Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОГЕНЕРАТОР БЕЗ ВЫХОДНОГО ВАЛА

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.

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).

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.

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).

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.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы генератора за счет снижения числа оборотов, возможность автоматического регулирования гидравлического сопротивления установки.

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.

На фиг.1 изображено устройство - турбогенератор без выходного вала в разрезе.

На фиг.2 изображен вид A фиг.1.

На фиг.3 изображено устройство - турбогенератор без выходного вала в разрезе в положении максимального сопротивления оказываемого лопастями турбины.

На фиг.4 изображено устройство турбогенератор без выходного вала в разрезе в положении минимального сопротивления оказываемого лопастями турбины.

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.

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.

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.

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.