Турбодетандерная электростанция
Турбодетандерная электростанция относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании электростанций малой мощности для выработки электроэнергии за счет энергии сжатого природного газа. Устройство содержит электрогенератор, на валу которого консольно с обоих концов установлены рабочие колеса турбодетандера так, что осевые усилия от газодинамических сил вычитаются. Поэтому осевая нагрузка на упорный подшипник снижается. А это приводит к увеличению ресурса подшипника и всего устройства. Природный газ высокого давления используется для смазки подшипников. Холодный природный газ низкого давления после выхода его из турбодетандера используется для охлаждения электрогенератора. При этом газ подогревается до температуры в заданном интервале.
Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании электростанций малой мощности для выработки электроэнергии за счет энергии сжатого природного газа.
Известны турбодетандерные электростанции, содержащие электрогенератор с установленным на магистрали природного газа высокого давления многоступенчатым турбодетандером,- [1]. А также известны газотурбинные установки, рабочие колеса которых расположены на валу ротора электрогенератора консольно,- [2] (прототип).
Однако известные устройства в первом случае имеют на роторе значительное осевое усилие, которое снижает ресурс упорного подшипника и устройства в целом, а во втором случае рабочее колесо турбины расположено с одной стороны вала электрогенератора консольно. При этом второй конец вала не используется для размещения рабочего колеса, или колес, турбины, что уменьшает возможность срабатывания на турбине значительного перепада давлений, имеющегося при использовании в качестве рабочего тела на турбине природного газа высокого давления. Кроме того, на известных устройствах не применен в качестве смазки природный газ высокого давления, а в качестве охлаждающей среды не использован низкотемпературный природный газ после его прохождения через турбодетандерные ступени.
Задачей предлагаемого устройства является снижение осевого усилия на упорном подшипнике с целью повышения ресурса, а также использование в качестве смазки (для подшипников) и охлаждающей среды (для электрогенератора) природного газа.
Это достигается следующими нововведениями. Одно, или несколько, рабочих колес первых ступеней турбодетандера размещаются консольно на одном из концов вала электрогенератора. А одно, или несколько, рабочих колес последующих ступеней турбодетандера размещаются консольно на другом конце вала электрогенератора. Газовые потоки на лопатках рабочих колес на
упомянутых группах имеют противоположное направление. Поэтому осевые усилия вычитаются. Через вал ротора электрогенератора на упорный подшипник действует разность осевых усилий, возникающих на двух группах рабочих колес. На магистрали природного газа высокого давления предусмотрена линия отбора на смазку подшипников. А после прохождения через турбодетандер охлажденный природный газ подается в кольцевую полость между корпусом и кожухом для охлаждения электрогенератора. Подогретый от электрогенератора природный газ далее поступает в магистраль для его подачи потребителю.
Перечисленные нововведения дают следующий технический результат. Разгруженный от осевой силы упорный подшипник ротора электрогенератора имеет увеличенный ресурс, что увеличивает ресурс изделия в целом. Кроме того, использование в качестве смазки подшипников природного газа высокого давления упрощает систему смазки. А холодный природный газ после турбодетандера с одной стороны охлаждает электрогенератор, а с другой стороны подогревается сам и снимает проблему подогрева его перед направлением потребителю, так как имеются известные ограничения по температуре природного газа, подаваемого потребителю.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где изображен продольный разрез турбодетандерной электростанции.
Турбодетандерная электростанция содержит электрогенератор 1 с корпусом 2 и ротором 3 и двухступенчатый турбодетандер с рабочими колесами 4 и 5, расположенными консольно на валу ротора 3 электрогенератора 1. Стрелками ВХОД и ВЫХОД обозначены соответственно места входа природного газа на турбодетандерную электростанцию и выхода его в магистраль для подачи потребителю.
На корпусе 2 имеется штуцер 6 для подачи природного газа высокого давления на газостатическую опору 7 ротора 3 электрогенератора 1. Такой же штуцер имеется для подвода природного газа на газостатическую опору 8.
Кривой стрелкой на чертеже обозначено направление движения природного газа из рабочего колеса 5 турбодетандера в кольцевую полость 9 между корпусом 2 и кожухом 10 и далее в выхлопной патрубок 11.
В работе природный газ подается через патрубки 12 и 13, кольцевую полость 14 и сопловой аппарат 15 на рабочее колесо 4 турбодетандера. После рабочего колеса 4 природный газ поступает в кольцевую полость 16 и далее по трубам 17 и 18 в кольцевую полость 19. Из кольцевой полости 19 через сопловой аппарат 20
природный газ поступает на рабочее колесо 5 турбодетандера. Из рабочего колеса 5 он подается в кольцевую полость 9 и далее в выхлопной патрубок 11. Проходя через рабочие колеса 4 и 5, природный газ преобразует энергию давления в механическую энергию вращения ротора 3 электрогенератора 1. При этом температура природного газа снижается. Холодный газ при прохождении кольцевой полости 9 охлаждает электрогенератор 1 и подогревается сам. Штуцер 6 соединен с магистралью природного газа высокого давления. Газ через штуцер 6 и другой такой же штуцер подается для смазки газостатических опор 7 и 8. После прохождения газостатических опор 7 и 8 природный газ попадает во внутреннюю полость 21 электрогенератора 1, охлаждает электрогенератор и далее через отверстия 22 выходит в кольцевую полость 9 и в выхлопной патрубок 11.
1. Турбодетандерная электростанция, содержащая электрогенератор с многоступенчатым турбодетандером, имеющим входной патрубок, или входные патрубки, соединенные с магистралью природного газа высокого давления, и выхлопной патрубок, соединенный с магистралью подачи природного газа потребителю, а рабочие колеса турбодетандера расположены на валу ротора электрогенератора консольно, отличающаяся тем, что рабочее колесо первой ступени или несколько рабочих колес передних ступеней турбодетандера закреплены с одного конца вала, а одно или несколько рабочих колес последующих ступеней закреплены с другого, противоположного конца вала, при этом лопатки на рабочих колесах выполнены так, что потоки природного газа вдоль оси турбодетандера на рабочих колесах, расположенных на противоположных концах вала ротора элекрогенератора, имеют противоположные направления.
2. Турбодетандерная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она имеет линию отбора природного газа из магистрали природного газа высокого давления, соединенную с каналами для подачи газа на смазку опор ротора электрогенератора, при этом полости выхода природного газа из опор сообщаются через внутреннюю полость электрогенератора с выхлопным патрубком, соединенным с магистралью подачи природного газа потребителю.
3. Турбодетандерная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она имеет у электрогенератора кольцевую полость между корпусом наружным и кожухом, соединенную с одной стороны с полостью выхода природного газа из турбодетандера, а с другой стороны - с выхлопным патрубком, соединенным с магистралью подачи природного газа потребителю.
