Турбогенератор без выходного вала

Авторы патента:

Кантюков Рафаэль Рафкатович (RU)

Гимранов Рашад Карибуллович (RU)

Кантюков Рафкат Абдулхаевич (RU)

Бульхин Айрат Артурович (RU)

F01D15/10 - для привода электрических генераторов или комбинированные с ними

Владельцы патента RU 2516053:

Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" (RU)

Турбогенератор без выходного вала содержит турбину, закрепленную на валу генератора, размещенного в едином с турбиной герметичном корпусе, имеющем входной и выходной фланцы для подключения к газораспределительной станции. 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. Достигается повышение надежности работы генератора за счет снижения числа оборотов, возможность автоматического регулирования гидравлического сопротивления установки вследствие потери энергии газового потока за счет изменения гидравлического сопротивления оказываемого турбиной а, следовательно, и регулирование количества вырабатываемой энергии. 4 ил.

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.

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.

Газотурбинный двигатель, в частности, для вертолета, содержит газогенератор и свободную турбину, приводимую во вращение газовым потоком, генерируемым газогенератором; и дополнительно содержит обратимую электрическую машину для соединения с газогенератором.

Турбореактивный двигатель с электрическим генератором, расположенным в вентиляторе // 2490497

Турбоэлектрогенераторный агрегат // 2488699

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкции газотурбинных установок для привода электрогенераторов. .

Турбореактивный двигатель, содержащий генератор тока, установленный в вентиляторе, и способ установки упомянутого генератора в вентиляторе // 2485328

Линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора и способ для ее эксплуатации // 2478795

Изобретение относится к энергетике. .

Устройство для отбора энергии из потока сжатого газа // 2472946

Устройство производства электрической энергии в двухвальном газотурбинном двигателе // 2472002

Устройство содействия для переходных фаз разгона и торможения // 2462607

Газотурбинный двигатель с установленным на нем съемным образом узлом генератора // 2448259

Турбоэлектрогенератор // 2427714

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к генераторам электрической энергии с газотурбинным приводом. .

Роторная система магнитоэлектрической машины // 2555100

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в автономных энергоустановках с высокоскоростными генераторами в летательных и космических аппаратах. Роторная система магнитоэлектрической машины содержит корпус турбинного блока, турбину на валу, установленном в подшипниках, корпус генератора, ротор. Ротор состоит из равномерно размещенных постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении с чередующейся полярностью. Турбина и ротор установлены на едином пустотелом валу, с возможностью прокачки хладагента через его полость насосом, установленным со стороны турбины. На конце пустотелого вала выполнены спиралевидные канавки. Пустотелый вал с ротором образуют цилиндр постоянного сечения, на внешней поверхности которого установлена бандажная оболочка из высокопрочного немагнитного материала. Подшипники могут быть выполнены в виде бесконтактных газовых опор, электромагнитных подшипников или гибридных магнитных подшипников. Достигается минимизация нагрева постоянных магнитов и теплопередачи между валом турбины и валом генератора, а также повышение жесткости и механической прочности системы, благодаря выполнению вала генератора и вала турбины в виде одного цельного полого вала с возможностью прокачки хладагента через его полость и выполнению на конце ротора спиралевидных канавок. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Паротурбинный агрегат с электрогенератором // 2562318

Паротурбинный агрегат с электрогенератором содержит парообразующее устройство и турбину. В парообразующем устройстве - энергоаккумуляторе (1) размещен кольцеобразный нагревательный элемент (3) с поплавком (4) в виде кольца, удерживающим этот элемент на поверхности воды. Сам нагревательный элемент (3) состоит из металлической трубки (12) с отверстиями, внутрь которой помещен металлический стержень (13). Стержень и трубка разделены между собой диэлектриком (14) и соединены, через конденсатор (15), с электрической сетью. Нагревательный элемент связан с поплавком гибкими тросами (23). В нижней части паротурбинного агрегата размещены жаровые трубы с горелкой (5) и вытяжной трубой в виде спирали, а в верхней части агрегата находится турбина (2) с поворотным клапаном (6) и механизмом поворота (7). Турбина выполнена в виде двух усеченных конусов, верхнего (8) и нижнего (9), между которыми, от малого до большого диаметров, расположены по спирали каналы (10). При увеличении диаметра конуса происходит увеличение ширины канала. Емкость энергоаккумулятора (1) с турбиной (2) помещены в пароотводяшую камеру (11). Техническим результатом является резкое уменьшение его поперечных и продольных размеров, что позволяет значительно экономить средства на установке и эксплуатации за счет сокращения площади в машинном зале. 7 ил.

Турбодетандерная генераторная установка и система отбора энергии потока природного газа из газопровода // 2564173

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, турбодетандерная генераторная установка относится к генераторам электрической энергии с газотурбинным приводом и применяется в области газоснабжения для утилизации энергии потока сжатого природного газа. Назначением предлагаемой турбодетандерной генераторной установки (ТДУ), которая представляет собой электрогенератор (ЭГ) с турбодетандерным приводом (ТД), является выработка электрической энергии на основе преобразования потенциальной энергии природного газа в трубопроводе. Причем ТДУ используют на объектах газопотребления, например, на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС), где давление в трубопроводе на входе составляет 0,3-1,2 МПа. Полученная с помощью ТДУ электрическая мощность может использоваться для собственных нужд потребителя. Потребителем таких ГРП могут быть, например, котельные. Таким образом, ТДУ может быть использована в качестве автономного источника энергии малой мощности. Система отбора энергии потока ПГ из газопровода для ТДУ применяется в области газоснабжения для утилизации энергии потока сжатого природного газа, а также для утилизации вырабатываемого генератором тепла. Назначением этой системы является ее использование на объектах газопотребления, например, на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС). Кроме того, возможна установка такой системы с ТДУ методом врезки как в уже существующие магистрали и их запорную арматуру, внутри уже построенного и эксплуатирующегося ГРП (ГРС), так и установка ТДУ на этапе проектирования и строительства ГРП (ГРС) и ее монтажа. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Установка для выработки энергии (варианты) и турбодетандер // 2568378

Энергетическая установка содержит турбодетандер, содержащий расширительную секцию, насосную секцию и двигательно-генераторную секцию, которые механически соединены с помощью вала. Расширительная секция проточно сообщается с выпускной стороной теплообменника и выполнена с возможностью приема парообразного потока текучей среды, вращения вала и создания расширенного парообразного потока текучей среды. Насосная секция проточно сообщается с выпускной стороной конденсатора и выполнена с возможностью приема жидкого потока текучей среды, повышения его давления и обеспечения циркуляции текучей среды в указанной энергетической установке. Двигательно-генераторная секция выполнена с возможностью вывода электрического тока. Часть потока жидкости под повышенным давлением, циркуляция которого поддерживается насосной секцией, перекачивается к теплообменнику, а другая часть использована для охлаждения двигательно-генераторной секции. Достигается уменьшение размера опорной поверхности и снижение затрат. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности // 2577678

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в автономных энергетических установках малой электрической мощности (до 100 кВт). Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности состоит из проточной части, включающей рабочее колесо турбины с установленными на нем лопатками, соплового аппарата турбины, электрогенератора. Турбогенератор содержит спаренный подшипник турбины, установленный в корпусе неподвижно, и подшипник электрогенератора, установленный в корпусе подвижно. Турбогенератор содержит комбинированную систему охлаждения, состоящую из рубашки жидкостного охлаждения статора, выполненной в виде спиральных каналов, и воздушной системы охлаждения статора и ротора электрогенератора. Достигается снижение сил трения в подшипниках вала турбогенератора на начальном этапе запуска, фиксация в обе стороны осевого смещения вала турбогенератора, повышение эффективности охлаждения, повышение надежности работы подшипников, повышение КПД турбогенератора и надежности электрогенератора. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Гравитационный ускоритель // 2579752

Изобретение относится к линейным ускорителям и может найти применение в качестве ускорителя элементарных микрочастиц, например молекул или атомов, лишенных заряда. Технический результат состоит в повышении концентрации микрочастиц на выходе, снижении расхода исследуемых образцов и, как следствие, повышении к.п.д. Ротор 1 установлен с возможностью вращения коаксиально с минимальным зазором внутри статора 2 и имеет вал 7 с повышенным диаметром, выступающий с одной стороны и снабженный односторонними подшипниками 8 и 9. Статор 2 расположен внутри неподвижной станины 10. Между станиной и статором с двух сторон установлены подшипники 11 и 12. Подшипниковые щиты 13 и 14 вставлены внутрь статора 2. Через ступицы 15 и 16 эти щиты сочленены с валом ротора 7 через подшипники соответственно 17 и 18. Щиты содержат окна, допускающие свободный проход испытательных образцов к зазору 19 между статором и ротором. Статор 2 механически сочленен с внешним приводом с помощью конической передачи 20 с валом 21 для внешнего привода. Вал 7 ротора 1 также сочленен с внешним приводом с помощью конической передачи 22 с валом 23 для привода. Приводы статора и ротора должны вращать соответственно статор и ротор в разные стороны и с одинаковой скоростью. Для вращения статора и ротора может быть применен один общий привод, передающий движение на оба вала с помощью редукторной коробки передач. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ контроля генерирования электричества, применяемого для газовой турбины летательного аппарата и устройство для применения такого способа // 2598476

Изобретение призвано улучшить характеристики при ускорении газогенератора газовой турбины за счет сокращения отборов электрической энергии, в частности, во время переходных фаз, чтобы сохранить достаточную границу помпажа рабочей кривой. Для этого изобретением предусмотрено увеличение способности ускорения/замедления газогенератора посредством регулирования напряжения бортовой электрической сети летательного аппарата. В варианте выполнения после фазы запуска газовой турбины бортовую сеть регулируют по напряжению при помощи заданного значения напряжения (СТ), управляемого посредством этапа определения состояния разгрузки/загрузки (EDEL, ELES, ESTAB) главного источника генерирования электричества бортовой сети. Определение состояния осуществляют в зависимости от потребности в отборе мощности (PPREL), необходимой для движения летательного аппарата. После этого этапа определения следуют этап выбора заданного значения напряжения (СТ) между несколькими уровнями (UH, UB, UM) в зависимости от определения состояния разгрузки/загрузки и этап применения выбранного заданного значения для контура регулирования напряжения, подаваемого в бортовую сеть. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система сквозной вентиляции, предназначенная для комплектной энергетической газотурбинной установки // 2620878

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка (100) содержит кожух (108) с первой секцией (I) кожуха и второй секцией (II) кожуха, причём генератор (110) переменного тока расположен в пределах первой секции (I) кожуха, а газовая турбина (120) расположена в пределах второй секции (II) кожуха. Первая секция (I) кожуха содержит элемент (101) для впуска воздуха, который выполнен с возможностью нагнетания воздушной струи (102) через него в первую секцию (I) кожуха таким образом, что воздушная струя (102) проходит вдоль генератора (110) переменного тока и охлаждает генератор (110) переменного тока. Первая секция (I) кожуха соединена со второй секцией (II) кожуха с возможностью подачи воздушной струи (102) во вторую секцию (II) кожуха. Также представлен способ функционирования энергетической установки. Изобретение позволяет упростить систему в целом, а также позволяет уменьшить затраты материалов и труда на установку и монтаж. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ генерирования электроэнергии однотактным двигателем с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха // 2624076

Изобретение относится к преобразователям энергии сгорания топлива в электрическую энергию. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования. Сущность изобретения заключается в том, что при действии однотактного двигателя с внешней камерой сгорания в нее поступает часть сжимаемого в компрессорных полостях воздуха. При этом система управления двигателем открывает клапан подачи воздуха из компрессорных полостей двигателя на турбину, отработав в которой воздух выбрасывается в атмосферу. Турбина приводит во вращение электрогенератор. Электрогенератор двигателя может действовать постоянно или периодически для зарядки/подзарядки аккумулятора. 1 ил.

Двигательный узел и транспортное средство с гибридным приводом // 2633315

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигательному узлу для гибридного автомобиля. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования двигателя путем изменения сопротивления потока отработавших газов. Сущность изобретения заключается в том, что двигательный узел содержит: блок управления двигателем; двигатель внутреннего сгорания с выхлопными газами; турбину, приводимую в действие, при ее использовании, указанными выхлопными газами; устройство накопления энергии для накопления энергии, рекуперированной из указанных выхлопных газов указанной турбиной; при этом блок управления двигателем выполнен с возможностью изменения скорости накопления энергии в устройстве накопления энергии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.