RU2764566C1

RU2764566C1 - Jet-expander generator (options)

Info

Publication number: RU2764566C1
Application number: RU2021116701A
Authority: RU
Inventors: Ринат Шигабутдинович Серазитдинов; Владимир Григорьевич Тонконог; Искандер Мидхатович Хабибуллин; Булат Фаатович Серазетдинов; Игорь Петрович Беккер; Владимир Борисович Явкин; Владимир Сергеевич Громов; Зиннур Рашидович Акбиров
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+"
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-01-18

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, namely to turbine generators that can be used in power plants, as well as a backup energy source at gas distribution stations. The jet-expander generator contains an electric generator (16) connected to a turbine in the form of a Segner wheel. The turbine is installed in a cylindrical casing (1), contains a tubular shaft (6) with a closed end, mounted for rotation, on which, in a plane perpendicular to the axis, rows of pipes (9) are installed with open ends bent in opposite directions, equipped with fairing pylons (thirty). Holes (27) are made in the wall of the tubular shaft (6) corresponding to the branch pipes (9). The working gas outlet channel (25) is located tangentially relative to the housing (1) and a grating (26) is installed inside it, and a shutter blade (31) is installed at the inlet. The cavity (24) of the turbine casing (1) is connected with the cavity of the casing (17) of the electric generator (16) with ventilation supply channels (12) and ventilation exhaust channels (13). In the second version of the jet-expander generator, the electric generator is connected to the turbine by means of a magnetic coupling installed in a sealed casing.

EFFECT: invention improves the efficiency, reliability, service life and explosion safety of the generator.

8 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пневматическим и паровым турбогенераторам, которые могут быть использованы в энергоустановках, например, в качестве резервного источника энергии на газораспределительных станциях.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to pneumatic and steam turbine generators, which can be used in power plants, for example, as a backup source of energy at gas distribution stations.

Известен гидроэлектрический агрегат, содержащий электрогенератор и соединенную с ним турбину. Турбина выполнена с водоводом, а водовод снабжен сливной задвижкой, кинематически соединенной с генератором (авт.свидетельство СССР №1084483, МПК F03B 13/00, опубл. 1984).Known hydroelectric unit containing an electric generator and a turbine connected to it. The turbine is made with a conduit, and the conduit is equipped with a drain valve kinematically connected to the generator (USSR certificate No. 1084483, IPC F03B 13/00, publ. 1984).

Однако, известный гидроэлектрический агрегат не обеспечивает работу от одной турбины двух электрогенераторов для двух независимых потребителей электроэнергии, получаемой от электрогенераторов, вследствие больших потерь от использования одной турбины с водоводом.However, the well-known hydroelectric unit does not provide operation from one turbine of two electric generators for two independent consumers of electricity received from electric generators, due to large losses from the use of one turbine with a conduit.

Известен турбогенератор, содержащий электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор. Турбина имеет две втулки, закрепленные на роторах электрогенераторов, а лопатки расположены на втулках в чередующемся порядке с образованием камер сгорания переменного объема (авт. свидетельство СССР №1020592, МПК F01D 15/10, опубл. 1983). Топливная смесь поступает в камеры сгорания, где воспламеняется и сгорает. Продукты сгорания воздействуют на лопатки, приводя во вращательно-колебательное движение втулки и соответственно роторы электрогенераторов.Known turbogenerator containing an electric generator connected to the turbine, and the second electric generator. The turbine has two bushings attached to the rotors of electric generators, and the blades are located on the bushings in an alternating order with the formation of variable volume combustion chambers (USSR inventor's certificate No. 1020592, IPC F01D 15/10, publ. 1983). The fuel mixture enters the combustion chambers, where it ignites and burns. Combustion products act on the blades, resulting in a rotational-oscillatory motion of the bushings and, accordingly, the rotors of electric generators.

Однако, у известного турбогенератора большие потери тепла в стенке корпуса турбины, а также большие потери мощности из-за утечек рабочего газа через зазоры между лопатками и корпусом при высоких температурах и давлениях вспышки при сгорании топливной смеси, приводят к снижению коэффициента полезного действия. Колебательные движения роторов приводят к нестационарному режиму работы электрогенераторов, что также понижает их коэффициент полезного действия. Также высокий износ вращающихся втулок приводит к снижению ресурса работы турбогенератора.However, the well-known turbogenerator has large heat losses in the wall of the turbine housing, as well as large power losses due to leakage of the working gas through the gaps between the blades and the housing at high temperatures and flash pressures during the combustion of the fuel mixture, leading to a decrease in efficiency. The oscillatory movements of the rotors lead to non-stationary operation of electric generators, which also reduces their efficiency. Also, high wear of the rotating bushings leads to a decrease in the service life of the turbogenerator.

Известен турбогенератор, ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий электрогенератор, соединенный с турбиной, и второй электрогенератор. Турбина включает сегнерово колесо, выполненное в виде трубы с закрытым концом, установленной с возможностью вращения. На трубе радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с отогнутыми в противоположные стороны от их оси открытыми концами. Оси отогнутых открытых концов патрубков перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков и ось трубы. В стенке трубы соответственно патрубкам выполнены отверстия. Цилиндрический барабан скреплен соосно с валом, установленным с возможностью вращения. Барабан охватывает сегнерово колесо. Цилиндрический поясок барабана примыкает к отогнутым концам патрубков сегнерова колеса с зазором. На цилиндрическом пояске барабана радиально закреплена с противоположных сторон, по крайней мере, одна пара патрубков с открытыми концами, отогнутыми в разные стороны от их оси, противоположные сторонам патрубков сегнерова колеса. Оси отогнутых открытых концов патрубков барабана перпендикулярны плоскости, проходящей через оси пары патрубков барабана и ось трубы. В стенке пояска соответственно патрубкам выполнены отверстия. Соединение турбины с электрогенератором выполнено по валу барабана. Турбогенератор снабжен охватывающим сегнерово колесо и барабан корпусом со штуцером для выхода рабочего тела, кинематически связанными шестернями, одна из которых установлена на трубе, а другая установлена на валу второго электрогенератора (патент РФ №2217600, МПК F01D 15/10, опубликовано: 27.11.2003 Бюл. №33). Однако известный турбогенератор имеет низкий КПД, недостаточно защищен от взрывов при использовании в качестве топлива горючих газов и обладает сложной конструкцией.Known turbogenerator, the closest in technical essence and taken as a prototype, containing a generator connected to the turbine, and the second generator. The turbine includes a Segner wheel made in the form of a pipe with a closed end, mounted for rotation. At least one pair of branch pipes with open ends bent in opposite directions from their axis is radially fixed on the pipe from opposite sides. The axes of the bent open ends of the branch pipes are perpendicular to the plane passing through the axes of the pair of branch pipes and the axis of the pipe. Holes are made in the pipe wall corresponding to the branch pipes. Cylindrical drum is fastened coaxially with a shaft mounted for rotation. The drum covers the Segner wheel. The cylindrical belt of the drum adjoins the bent ends of the branch pipes of the Segner wheel with a gap. On the cylindrical belt of the drum, at least one pair of branch pipes with open ends bent in different directions from their axis, opposite to the sides of the branch pipes of the Segner wheel, is radially fixed from opposite sides. The axes of the bent open ends of the drum branch pipes are perpendicular to the plane passing through the axes of the pair of drum branch pipes and the pipe axis. Holes are made in the wall of the girdle corresponding to the nozzles. The turbine is connected to the electric generator along the drum shaft. The turbogenerator is equipped with a housing covering the Segner wheel and drum with a fitting for the outlet of the working fluid, kinematically connected gears, one of which is mounted on a pipe, and the other is mounted on the shaft of the second electric generator (RF patent No. 2217600, IPC F01D 15/10, published: 27.11.2003 Bull. No. 33). However, the known turbogenerator has a low efficiency, is not sufficiently protected from explosions when combustible gases are used as fuel, and has a complex design.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в создании высокоэффективного турбогенератора с высокой надежностью и взрывобезопасностью.The technical problem to be solved by the proposed technical solution is to create a highly efficient turbogenerator with high reliability and explosion safety.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении КПД, надежности, ресурса и взрывобезопасности турбогенератора при его эксплуатации, расширении функциональных возможностей, а также в упрощении конструкции.The technical result, which the proposed technical solution is aimed at, is to increase the efficiency, reliability, resource and explosion safety of the turbogenerator during its operation, expand the functionality, and also simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в струйно-детандерный генераторе (вариант 1) содержащем электрогенератор, соединенный турбиной, в виде сегнерова колеса, включающей трубчатый вал с закрытым концом, установленный с возможностью вращения, на котором в плоскости перпендикулярной оси вращения установлены ступица с патрубками с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами, а в стенке трубчатого вала и ступицы соответственно патрубкам выполнены отверстия, при этом турбина установлена в корпусе, в котором выполнены каналы для входа и выхода рабочего газа, новым является то, что патрубки турбины установлены по длине трубчатого вала рядами, причем не менее двух патрубков в каждом ряду и снабжены пилонами-обтекателями, канал выхода газа расположен тангенциально относительно корпуса турбины, при этом в канале выхода газа установлена решетка, а на его входе установлена лопатка-отсекатель, полость корпуса турбины сообщена с полостью кожуха электрогенератора каналами для циркуляции газа охлаждающего электрогенератор.The technical result is achieved by the fact that in a jet-expander generator (option 1) containing an electric generator connected by a turbine, in the form of a Segner wheel, including a tubular shaft with a closed end, mounted for rotation, on which a hub with nozzles with open ends bent in opposite directions, and holes are made in the wall of the tubular shaft and the hub, respectively, to the branch pipes, while the turbine is installed in the housing, in which channels for the inlet and outlet of the working gas are made, what is new is that the turbine branch pipes are installed along the length of the tubular shaft in rows , moreover, at least two branch pipes in each row are equipped with fairing pylons, the gas outlet channel is located tangentially relative to the turbine housing, while a grate is installed in the gas outlet channel, and a cut-off blade is installed at its inlet, the cavity of the turbine housing communicates with the cavity of the electric generator casing channels for circulation ii gas cooling the electric generator.

В кожухе электрогенератора выполнено технологическое отверстие, сообщающее рабочие полости турбины и кожуха электрогенератора с дренажной магистралью.In the casing of the electric generator, a technological hole is made, which communicates the working cavities of the turbine and the casing of the electric generator with a drainage line.

Патрубки турбины на выходе оснащены штуцерами со сменными соплами с вкладышами.The outlet pipes of the turbine are equipped with fittings with replaceable nozzles with liners.

Вкладыши выполнены из износоустойчивого материала.The inserts are made of wear-resistant material.

Корпус оснащен взрывобезопасными кабельными выводами, расположенными во взрывобезопасных клеммных коробках.The housing is equipped with explosion-proof cable outlets located in explosion-proof terminal boxes.

Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в струйно-детандерном генераторе, содержащем электрогенератор соединенный с турбиной, в виде сегнерова колеса, включающей трубчатый вал с закрытым концом, установленный с возможностью вращения, на котором в плоскости перпендикулярной оси вращения установлены ступица с патрубками с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами, а в стенке трубчатого вала и ступицы соответственно патрубкам выполнены отверстия, при этом турбина установлена в корпусе, в котором выполнены каналы для входа и выхода рабочего газа, новым является то, что электрогенератор сообщен с турбиной посредством магнитной муфты, расположенной в кожухе, присоединенном к корпусу турбины герметично, патрубки турбины установлены по длине трубчатого вала рядами, причем не менее двух патрубков в каждом ряду, и снабжены пилонами-обтекателями, канал выхода рабочего газа расположен тангенциально относительно корпуса турбины, при этом в канале выхода газа установлена решетка, а на его входе установлена лопатка-отсекатель.The technical result (option 2) is achieved by the fact that in a jet-expander generator containing an electric generator connected to a turbine, in the form of a Segner wheel, including a tubular shaft with a closed end, mounted for rotation, on which a hub with nozzles is installed in a plane perpendicular to the axis of rotation with open ends bent in opposite directions, and holes are made in the wall of the tubular shaft and the hub, respectively, to the nozzles, while the turbine is installed in a housing in which channels for the inlet and outlet of the working gas are made, the novelty is that the electric generator is connected to the turbine by means of a magnetic coupling , located in a casing attached to the turbine housing hermetically, the turbine nozzles are installed along the length of the tubular shaft in rows, with at least two nozzles in each row, and equipped with pylon fairings, the working gas outlet channel is located tangentially relative to the turbine casing, while in the outlet channel gas installed grate, and a cut-off blade is installed at its inlet.

Патрубки турбины на выходе оснащены штуцерами со сменными соплами с вкладышами, выполненными из износоустойчивого материала.The outlet pipes of the turbine are equipped with fittings with replaceable nozzles with inserts made of wear-resistant material.

На фиг. 1 представлен струйно-детандерный генератор (вариант 1);In FIG. 1 shows a jet-expander generator (option 1);

На фиг. 2 - струйно-детандерный генератор (вариант 2);In FIG. 2 - jet-expander generator (option 2);

На фиг. 3 - сечение А-А турбины струйно-детандерного генератора (вариант 1 и 2);In FIG. 3 - section A-A of the turbine of the jet-expander generator (option 1 and 2);

На фиг. 4 - патрубок с соплом (вариант 1 и 2);In FIG. 4 - branch pipe with a nozzle (option 1 and 2);

На фиг. 5 - структура и параметры потока в полости корпуса турбины.In FIG. 5 - the structure and parameters of the flow in the cavity of the turbine housing.

Здесь: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - кольцо с уплотнением; 4 - переходник; 5 - канал входа газа; 6 - трубчатый вал; 7 - подшипники; 8 - ступица; 9 - патрубки; 9 - отверстия в трубчатом валу; 10 - сопло сменное; 11 - проставка; 12 - каналы вентиляционные приточные; 13 - каналы вентиляционные вытяжные; 14 - фланец, 15 - кожух; 16 - электрогенератор; 17 - полость кожуха электрогенератора; 18 - кабели внутренние подпружиненные; 19 - кабельные выводы высокого давления внутренние; 20 - коробки клеммные, 21 - кабельные выводы внешние, 22 - крышка коробки; 23 - отверстие технологическое, 24 - полость корпуса турбины; 25 - канал выхода газа; 26 - решетка; 27 - отверстия в ступице и в трубчатом валу; 28 - кожух муфты, 29 - муфта магнитная, 30 - пилон, 31 - лопатка-отсекатель, 32 - штуцер, 33 - вкладыш.Here: 1 - body; 2 - cover; 3 - ring with a seal; 4 - adapter; 5 - gas inlet channel; 6 - tubular shaft; 7 - bearings; 8 - hub; 9 - branch pipes; 9 - holes in the tubular shaft; 10 - replaceable nozzle; 11 - spacer; 12 - supply air ducts; 13 - ventilation exhaust channels; 14 - flange, 15 - casing; 16 - electric generator; 17 - the cavity of the casing of the electric generator; 18 - internal spring-loaded cables; 19 - internal high pressure cable outlets; 20 - terminal boxes, 21 - external cable outlets, 22 - box cover; 23 - technological hole, 24 - cavity of the turbine housing; 25 - gas outlet channel; 26 - lattice; 27 - holes in the hub and in the tubular shaft; 28 - coupling cover, 29 - magnetic coupling, 30 - pylon, 31 - cut-off blade, 32 - fitting, 33 - insert.

Струйно-детандерный генератор (вариант 1) содержит электрогенератор 16, соединенный с турбиной, включающей сегнерово колесо, выполненное в виде трубчатого вала 6 с закрытым концом, установленного с возможностью вращения и расположенное в корпусе 1, Трубчатый вал 6 с подшипниками 7 монтируется в корпус 1 с помощью крышки 2 и проставки 11.The jet-expander generator (option 1) contains an electric generator 16 connected to a turbine, including a Segner wheel, made in the form of a tubular shaft 6 with a closed end, mounted for rotation and located in the housing 1. The tubular shaft 6 with bearings 7 is mounted in the housing 1 using cover 2 and spacer 11.

На трубчатом валу 6 в плоскости перпендикулярной его оси установлены патрубки 9 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами. Патрубки 9 установлены по длине трубчатого вала 6 рядами, причем не менее двух патрубков 9 в каждом ряду, и снабжены пилонами-обтекателями 30 (фиг. 3). Открытые концы патрубков 9 на выходе оснащены штуцерами 32 (фиг. 4) со сменными соплами 10, с вкладышами 33, выполненными из износоустойчивого материала. В стенке трубчатого вала 6 соответственно патрубкам 9 выполнены отверстия 27. Канал выхода рабочего газа 25, расположен тангенциально относительно корпуса 1 и внутри его установлены решетка 26, а на входе установлена лопатка-отсекатель 31. Полость корпуса турбины 24 сообщена с полостью кожуха 17 электрогенератора 16 каналами вентиляционными приточными 12 и каналами вентиляционными вытяжными 13 для циркуляции газа, охлаждающего электрогенератор 16. В кожухе 15 электрогенератора 16 выполнено технологическое отверстие 23, сообщающее рабочие полости струйно-детандерного генератора с дренажной магистралью (на фигуре не показано). Электрогенератор 16 оснащен кабельными выводами высокого давления внутренними 19 и кабельными выводами внешними 21, расположенными в взрывобезопасных коробках клеммных 20, оснащенных крышками коробок 22.On the tubular shaft 6 in a plane perpendicular to its axis, branch pipes 9 are installed with open ends bent in opposite directions. Branch pipes 9 are installed along the length of the tubular shaft 6 in rows, with at least two branch pipes 9 in each row, and are equipped with fairing pylons 30 (Fig. 3). The open ends of the nozzles 9 at the outlet are equipped with fittings 32 (Fig. 4) with replaceable nozzles 10, with liners 33 made of wear-resistant material. Holes 27 are made in the wall of the tubular shaft 6, respectively, to the branch pipes 9. The working gas outlet channel 25 is located tangentially relative to the housing 1 and a grate 26 is installed inside it, and a cut-off blade 31 is installed at the inlet. The cavity of the turbine housing 24 communicates with the cavity of the casing 17 of the electric generator 16 ventilation supply channels 12 and ventilation exhaust channels 13 for the circulation of gas cooling the electric generator 16. In the casing 15 of the electric generator 16, a technological hole 23 is made that communicates the working cavities of the jet-expander generator with a drainage line (not shown in the figure). Electric generator 16 is equipped with internal high-pressure cable outlets 19 and external cable outlets 21, located in explosion-proof terminal boxes 20, equipped with box covers 22.

На трубчатом валу 6 установлена ступица 8 с патрубками 9. Патрубки 9 с отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами установлены на ступице 8 в отверстия для прохода газа 27 в плоскости перпендикулярной оси вращения ротора в один или более рядов, причем не менее двух патрубков 9 в каждом ряду. Патрубки 9 снабжены пилонами-обтекателями 30 (фиг. 3), обеспечивающими жесткость и устойчивость сегнерова колеса, что, в свою очередь, повышает надежность и ресурс струйно-детандерного генератора. Патрубки оснащены штуцерами 32 (фиг. 4), в которых установлены сменные сопла 10, с вкладышами 33, что упрощает конструкцию и ее обслуживание, а также расширяет функциональные возможности струйно-детандерного генератора путем установки сопел и вкладышей с различными газодинамическими характеристиками. В стенке трубчатого вала бив стенке ступице 8 выполнены отверстия 27 (фиг. 1), обеспечивающие поступление газа к соплам 10. На крышке 2 установлено кольцо 3 содержащее уплотнение (на фиг. 1 не показано), Трубчатый вал 6 установлен в подшипниках 7 и имеет возможность свободно вращаться в корпусе 1 относительно неподвижной проставки 11 и кольца 3. К трубчатому валу 6 со стороны проставки 11 присоединен электрогенератор 16. Электрогенератор 16 помещен в герметичный кожух 15, который крепится к корпусу 1 с помощью фланца 14. На внутреннюю поверхность кожуха 15 нанесено электроизоляционное покрытие для дополнительной защиты кабелей 18 от замыкания на корпус кожуха.A hub 8 with pipes 9 is installed on the tubular shaft 6. The pipes 9 with open ends bent in opposite directions are installed on the hub 8 into the holes for the passage of gas 27 in the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor in one or more rows, with at least two pipes 9 in each row. Branch pipes 9 are equipped with fairing pylons 30 (Fig. 3), which provide rigidity and stability of the Segner wheel, which, in turn, increases the reliability and service life of the jet-expander generator. The nozzles are equipped with fittings 32 (Fig. 4), in which replaceable nozzles 10 are installed, with liners 33, which simplifies the design and its maintenance, and also expands the functionality of the jet-expander generator by installing nozzles and liners with different gas-dynamic characteristics. Holes 27 (Fig. 1) are made in the wall of the tubular shaft, having beaten the wall of the hub 8, ensuring the flow of gas to the nozzles 10. On the cover 2, a ring 3 is installed containing a seal (not shown in Fig. 1), the tubular shaft 6 is installed in bearings 7 and has the ability to freely rotate in the housing 1 relative to the fixed spacer 11 and the ring 3. An electric generator 16 is attached to the tubular shaft 6 from the side of the spacer 11. The electric generator 16 is placed in a sealed casing 15, which is attached to the casing 1 using a flange 14. The inner surface of the casing 15 is coated electrical insulating coating for additional protection of cables 18 from short circuits on the casing body.

Электрические цепи генератора 16 соединены с внешними электрическими цепями 22 с помощью кабелей внутренних подпружиненных 18 через кабельные выводы высокого давления внутренние 19 и кабельные выводы внешние 21, которые смонтированы во взрывобезопасных коробках клеммных 20. Коробки клеммные 20 после монтажа кабельных вводов герметично закрепляются на кожухе 15 и закрываются крышками коробок 22. Взрывобезопасность струйно-детандерного генератора обеспечивается за счет установки прокладок во всех разъемных элементах его конструкции (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано), что обеспечивает герметичность полостей струйно-детандерного генератора. Кожух 15 содержит отверстие технологическое 23, в котором устанавливается штуцер (на фиг. 1 не показано), соединяющий полость кожуха 17 с дренажной магистралью, содержащую запорную арматуру. Проставка 11 содержит каналы вентиляционные приточные 12 и каналы вентиляционные вытяжные 13, что обеспечивает охлаждение генератора и повышает надежность и безопасность его работы. К корпусу 1 тангенциально прикреплен канал выхода газа 25 (фиг. 3), в котором смонтированы решетка 26, выравнивающая поток рабочего газа в канале выхода 25 и лопатка-отсекатель 31, установленная на входе в канал 25. Корпус 1 совместно с крышкой 2 и проставкой 11 образует полость корпуса турбины 24, в котором вращается сегнерово колесо.The electrical circuits of the generator 16 are connected to external electrical circuits 22 using internal spring-loaded cables 18 through high-pressure cable outlets 19 internal and external cable outlets 21, which are mounted in explosion-proof terminal boxes 20. After mounting the cable glands, the terminal boxes 20 are hermetically fixed on the casing 15 and closed with covers of boxes 22. The explosion safety of the jet-expander generator is ensured by installing gaskets in all detachable elements of its design (not shown in Fig. 1 and Fig. 2), which ensures the tightness of the cavities of the jet-expander generator. The casing 15 contains a technological opening 23, in which a fitting (not shown in Fig. 1) is installed, connecting the cavity of the casing 17 with a drainage line containing shutoff valves. The spacer 11 contains ventilation supply channels 12 and exhaust ventilation channels 13, which provides cooling of the generator and increases the reliability and safety of its operation. A gas outlet channel 25 is tangentially attached to the body 1 (Fig. 3), in which a grate 26 is mounted, which equalizes the working gas flow in the outlet channel 25 and a cut-off blade 31 installed at the inlet to the channel 25. The body 1 together with the cover 2 and spacer 11 forms the cavity of the turbine housing 24, in which the Segner wheel rotates.

Струйно-детандерный генератор по варианту 2 отличается от варианта 1 тем, что электрогенератор сообщен с турбиной посредством муфты магнитной 29, установленной в герметичном корпусе 28, а трубчатый вал 6 соединен непосредственно с муфтой магнитной 29. Таким образом, осуществляется бесконтактная передача крутящего момента от сегнерова колеса к электрогенератору, что разделяет полости турбины и генератора и исключает наличие электрических соединений в полостях турбины и, таким образом, повышает взрывобезопасность, облегчает монтаж струйно-детандерного генератора и его обслуживание.The jet-expander generator according to option 2 differs from option 1 in that the electric generator is connected to the turbine through a magnetic clutch 29 installed in a sealed housing 28, and the tubular shaft 6 is connected directly to the magnetic clutch 29. Thus, contactless transmission of torque from the Segner wheels to the electric generator, which separates the cavities of the turbine and the generator and eliminates the presence of electrical connections in the cavities of the turbine and, thus, increases the explosion safety, facilitates the installation of the jet-expander generator and its maintenance.

Струйно-детандерный генератор (вариант 1) работает следующим образом. Перед запуском струйно-детандерного генератора с целью обеспечения безопасных условий его работы выполняют подготовительные операции в тех случаях, когда рабочим телом является взрывоопасный, горючий газ, например, природный газ. Для этого, при обесточенных электрических цепях, продувают полость корпуса турбины 24 и полость кожух генератора 17 нейтральным газом. Нейтральный газ подают в канал входа газа 6 и через отверстие технологическое 23 вытесняют воздух с продувочным газом в дренажную магистраль. Таким образом, технологическое отверстие, через которое удаляется горючая смесь, способствует обеспечению взрывобезопасных условий работы струйно-детандерного генератора и позволяет проводить профилактическое обслуживание и контроль состояния кабелей внутренних 18.Jet expander generator (option 1) operates as follows. Before starting the jet-expander generator, in order to ensure safe working conditions, preparatory operations are performed in cases where the working fluid is an explosive, combustible gas, such as natural gas. To do this, with de-energized electrical circuits, the cavity of the turbine housing 24 and the cavity of the generator casing 17 are purged with neutral gas. Neutral gas is fed into the gas inlet channel 6 and through the technological hole 23 the air with the purge gas is forced out into the drainage line. Thus, the technological hole through which the combustible mixture is removed contributes to the provision of explosion-proof operating conditions for the jet-expander generator and allows for preventive maintenance and monitoring of the condition of the internal cables 18.

Газообразное рабочее тело под определенным избыточным давлением, превышающем давление в канале выхода газа 25, поступает в канал входа газа 5, далее через трубчатый вал 6 и отверстия 27 направляется в патрубки профилированные 9. Из патрубков 9 рабочее тело через вкладыши 33 поступает в сопла 10 и истекает из них в полость корпуса турбины 24 с определенной скоростью (дозвуковой или сверхзвуковой). Реакция истекающего из сопел газа создается реактивный момент, приводящий во вращение трубчатый вал 6 и соединенный с ним вал генератора 16. Поскольку расход газа, истекающего из сопел, определяется, при прочих равных условиях, проходным сечением вкдадышей 33, то их замена позволяет изменять реактивный момент и характеристики струйно-детандерного генератора. Газ, истекающий из сопел 10, совершает вращательное движение в полости корпуса турбины 24 в направлении, противоположном направлению вращения трубчатого вала 6, (фиг. 3 и 5). Наличие пилонов 30, которыми оснащены парубки 9 снижает гидравлическое сопротивление при вращении сегнерова колеса в полости корпуса турбины 24 и таким образом повышает КПД струйно-детендерного генератора. Из полости корпуса турбины 24 газ удаляется через канал выхода газа 25. Во входном участке канала выхода газа 25 установлена лопатка-отсекатель 31, которая частично перекрывает полость корпуса турбины 24, что обеспечивает эффективное удаление газа из полости турбины и повышает КПД турбины струйно-детандерного генератора. Профиль лопатки-отсекателя 31 задается таким образом, чтобы поверхность кромки лопатки-отсекателя, на которую набегает поток газа, располагалась по касательной к окружности, очерчиваемой вращающимися соплами 10 (по максимальному радиусу сегнерова колеса) с определенным технологическим зазором. Эффективность установки лопатки-отсекателя 31 подтверждена результатами численного моделирования условий течения в газодинамичесом тракте струйно-детандерного генератора. Расчеты выполнялись с использованием стандартного пакета прикладных программ «Fluent». На фиг. 5 представлены результаты расчета параметров газового потока (полей давлений и плотностей) в полости корпуса турбины 24, из которых следует, что в полости корпуса турбины, в котором вращается сегнерово колесо, имеет место существенный градиент давления в радиальном направлении. Следовательно, основная часть потока газа по массе будет сосредоточена в периферийной области полости 24, поскольку в этой области давление, а, следовательно, и плотность выше. Таким образом, лопатка-отсекатель 31, установленная в канале выхода газа 25, и частично перекрывающая проходное сечение полости корпуса турбины 24, в которой движется газ, способствует эффективному удалению газа из полости корпуса турбины 24 и повышает КПД струйно-детандерного генератора. Для снижения гидравлического сопротивления движению рабочего тела (газа) в канале выхода газа 25 установлена спрямляющая решетка 26, которая выравнивает поток за счет гашения вихрей и снижает гидравлическое сопротивление движению газа в канале и таким образом повышает (КПД) струйно-детандерного генератора. С целью охлаждения электрических обмоток генератора обеспечивается обдув генератора рабочим телом (газом), поступающим во внутреннюю полость 17 кожуха 15. Рабочее тело поступает через каналы вентиляционные приточные 12 из периферийной полости корпуса турбины 24, где давление больше, и удаляется через каналы вентиляционные вытяжные 13 в приосевой области полости корпуса турбины 24, где давление меньше, как это следует из данных, представленных на фиг. 5.The gaseous working fluid under a certain overpressure exceeding the pressure in the gas outlet channel 25 enters the gas inlet channel 5, then through the tubular shaft 6 and holes 27 is directed to the profiled pipes 9. From the nozzles 9, the working fluid through the liners 33 enters the nozzles 10 and flows out of them into the cavity of the turbine housing 24 at a certain speed (subsonic or supersonic). The reaction of the gas flowing out of the nozzles creates a reactive moment, which rotates the tubular shaft 6 and the generator shaft 16 connected to it. and characteristics of the jet-expander generator. The gas flowing out of the nozzles 10 rotates in the cavity of the turbine housing 24 in the direction opposite to the direction of rotation of the tubular shaft 6 (FIGS. 3 and 5). The presence of pylons 30, which are equipped with couples 9, reduces the hydraulic resistance during rotation of the Segner wheel in the cavity of the turbine housing 24 and thus increases the efficiency of the jet expander generator. From the cavity of the turbine housing 24, gas is removed through the gas outlet channel 25. In the inlet section of the gas outlet channel 25, a cut-off blade 31 is installed, which partially overlaps the cavity of the turbine housing 24, which ensures efficient removal of gas from the turbine cavity and increases the efficiency of the jet-expander generator turbine . The profile of the cutoff blade 31 is set in such a way that the edge surface of the cutoff blade, on which the gas flow runs, is located tangentially to the circle outlined by the rotating nozzles 10 (along the maximum radius of the Segner wheel) with a certain technological gap. The efficiency of the installation of the cutoff blade 31 is confirmed by the results of numerical simulation of the flow conditions in the gas-dynamic path of the jet-expander generator. Calculations were performed using the standard Fluent software package. In FIG. Figure 5 shows the results of calculating the parameters of the gas flow (pressure and density fields) in the cavity of the turbine housing 24, from which it follows that in the cavity of the turbine housing, in which the Segner wheel rotates, there is a significant pressure gradient in the radial direction. Consequently, the main part of the gas flow by mass will be concentrated in the peripheral region of the cavity 24, since in this region the pressure, and, consequently, the density is higher. Thus, the cut-off blade 31, installed in the gas outlet channel 25, and partially blocking the passage section of the cavity of the turbine housing 24, in which the gas moves, contributes to the effective removal of gas from the cavity of the turbine housing 24 and increases the efficiency of the jet-expander generator. To reduce the hydraulic resistance to the movement of the working fluid (gas), a straightening grid 26 is installed in the gas outlet channel 25, which evens out the flow by damping the vortices and reduces the hydraulic resistance to the movement of gas in the channel and thus increases the efficiency of the jet-expander generator. In order to cool the electric windings of the generator, the generator is blown by a working fluid (gas) entering the internal cavity 17 of the casing 15. The working fluid enters through the ventilation supply channels 12 from the peripheral cavity of the turbine housing 24, where the pressure is greater, and is removed through the ventilation exhaust channels 13 in paraxial region of the cavity of the turbine housing 24, where the pressure is less, as follows from the data presented in Fig. 5.

Струйно-детандерный генератор (вариант 2) работает аналогично варианту 1, при этом соединение генератора с турбиной посредством магнитной муфты осуществляется без механического контакта. Бесконтактная передача крутящего момента от турбины к генератору повышает взрывобезопасность устройства, облегчает обслуживание турбины и генератора, упрощает конструкцию за счет отсутствия сложной системы охлаждения и взрывобезопасных клеммных выводов.The jet-expander generator (option 2) operates similarly to option 1, while the generator is connected to the turbine by means of a magnetic coupling without mechanical contact. Non-contact transmission of torque from the turbine to the generator increases the explosion safety of the device, facilitates the maintenance of the turbine and generator, simplifies the design due to the absence of a complex cooling system and explosion-proof terminal leads.

Claims

1. A jet-expander generator containing an electric generator connected to a turbine in the form of a Segner wheel, including a tubular shaft with a closed end, mounted for rotation, on which a hub with pipes with open ends bent in opposite directions is installed in a plane perpendicular to the axis of rotation , and holes are made in the wall of the tubular shaft and the hub, respectively, to the nozzles, while the turbine is installed in a housing in which channels for the inlet and outlet of the working gas are made, characterized in that the turbine nozzles are installed along the length of the tubular shaft in rows, with at least two nozzles in each row, and equipped with fairing pylons, the gas outlet channel is located tangentially relative to the turbine housing, while a grate is installed in the gas outlet channel, and a cut-off blade is installed at its inlet, the cavity of the turbine housing is connected with the cavity of the electric generator casing by channels for circulating gas cooling electric generator.

2. The jet-expander generator according to claim 1, characterized in that a technological hole is made in the casing of the electric generator, communicating the working cavities of the turbine and the casing of the electric generator with a drainage line.

3. The jet-expander generator according to claim 1, characterized in that the outlet pipes of the turbine are equipped with fittings with replaceable nozzles and liners.

4. Jet expander generator according to claim 3, characterized in that the replaceable liners are made of wear-resistant material.

5. Jet expander generator according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with explosion-proof cable outlets located in terminal boxes.

6. A jet-expander generator containing an electric generator connected to a turbine in the form of a Segner wheel, including a tubular shaft with a closed end, mounted for rotation, on which a hub with branch pipes with open ends bent in opposite directions is installed in a plane perpendicular to the axis of rotation , and holes are made in the wall of the tubular shaft and the hub, respectively, to the nozzles, while the turbine is installed in a housing in which channels for the inlet and outlet of the working gas are made, characterized in that the electric generator is in communication with the turbine by means of a magnetic coupling located in a casing hermetically attached to turbine housing, the turbine nozzles are installed along the length of the tubular shaft in rows, with at least two nozzles in each row, and equipped with fairing pylons, the working gas outlet channel is located tangentially relative to the turbine casing, while a grate is installed in the gas outlet channel, and at its inlet cutter blade installed .

7. Jet expander generator according to claim 6, characterized in that the outlet pipes of the turbine are equipped with fittings with replaceable nozzles and liners.

8. Jet expander generator according to claim 7, characterized in that the replaceable liners are made of wear-resistant material.