2516053C2 RU2011134521/06A RU2011134521A RU2516053C2 RU 2516053 C2 RU2516053 C2 RU 2516053C2 RU 2011134521/06 A RU2011134521/06 A RU 2011134521/06A RU 2011134521 A RU2011134521 A RU 2011134521A RU 2516053 C2 RU2516053 C2 RU 2516053C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
housing
generator
gas
shaft
Prior art date
Application number
RU2011134521/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011134521A (en
Inventor
Рафкат Абдулхаевич Кантюков
Рашад Карибуллович Гимранов
Рафаэль Рафкатович Кантюков
Айрат Артурович Бульхин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority to RU2011134521/06A priority Critical patent/RU2516053C2/en
Publication of RU2011134521A publication Critical patent/RU2011134521A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516053C2 publication Critical patent/RU2516053C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed turbo generator comprises the turbine fitted on generator shaft integrated with said turbine in tight housing with inlet and outlet flanges for connection to gas-distributing station. Said turbine represents a vortex turbine. Generator shaft can rotate and displace axially relative to said housing. Said housing accommodates hydraulic resistance adjusting assembly secured at housing cover inner part to allow axial displacement of generator shaft. Said hydraulic resistance adjusting assembly is connected via branch pipe with the housing inlet chamber.
EFFECT: higher reliability, controlled power output.
4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение - турбогенератор без выходного вала относится к газовой промышленности, а именно к газоредуцирующему оборудованию, используемому на газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП) и предназначен для снижения высокого давления газа магистральных газопроводов до более низких значений, необходимых потребителям газа, с попутной выработкой электроэнергии за счет использовании перепада давления газа на входе и выходе ГРС или ГРП. Изобретение может найти применение преимущественно на ГРС, ГРП, тепловых электростанциях, котельных, а также технологических агрегатах в схемах выработки холода и сжижения газа.The present invention - a turbine generator without an output shaft relates to the gas industry, namely to gas reduction equipment used at gas distribution stations (GDS) and gas control points (HF) and is intended to reduce the high gas pressure of gas pipelines to lower values required by gas consumers, s associated generation of electricity through the use of a differential pressure of gas at the inlet and outlet of the gas distribution system or hydraulic fracturing. The invention can find application mainly in gas distribution stations, hydraulic fracturing, thermal power plants, boiler houses, as well as process units in schemes for generating cold and gas liquefaction.

Известна турбодетандерная установка для преобразования энергии избыточного давления газа газораспределительных сетей в электроэнергию, содержащая электрогенератор и приводящий его во вращение турбодетандерный агрегат, смонтированный в съемном корпусе-вставке, размещенном в наружном силовом корпусе и сочлененном с ним разъемным соединением. (Патент РФ №2208170, 2003.07.10, «Турбодетандерная установка для преобразования энергии избыточного давления газа газораспределительных сетей в электроэнергию», МПК F01D 15/10).Known turboexpander installation for converting gas overpressure energy of gas distribution networks into electricity, containing an electric generator and driving it into rotation a turboexpander unit mounted in a removable insert-housing placed in an external power housing and connected to it by a detachable connection. (RF patent No. 2208170, 2003.07.10, “Turbine expansion device for converting gas overpressure energy from gas distribution networks into electricity”, IPC F01D 15/10).

Недостатком данной установки является то, что для компенсации высоких оборотов турбины используется редуктор, для осуществления кинематической связи с электрогенератором вал турбодетандера выходит за пределы корпуса турбодетандера, вследствие чего используется сложная, дорогостоящая система уплотнения, требующая регулярного обслуживания.The disadvantage of this installation is that a gearbox is used to compensate for high turbine revolutions, to carry out kinematic communication with the electric generator, the turboexpander shaft extends beyond the turbine expander body, as a result of which a complex, expensive sealing system is required that requires regular maintenance.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением-прототипом является турбодетандерная установка, содержащая электрогенератор, вал которого соединен с валом газорасширительной турбины, причем электрогенератор и газорасширительная турбина размещены в газопроводящей трубе во вмонтированном в нее съемном корпусе-вставке, имеющем герметичные электровыводы, предназначенные для вывода цепей электрогенератора наружу. (Патент РФ №64284, 2007.06.27, «Турбодетандерная установка», МПК F01D 15/10).Closest to the claimed technical solution, the prototype is a turboexpander installation containing an electric generator, the shaft of which is connected to the shaft of the gas expansion turbine, the electric generator and gas expansion turbine being placed in a gas conduit mounted in a removable housing-insert with hermetic electrical outlets designed for outputting circuits out. (RF Patent No. 64284, 2007.06.27, “Turbo expander installation”, IPC F01D 15/10).

Недостатком данной установки является то, что газорасширительная турбина является высокооборотной осевой турбиной, и в потоке газа развивает высокие обороты, кроме того, в данной установке не предусмотрено регулирование гидравлического сопротивления.The disadvantage of this installation is that the gas expansion turbine is a high-speed axial turbine, and develops high revolutions in the gas flow, in addition, the hydraulic resistance is not provided in this installation.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы генератора за счет снижения числа оборотов, возможность автоматического регулирования гидравлического сопротивления установки.The technical result of the invention is to increase the reliability of the generator by reducing the speed, the ability to automatically control the hydraulic resistance of the installation.

Технический результат в турбогенераторе без выходного вала, содержащем турбину, закрепленную на валу генератора размещенного в едином с турбиной герметичном корпусе имеющем входной и выходной фланцы для подключения к ГРС, достигается тем, что в качестве турбины использована турбина вихревая, вал генератора установлен с возможностью вращательного и осевого перемещения относительно корпуса, в корпусе установлен узел регулирования гидравлического сопротивления, который закреплен на внутренней части крышки корпуса с возможностью осевого перемещения вала генератора, узел регулирования гидравлического сопротивления соединен с помощью патрубка с входной полостью корпуса.The technical result in a turbogenerator without an output shaft containing a turbine mounted on a generator shaft located in a sealed housing integrated with the turbine and having an input and output flanges for connecting to the gas distribution system is achieved by the fact that a vortex turbine is used as a turbine, the generator shaft is rotationally and axial movement relative to the housing; a hydraulic resistance control unit is installed in the housing, which is mounted on the inside of the housing cover with the possibility of axial When moving the generator shaft, the hydraulic resistance control unit is connected by means of a pipe to the input cavity of the housing.

На фиг.1 изображено устройство - турбогенератор без выходного вала в разрезе.In Fig.1 shows a device - a turbogenerator without an output shaft in the context.

На фиг.2 изображен вид A фиг.1.Figure 2 shows a view A of figure 1.

На фиг.3 изображено устройство - турбогенератор без выходного вала в разрезе в положении максимального сопротивления оказываемого лопастями турбины.Figure 3 shows a device - a turbogenerator without an output shaft in a section in the position of maximum resistance provided by the turbine blades.

На фиг.4 изображено устройство турбогенератор без выходного вала в разрезе в положении минимального сопротивления оказываемого лопастями турбины.Figure 4 shows a device of a turbogenerator without an output shaft in a section in the position of minimum resistance provided by the turbine blades.

Турбогенератор без выходного вала (фиг.1, 2) содержит: турбину 1, закрепленную на валу 2 генератора размещенного в едином с турбиной 1 герметичном корпусе 3 имеющем входной 4 и выходной 5 фланцы для подключения к ГРС, в качестве турбины 1 использована турбина вихревая, вал 2 генератора установлен с возможностью вращательного и осевого перемещения относительно корпуса 3, в корпусе 3 установлен узел регулирования гидравлического сопротивления, который закреплен на внутренний части крышки корпуса 6 с возможностью осевого перемещения вала 2 генератора, узел регулирования гидравлического сопротивления соединен с помощью патрубка 7 с входной полостью корпуса 3. В примере конкретной реализации вихревая турбина 1, закреплена на вертикально расположенном внутри корпуса 3 валу 2 генератора, на котором закреплен постоянный магнит 8, который является ротором генератора, вал 2 установлен на подшипниках качения 9, 10 для возможности вращения, подшипники качения 9, 10 закреплены в подшипниках осевого перемещения 11, 12 для осевого перемещения вала, подшипник осевого перемещения 11 установлен в глухом пазу нижней части корпуса 3, подшипник осевого перемещения 12, закреплен на опоре 13. Опора 13 закреплена на корпусе 3, опора 13 имеет сквозные отверстия для разгрузки ее от давления газа. Сверху корпуса 3 герметично закреплена крышка корпуса 6, с помощью фланцевого соединения с уплотнением 14, для автоматического регулирования гидравлического сопротивления установки в крышке корпуса 6 установлен узел регулирования с противоположной стороны турбины относительно генератора, узел регулирования состоит из приваренной к крышке корпуса 6 камеры регулирования 15 внутри которой закреплена мембрана 16 разделяющая корпус камеры регулирования 15 на две полости, надмембранную полость 17, подмембранную полость 18. На мембране 16 закреплен шток 19, который выходит из корпуса камеры регулирования 15 через герметичную юбку 20, один конец которой закреплен на камере регулирования 15, а другой конец закреплен на штоке 19. Шток 19 присоединен к подвижной части подшипника осевого перемещения 12. Полость 17 через отверстие в крышке корпуса 6 с помощью патрубка 7 соединена с входной полостью корпуса 3. Полость 18 является герметично изолированной и содержит инертный газ с заданным (условием регулирования) давлением. На стенках корпуса 3 прикреплена обмотка 21 (статор) генератора с герметичным выводом проводов 22 из корпуса 3.A turbogenerator without an output shaft (FIGS. 1, 2) contains: a turbine 1 mounted on a shaft 2 of a generator located in a sealed housing 3 integrated with a turbine 1 and having an input 4 and output 5 flanges for connecting to a gas distribution system, a vortex turbine is used as a turbine 1, the generator shaft 2 is installed with the possibility of rotational and axial movement relative to the housing 3, the hydraulic resistance control unit is installed in the housing 3, which is mounted on the inner part of the housing cover 6 with the possibility of axial movement of the shaft 2 of the generator ora, the hydraulic resistance control unit is connected via a pipe 7 to the input cavity of the housing 3. In an example of a specific implementation, the vortex turbine 1 is mounted on a generator shaft 2 vertically located inside the housing 3, on which a permanent magnet 8, which is the generator rotor, is fixed, shaft 2 mounted on rolling bearings 9, 10 for rotation, rolling bearings 9, 10 are mounted in axial bearings 11, 12 for axial movement of the shaft, the axial bearing 11 is installed in the blind the groove of the lower part of the housing 3, the axial displacement bearing 12 is mounted on the support 13. The support 13 is mounted on the housing 3, the support 13 has through holes for unloading it from gas pressure. The housing cover 6 is hermetically fixed on top of the housing 3, with a flange connection with a seal 14, for automatically controlling the hydraulic resistance of the installation, a control unit is installed in the cover of the housing 6 on the opposite side of the turbine relative to the generator, the control unit consists of a control chamber 15 welded to the cover of the housing 6 inside which is fixed to the membrane 16 dividing the housing of the control chamber 15 into two cavities, a supramembrane cavity 17, a submembrane cavity 18. On the membrane 16 is fixed n rod 19, which leaves the housing of the control chamber 15 through a sealed skirt 20, one end of which is fixed to the control chamber 15, and the other end is fixed to the rod 19. The rod 19 is connected to the movable part of the axial displacement bearing 12. The cavity 17 through the hole in the cover the housing 6 by means of a pipe 7 is connected to the inlet cavity of the housing 3. The cavity 18 is hermetically isolated and contains an inert gas with a predetermined (condition for regulation) pressure. On the walls of the housing 3 is attached a winding 21 (stator) of the generator with a sealed lead wires 22 from the housing 3.

Рассмотрим работу турбогенератора без выходного вала. Турбогенератор без выходного вала подключают к ГРС, которая обеспечивает снижение давления газа, например с 40 кГ/см2 до 12 кГ/см2 или с 12 кГ/см2 до 3 кГ/см2, природный газ высокого давления из магистрального газопровода высокого давления через входной фланец 4 попадает на лопасти вихревой турбины 1, за счет чего она начинает вращаться. Вращение вихревой турбины 1 вызывает вращение постоянного магнита 8, который установлен с вихревой турбиной 1 на одном валу (роторе) 2. Вращение постоянного магнита 8 вызывает в катушке статора 21 выработку электроэнергии, которая через герметичные выводы 22 выводится в общую схему электроснабжения ГРС. Количество вырабатываемой электроэнергии, а также степень снижения давления газа за счет потери энергии газового потока вследствие гидравлического сопротивления оказываемого лопастями турбины 1 с постоянным магнитом 8 на одном валу 2, будет зависеть от положения вихревой турбины 1 внутри корпуса 3. Когда давление в полости 17 (давление в магистральном газопроводе) превышает давление в полости 18 (заданное условием регулирования давление), камеры 15, шток 19 одна сторона которого прикреплена к мембране 16 перемещает своей другой стороной подвижную часть подшипника осевого перемещения 12 и вал 2 закрепленный на подшипниках качения 9, 10 с установленными на нем постоянным магнитом 8 и вихревой турбиной 1 в сторону максимального перекрытия турбиной 1 потока газа проходящего в корпусе 3 установки (фиг.3). Когда давление в полости 17 (давление в магистральном газопроводе) меньше давления в полости 18 (заданное условием регулирования давление), камеры 15, шток 19 одна сторона которого прикреплена к мембране 16 перемещает своей другой стороной подвижную часть подшипника осевого перемещения 12 и вал 2 закрепленный на подшипниках качения 9, 10 с установленными на нем постоянным магнитом 8 и вихревой турбиной 1 в сторону минимального перекрытия турбиной 1 потока газа проходящего в корпусе 3 установки (фиг.4.). При близких значения давлений в полости 17 и полости 18 камеры 15, и в моменты изменений давления, шток 19 одна сторона которого прикрепленный к мембране 16 перемещает своей другой стороной подвижную часть подшипника осевого перемещения 12 и вал 2 закрепленный на подшипниках качения 9, 10 с установленными на нем постоянным магнитом 8 и вихревой турбиной 1 в промежуточные положения перекрытия турбиной 1 потока газа проходящего в корпусе установки.Consider the operation of a turbogenerator without an output shaft. A turbogenerator without an output shaft is connected to the gas distribution system, which provides a reduction in gas pressure, for example, from 40 kg / cm 2 to 12 kg / cm 2 or from 12 kg / cm 2 to 3 kg / cm 2 , high-pressure natural gas from a high-pressure gas pipeline through the inlet flange 4 falls on the blades of the vortex turbine 1, due to which it begins to rotate. The rotation of the vortex turbine 1 causes the rotation of the permanent magnet 8, which is installed with the vortex turbine 1 on the same shaft (rotor) 2. The rotation of the permanent magnet 8 causes the generation of electricity in the stator coil 21, which is output through the tight leads 22 to the general power supply circuit of the GDS. The amount of generated electricity, as well as the degree of decrease in gas pressure due to the loss of gas flow energy due to hydraulic resistance exerted by the blades of the turbine 1 with a permanent magnet 8 on one shaft 2, will depend on the position of the vortex turbine 1 inside the housing 3. When the pressure in the cavity 17 (pressure in the main gas pipeline) exceeds the pressure in the cavity 18 (pressure specified by the control condition) of the chamber 15, the rod 19 one side of which is attached to the membrane 16 moves its other side hydrochloric axial movement of the bearing 12 and the shaft 2 mounted on rolling bearings 9, 10 mounted thereon permanent magnet 8 and the vortex turbine 1 in the direction of maximum overlap of turbine 1, the gas stream flowing into the installation body 3 (Figure 3). When the pressure in the cavity 17 (pressure in the main gas pipeline) is less than the pressure in the cavity 18 (pressure set by the condition for regulation), the chamber 15, the rod 19 one side of which is attached to the membrane 16 moves the other side of the axial displacement bearing 12 and the shaft 2 fixed to rolling bearings 9, 10 with a permanent magnet 8 mounted on it and a vortex turbine 1 in the direction of the minimum turbine 1 overlapping the gas flow passing in the unit casing 3 (Fig. 4.). At close pressure values in the cavity 17 and the cavity 18 of the chamber 15, and at times of pressure changes, the rod 19 one side of which is attached to the membrane 16 moves the other side of the axial displacement bearing 12 and the shaft 2 is mounted on rolling bearings 9, 10 with installed on it with a permanent magnet 8 and a vortex turbine 1 to the intermediate positions of the turbine 1 blocking the gas flow passing in the installation casing.

Применение вихревой турбины, частота вращения которой оптимальная для работы генератора, повысит надежность за счет более низкого рабочего числа оборотов турбины и генератора, и позволит исключить использование редуктора.The use of a vortex turbine, the rotational speed of which is optimal for the generator, will increase reliability due to the lower operating speed of the turbine and generator, and will eliminate the use of a gearbox.

Наличие узла регулирования в едином с установкой корпусе позволит, во-первых, уменьшить число соединений узлов, что способствует снижению утечек из мест соединений, а во-вторых, обеспечит регулирование степень снижения давления газа вследствие потери энергии газового потока за счет изменения гидравлического сопротивления оказываемого турбиной a, следовательно, и регулирование количества вырабатываемой энергии.The presence of the control unit in a housing unified with the installation will allow, firstly, to reduce the number of connections of nodes, which helps to reduce leakage from the joints, and secondly, will provide regulation of the degree of decrease in gas pressure due to loss of energy of the gas flow due to changes in hydraulic resistance provided by the turbine a, therefore, the regulation of the amount of energy generated.

Claims (1)

Турбогенератор без выходного вала, содержащий турбину, закрепленную на валу генератора, размещенного в едином с турбиной герметичном корпусе, имеющем входной и выходной фланцы для подключения к газораспределительной станции, отличающийся тем, что в качестве турбины использована турбина вихревая, вал генератора установлен с возможностью вращательного и осевого перемещения относительно корпуса, в корпусе установлен узел регулирования гидравлического сопротивления, который закреплен на внутренней части крышки корпуса с возможностью осевого перемещения вала генератора, узел регулирования гидравлического сопротивления соединен с помощью патрубка с входной полостью корпуса. A turbine generator without an output shaft, comprising a turbine mounted on the shaft of a generator located in a sealed housing unified with the turbine, having an input and output flanges for connection to a gas distribution station, characterized in that a vortex turbine is used as a turbine, the generator shaft is rotationally and axial movement relative to the housing, a hydraulic resistance control unit is installed in the housing, which is fixed on the inside of the housing cover with the possibility of the left movement of the generator shaft, the hydraulic resistance control unit is connected by means of a pipe to the input cavity of the housing.
RU2011134521/06A 2011-08-17 2011-08-17 Turbo generator without output shaft RU2516053C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134521/06A RU2516053C2 (en) 2011-08-17 2011-08-17 Turbo generator without output shaft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134521/06A RU2516053C2 (en) 2011-08-17 2011-08-17 Turbo generator without output shaft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011134521A RU2011134521A (en) 2013-08-10
RU2516053C2 true RU2516053C2 (en) 2014-05-20

Family

ID=49159017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011134521/06A RU2516053C2 (en) 2011-08-17 2011-08-17 Turbo generator without output shaft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516053C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716780C1 (en) * 2019-07-29 2020-03-16 Юрий Иванович Духанин Turboexpander
RU2727945C1 (en) * 2019-12-12 2020-07-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" Turbine expander power plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293777A (en) * 1979-07-30 1981-10-06 Joseph Gamell Industries, Inc. Turbo-electric power plant and process
RU2253737C2 (en) * 2002-11-14 2005-06-10 Исачкин Анатолий Федорович Multistage axial and radial ingugstrom turbomachine without output shaft
RU64284U1 (en) * 2007-03-26 2007-06-27 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" TURBO-EXPANDER PLANT
RU68595U1 (en) * 2006-03-30 2007-11-27 Анатолий Петрович Черных TURBO POWER PLANT
CN201810462U (en) * 2010-06-21 2011-04-27 欧开亿 Pipeline type hydroturbine power generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293777A (en) * 1979-07-30 1981-10-06 Joseph Gamell Industries, Inc. Turbo-electric power plant and process
RU2253737C2 (en) * 2002-11-14 2005-06-10 Исачкин Анатолий Федорович Multistage axial and radial ingugstrom turbomachine without output shaft
RU68595U1 (en) * 2006-03-30 2007-11-27 Анатолий Петрович Черных TURBO POWER PLANT
RU64284U1 (en) * 2007-03-26 2007-06-27 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" TURBO-EXPANDER PLANT
CN201810462U (en) * 2010-06-21 2011-04-27 欧开亿 Pipeline type hydroturbine power generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716780C1 (en) * 2019-07-29 2020-03-16 Юрий Иванович Духанин Turboexpander
RU2727945C1 (en) * 2019-12-12 2020-07-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" Turbine expander power plant

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011134521A (en) 2013-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2140110B1 (en) Generating energy from fluid expansion
JP5883800B2 (en) Integrated compressor / expander
CN205225763U (en) Shaftless pump
JP2012112320A (en) Water stream power generating system
RU2013101590A (en) NON-LUBRICATED DESIGN FOR TURBO ENGINE
RU2596411C2 (en) Pump-turbine plant
CN103397974A (en) Magnetic levitation hydro-generator
CN205231941U (en) There is not shaft type hydraulic generator
RU2516053C2 (en) Turbo generator without output shaft
EP2667035A2 (en) Temperature control system for a machine and methods of operating same
RU2453725C2 (en) Power-generating device
GB2461286A (en) Fluid turbine
RU123459U1 (en) TURBOGENERATOR WITHOUT OUTPUT SHAFT
RU2371602C2 (en) Axial hydraulic turbine
DE502008001026D1 (en) Method for operating an electric generator for power generation in power plants
RU2323344C1 (en) Turbogenerator
JP2009068367A (en) Power generating device
WO2016101192A1 (en) Reduced-pressure turboexpander generator unit
RU2663969C1 (en) Electric power generating module
CN104564178A (en) Decompression expansion trubo-generator set
JP7129916B2 (en) Turbogenerator for generating electrical energy, associated operating and installation methods
WO2010116149A3 (en) Generation apparatus
RU2732275C1 (en) Expander-generator unit
Kraus et al. Hermetic 40-kW-Class Steam Turbine System for the Bottoming Cycle of Internal Combustion Engines
FI122435B (en) steam Power plant