Устройство для утилизации энергии газа

 

Изобретение относится к области устройств для понижения давления в магистральных газопроводах. В качестве электрической машины использован асинхронный генератор повышенной частоты тока с конденсаторами самовозбуждения. Валы расширительной и электрической машин соединены между собой муфтой, причем турбина и асинхронный генератор помещены в герметичную камеру, содержащую входной и выходной патрубки для движения газа, и проходные изоляторы, посредством которых генератор соединен с конденсаторами возбуждения и дополнительно введенным силовым выпрямителем, положительный и отрицательный выводы которого соединены с инвертором тока или электролизной установкой. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей в широком диапазоне изменения давления газа. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для понижения давления в магистральных газопроводах и может использоваться для утилизации избыточной энергии газа.

Известен способ и устройство для утилизации энергии газа путем снижения давления в газопроводе с помощью турбодетандерной установки (журнал ИР N 1, 84 г. , стр. 8-10). При промышленной реализации этого способа возникают следующие трудности.

1. Генератор должен автоматически синхронизироваться с энергосистемой.

2. Турбина имеет большие скорости вращения, поэтому между турбиной и генератором необходимо промежуточное звено большой мощности для снижения скорости вращения.

3. Турбину и генератор необходимо герметизировать, чтобы не было утечки газа (Журнал ИР N 11, 95 г., стр. 12-13).

Частично поставленная задача решена в газотурбогенераторе по а.с. СССР N 422924, кл. F 25 B 11/00, 1974, взятом авторами за прототип. Известный газотурбогенератор содержит расширительную и электрическую машины, соединенные между собой муфтой, расположенной в герметичной оболочке, соединяющей корпуса машин. Недостатком известного устройства является то, что необходимо выполнять герметичными обе машины, т.к. утечка газа может проходить через подшипниковые щиты и т.д. С другой стороны, не решен вопрос синхронизации с сетью.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно расширение функциональных возможностей в широком диапазоне изменения давления газа (например, от 0,52 до 0,04 МПа).

Задача достигается тем, что в устройстве для утилизации энергии газа, содержащем расширительную (например, турбину) и электрическую машины, соединенные между собой муфтой, в качестве электрической машины использован асинхронный генератор повышенной частоты тока с конденсаторным самовозбуждением, причем турбина и асинхронный генератор помещены в герметичную камеру, содержащую входной и выходной патрубки для движения газа и проходные изоляторы, посредством которых асинхронный генератор соединяется с конденсаторами возбуждения и силовым выпрямителем, положительный и отрицательный выводы которого соединены с инвертором тока или электролизной установкой.

Новизна технического решения обусловлена использованием в качестве электрической машины асинхронного генератора (АГ) повышенной частоты тока с конденсаторным самовозбуждением, причем турбина и АГ помещены в герметичную камеру, содержащую проходные изоляторы, посредством которых генератор соединяется с конденсаторами возбуждения и силовыми выпрямителями, а последние - с инвертором тока или электролизной установкой.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1. изображен общий вид устройства: разрез герметичной камеры с турбиной, генератором и проходными изоляторами. На фиг. 2, 3, 4 изображена электрическая схема включения АГ и ее варианты.

Герметичная камера 1 содержит входной 2 и выходной 3 патрубки для движения газа. Турбина 4 с помощью муфты 6 выходным валом 5 соединена с валом 7 AГ 8. С помощью стоек 9 генератор 8 закреплен в герметичной камере 1. Проходные изоляторы 10 соединяют обмотку статора 11 АГ 8 с конденсаторами возбуждения 12 и 13 (фиг. 2, 3, 4). Статорная обмотка 11 соединена силовым выпрямителем 14, "+" и "-" которого соединен с электролизной установкой 15 или инвертором тока 16, последний соединяется с линией электропередачи A, B, C.

Устройство для утилизации энергии газа работает следующим образом. Газ высокого давления поступает через входной патрубок 2 к турбине 4, проходит через турбину, создает вращающий момент и с пониженным давлением проходит между герметичной камерой и корпусом АГ, далее к выходному патрубку 3 и в магистрали газопровода. В процессе снижения давления возникает эффект Джоуля-Томпсона, газ охлаждается и охлаждает АГ 8, что повышает общий КПД системы. При достижении определенной скорости вращения турбины 4 АГ 8 самовозбуждается от конденсаторов 12 (фиг. 2). Напряжение АГ через проходные изоляторы 10 подается на силовой выпрямитель 14, выпрямляется и выпрямленное напряжение "+" и "-" подается на электролизную установку 15, где получают кислород и водород. Выход выпрямителя 14 можно использовать и для других целей. Если имеется рядом с газопроводом линия электропередачи, то на выход выпрямителя 14 присоединяется инвертор 16 (фиг. 4), который преобразует постоянный ток выпрямителя 14 в переменный ток необходимой частоты. Тогда мощность АГ отдается в сеть и расходуется по токоприемникам, подключенным к этой сети.

В зависимости от характера и диапазона изменения нагрузки, конденсаторная батарея 13 (фиг. 2, 3) может подключаться параллельно к обмотке статора 11 или последовательно. Эта батарея конденсаторов необходима для компенсации реактивной составляющей нагрузки и подключается параллельно, если нагрузка изменяется в небольших пределах (фиг. 2), и последовательно, если нагрузка изменяется в больших пределах (фиг. 3 и 4).

Предлагаемое устройство для утилизации энергии газа имеет следующие преимущества.

1. Турбина и генератор помещены в герметичную камеру, поэтому нет необходимости в их герметизации. Для этих целей пригодны серийные машины.

2. Асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором допускают частоту вращения ротора до 15000 об/мин, поэтому они могут соединяться "вал" в "вал" непосредственно с высокоскоростными турбинами.

3. Асинхронный генератор на повышенную частоту тока и высокоскоростная турбина позволяют изготавливать энергетический блок с высокими удельными массогабаритными показателями, 0,8-1,0 кг/кВт, что особенно важно для удаленных районов страны, где пролегают трассы трубопроводов.

4. Предлагаемое устройство позволяет расширить область применения. Его можно использовать как автономный источник для электролизной установки, освещения, обогрева помещений, теплиц, катодной защиты и т.д. Или в режиме рекуперации энергии, если имеется рядом линия электропередачи, при этом используется инвертор тока, синхронизируемый сетью.

5. Асинхронный генератор может работать в широком диапазоне скоростей, поэтому предлагаемое устройство можно использовать в газопроводах с различным перепадом давления. При этом просто решается вопрос регулирования давления на выходе - путем изменения нагрузки на генераторе.

Формула изобретения

Устройство для утилизации избыточной энергии газа, преимущественно для утилизации избыточной энергии газа содержащее расширительную (например, турбину) и электрическую машины, валы которых соединены между собой муфтой, отличающееся тем, что в качестве электрической машины использован асинхронный генератор повышенной частоты тока с конденсаторным самовозбуждением, причем турбина и асинхронный генератор помещены в герметичную камеру, содержащую входной и выходной патрубки для движения газа и проходные изоляторы, посредством которых генератор соединен с конденсаторами возбуждения и дополнительно введенным силовым выпрямителем, положительный и отрицательный выводы которого соединены с инвертором тока или электролизной установкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4