RU168649U1

RU168649U1 - DETANDER-GENERATOR DEVICE WITH TEMPERATURE CORRECTION OF THE ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU168649U1
Application number: RU2016128688U
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Воробьев; Сергей Николаевич Пахомов; Геннадий Юрьевич Царьков; Михаил Владимирович Панарин
Original assignee: Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула"
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-02-13

Abstract

Полезная модель относится к детандер-генераторным устройствам, а именно к детандерным устройствам для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях газопроводов.Детандер-генераторное устройство с температурной коррекцией электрогенератора содержит последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, регулирующий клапан с двумя заслонками и охлаждающий дефлектор электрогенератора, биметаллический регулятор с рычагом и регулирующей тягой.Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы устройства посредством компенсации повышения температуры электрогенератора при больших нагрузках во внешней электрической сети путем подачи охлажденного воздуха и от воздушной турбины и расширения диапазона стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях внешней нагрузки. 1 ил.The utility model relates to expander-generator devices, namely, expander devices for generating electricity using the energy of overpressure of natural gas transported through gas pipelines, and can be used at gas control points and gas distribution stations of gas pipelines. An expander-generator device with temperature correction of the electric generator contains series-connected high pressure pipeline, gas heating heat exchanger, expander, low-pressure pipeline about pressure kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with circulating refrigerant, a control valve with two dampers and a cooling deflector of the electric generator, a bimetallic regulator with a lever and a regulating rod. This technical solution improves the reliability of the device by compensating for the increase in temperature of the generator at high loads in an external electrical network by supplying cooling nnogo and air from an air expansion turbine and the generator temperature range stabilizing the oscillations of the external load. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к детандер-генераторным устройствам, а именно к детандерным устройствам для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях газопроводов.The utility model relates to expander-generator devices, namely, expander devices for generating electricity using the energy of excess pressure of natural gas transported through gas pipelines, and can be applied at gas control points and gas distribution stations of gas pipelines.

Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа, содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до газорегуляторного пункта, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за газорегуляторным пунктом, воздушный компрессор, а также теплообменник для подогрева газа перед детандером, за счет горячего воздуха из выхлопа воздушного компрессора, и воздушную турбину, на выходе которой установлен теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом (Патент на полезную модель RU №39937, кл. F25B 11/02, опубл. 20.08.2004).A known installation for generating additional electric energy through the use of energy of excess gas pressure, containing an expander kinematically connected to an electric generator, connected by an inlet pipe to a high pressure pipe to a gas control point, an output pipe to a low pressure pipe behind a gas control point, an air compressor, and also a heat exchanger for heating gas in front of the expander, due to hot air from the exhaust of the air compressor, and an air turbine, Exit which a heat exchanger with a refrigerant circulating circuit according to (a utility model patent RU №39937, cl. F25B 11/02, publ. 20.08.2004).

Недостатком этой установки является ее сложность, наличие потерь на передачу электрической энергии и механических потерь, связанных с тем, что детандер, генератор и воздушный компрессор с воздушной турбиной расположены на разных валопроводах, и низкая надежность в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.The disadvantage of this installation is its complexity, the presence of losses in the transmission of electrical energy and mechanical losses associated with the fact that the expander, generator and air compressor with an air turbine are located on different shafts, and low reliability due to the instability of the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network , the possibility of overheating and failure.

Известно детандер-генераторнае устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушная турбина, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, соединенным со входом воздушной турбины (Патент на полезную модель RU №49199, кл. F25B 11/02, опубл. 10.11.2005).It is known an expander-generator device containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with circulating refrigerant, the air compressor inlet is connected to the atmosphere low pressure air duct, and the outlet with the inlet of the gas heat exchanger, high pressure air duct connected to the course of the air turbine (Patent for utility model RU No. 49199, class F25B 11/02, publ. 10.11.2005).

Недостаток устройства состоит в низкой надежности работы детандер-генераторной установки в виду нестабильности температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети, возможности его перегрева и выхода из строя.The disadvantage of this device is the low reliability of the expander-generator set due to the instability of the temperature of the generator during load fluctuations in the electric network, the possibility of overheating and failure.

Известно детандер-генераторное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления, регулирующий клапан с первой заслонкой и охлаждающий дефлектор электрогенератора, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор с рычагом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления через теплообменник подогрева газа соединен со входом воздушной турбины, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом соединен с воздухопроводом низкого давления (Патент на полезную модель RU №159533, кл. F25B 11/02, опубл. 10.02.2016).It is known an expander-generator device containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating exchanger, an expander, a low pressure pipeline, an electric generator kinematically connected by one shaft, an expander, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a refrigerant circulating along the circuit, a first low pressure air duct connected in series , a control valve with a first flap and a cooling deflector of the electric generator mounted on the body of the electric a bimetallic regulator with a lever, the air compressor inlet is connected to the atmosphere, and the high pressure air duct exit through the gas heat exchanger is connected to the air turbine inlet, the output of which is connected to the low pressure air duct through a heat exchanger with a circulating refrigerant (Utility Model Patent RU No. 159533 , CL F25B 11/02, publ. 02/10/2016).

Недостаток устройства состоит в невысокой надежности работы детандер-генераторной установки в виду повышения температуры электрогенератора и проявления возможности выхода его из строя при больших внешних нагрузках и зависимости температуры от электрической нагрузки во внешней сети.The disadvantage of this device is the low reliability of the expander-generator set in view of the temperature rise of the electric generator and the manifestation of the possibility of its failure under high external loads and the dependence of temperature on the electrical load in the external network.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении надежности работы детандер-генераторного устройства посредством компенсации повышения температуры электрогенератора при больших нагрузках во внешней электрической сети путем подачи охлажденного воздуха и от воздушной турбины и расширения диапазона стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях внешней нагрузки.The technical problem solved by the proposed utility model is to increase the reliability of the expander-generator device by compensating for the increase in the temperature of the generator at high loads in the external electrical network by supplying cooled air to and from the air turbine and expanding the range of stabilization of the temperature of the generator when the external load fluctuates.

Техническая задача, решается тем, что в известное детандер-генераторное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, трубопровод низкого давления, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор, детандер, воздушный компрессор и воздушную турбину, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления, регулирующий клапан с первой заслонкой и охлаждающий дефлектор электрогенератора, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор с рычагом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления через теплообменник подогрева газа соединен со входом воздушной турбины, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом соединен с воздухопроводом низкого давления, дополнительно введен второй воздухопровод низкого давления, вход которого соединен с выходом воздушной турбины, а выход соединен со вторым входом регулирующего клапана, в регулирующий клапан установлена вторая заслонка второго входа регулирующего клапана, причем первая и вторая заслонки соединены регулирующей тягой.The technical problem is solved in that in the known expander-generator device containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a circulating circuit refrigerant, the first low pressure air duct connected in series, the control valve with the first damper and the cooling deflector an atomizer, a bimetallic regulator mounted on the generator’s body with a lever, the air compressor inlet is connected to the atmosphere, and the output of the high pressure duct through the gas heat exchanger is connected to the air turbine inlet, the outlet of which is connected to the low pressure air duct through a heat exchanger with circulating refrigerant the second low-pressure air duct, the input of which is connected to the output of the air turbine, and the output is connected to the second input of the control valve on, a second flap of the second inlet of the control valve is installed in the control valve, the first and second shutters being connected by a control rod.

На чертеже изображена схема предлагаемого детандер-генераторного устройства с температурной коррекцией электрогенератора.The drawing shows a diagram of the proposed expander-generator device with temperature correction of the generator.

Устройство содержит последовательно соединенные трубопровод высокого давления 1, теплообменник подогрева газа 2, детандер 3, трубопровод низкого давления 4, кинематически связанные одним валопроводом электрогенератор 5, детандер 3, воздушный компрессор 6 и воздушную турбину 7, теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8, последовательно соединенные первый воздухопровод низкого давления 9, регулирующий клапан 10 с первой заслонкой 11 и охлаждающий дефлектор электрогенератора 12, закрепленный на корпусе электрогенератора биметаллический регулятор 13 с рычагом 14, вход воздушного компрессора 6 соединен с атмосферой, а выход воздухопроводом высокого давления 15 через теплообменник подогрева газа 2 соединен со входом воздушной турбины 7, выход которой через теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 соединен с воздухопроводом низкого давления 9, второй воздухопровод низкого давления 16, вход которого соединен с выходом воздушной турбины 7, а выход соединен со вторым входом регулирующего клапана 10, в регулирующий клапан установлена вторая заслонка 17 второго входа регулирующего клапана 10, причем первая 11 и вторая 17 заслонки соединены регулирующей тягой 18. Теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 через замкнутый контур 19 связан с потребителем холода 20.The device contains a series-connected high pressure pipe 1, a gas preheater 2, an expander 3, a low pressure pipe 4, a generator 5 kinematically connected by a single shaft, an expander 3, an air compressor 6 and an air turbine 7, a heat exchanger with refrigerant 8 circulating in circuit, connected in series the first low-pressure air duct 9, a control valve 10 with a first damper 11 and a cooling deflector of the electric generator 12, mounted on the body of the electric generator bimetal A controller 13 with a lever 14, the inlet of the air compressor 6 is connected to the atmosphere, and the output of the high pressure pipe 15 through the heat exchanger for gas heating 2 is connected to the inlet of the air turbine 7, the output of which through the heat exchanger with circulating refrigerant 8 is connected to the low pressure pipe 9, the second low pressure air duct 16, the input of which is connected to the output of the air turbine 7, and the output is connected to the second input of the control valve 10, the second damper 17 of the second inlet is installed in the control valve the ode of the control valve 10, and the first 11 and second 17 of the valve are connected by a control rod 18. The heat exchanger with the refrigerant 8 circulating through the circuit through a closed circuit 19 is connected to the consumer 20 of the cold.

Устройство работает следующим образом. Газ, подаваемый по трубопроводу высокого давления 1 к детандеру 3, подогревается в теплообменнике подогрева газа 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода воздушного компрессора 6. Привод воздушного компрессора 6 и воздушной турбиной 7 осуществляется детандером 3 единым валопроводом с электрогенератором 5. Механическая мощность детандера 3 и воздушной турбины 7 преобразуется в электрогенераторе 5 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. При работе воздушного компрессора 6 при сжатии воздуха его температура повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа 2, обеспечивается подогрев газа перед детандером 3. При этом степень сжатия воздушного компрессора 6 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе воздушного компрессора 6 была больше требуемой температуры подогрева газа. С выхода теплообменника подогрева газа 2 воздух подается на вход воздушной турбины 7. При адиабатном расширении в воздушной турбине 7 воздух охлаждается и подается на теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом 8 и через первый воздухопровод низкого давления 9 на регулирующий клапан 10. Потребитель холода 20 через замкнутый контур 19 соединяется с теплообменником с циркулирующим по контуру хладагентом 8.The device operates as follows. The gas supplied through the high pressure pipe 1 to the expander 3 is heated in a gas preheater 2, in which mechanically heated air from the air compressor 6 is used as a heating medium. The air compressor 6 and the air turbine 7 are driven by a single shaft shaft expander 3 with by an electric generator 5. The mechanical power of the expander 3 and the air turbine 7 is converted in the electric generator 5 into electrical power that is supplied to the electrical network. When the air compressor 6 is in compression, its temperature rises. Using this heat of air in the gas heat exchanger 2, gas is heated in front of the expander 3. In this case, the compression ratio of the air compressor 6 is selected so that the air temperature at the outlet of the air compressor 6 is higher than the required gas heating temperature. From the outlet of the gas heating heat exchanger 2, air is supplied to the inlet of the air turbine 7. During adiabatic expansion in the air turbine 7, the air is cooled and fed to the heat exchanger with refrigerant 8 circulating along the circuit and through the first low pressure air duct 9 to the control valve 10. Cold consumer 20 through a closed circuit 19 is connected to a heat exchanger with circulating refrigerant 8.

Первая заслонка 11 регулирующего клапана 10 под действием рычага 14 приводится в движение посредством закрепленного на корпусе электрогенератора 5 биметаллического регулятора 13. При нагреве корпуса электрогенератора 5 с превышением допустимого значения биметаллический регулятор 13 через рычаг 14 воздействует на первую заслонку 11, в результате чего регулирующий клапан 10 увеличивает объем подаваемого воздуха на электрогенератор 5 через охлаждающий дефлектор 12 и температура электрогенератора 5 снижается.The first damper 11 of the control valve 10 under the action of the lever 14 is set in motion by means of a bimetallic regulator 13 mounted on the body of the electric generator 5. When heating the body of the electric generator 5 with an excess of the permissible value, the bimetallic regulator 13 acts through the lever 14 on the first damper 11, as a result of which the control valve 10 increases the amount of air supplied to the generator 5 through the cooling deflector 12 and the temperature of the generator 5 is reduced.

При больших нагрузках во внешней электрической сети первая заслонка 11 принимает предельное положение, и процесс стабилизации поддержания температуры электрогенератора 7 продолжает поддерживаться открытием через регулирующую тягу 18 второй заслонки 17, которая подает холодный воздух для охлаждения электрогенератора 5 по второму воздухопроводу низкого давления 16 непосредственно с воздушной турбины 7, чем достигается расширение диапазона стабилизации температуры электрогенератора при значительных колебаниях внешней нагрузки.At high loads in the external electrical network, the first damper 11 takes the extreme position, and the stabilization process of maintaining the temperature of the generator 7 continues to be supported by opening through the regulating rod 18 of the second damper 17, which supplies cold air to cool the generator 5 through the second low pressure duct 16 directly from the air turbine 7, what is achieved by expanding the range of stabilization of the temperature of the generator with significant fluctuations in the external load.

При излишнем снижении температуры электрогенератора 5 биметаллический регулятор 13 и рычаг 14 воздействуют через регулирующую тягу 18 на вторую заслонку 17 и непосредственно на первую заслонку 11 в обратную сторону, в результате чего регулирующий клапан 10 уменьшает объем подаваемого холодного воздуха, и температура электрогенератора 5 повышается за счет протекающих токов нагрузки. Этим обеспечивается стабилизация температуры электрогенератора при колебаниях нагрузки в электрической сети.If the temperature of the generator 5 decreases excessively, the bimetallic controller 13 and the lever 14 act through the control rod 18 on the second valve 17 and directly on the first valve 11 in the opposite direction, as a result of which the control valve 10 reduces the volume of cold air supplied, and the temperature of the generator 5 increases due to flowing load currents. This ensures stabilization of the temperature of the generator during load fluctuations in the electrical network.

Таким образом, надежность работы детандер-генераторного устройства с температурной коррекцией электрогенератора повышается посредством компенсации повышения температуры электрогенератора при больших нагрузках во внешней электрической сети путем подачи охлажденного воздуха и от воздушной турбины и расширения диапазона стабилизации температуры электрогенератора при колебаниях внешней нагрузки.Thus, the reliability of the expander-generator device with temperature correction of the electric generator is increased by compensating for the increase in the temperature of the electric generator at high loads in the external electrical network by supplying cooled air to and from the air turbine and expanding the stabilization range of the temperature of the electric generator when the external load fluctuates.

Claims

An expander-generator device with temperature correction of an electric generator, containing a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander, a low pressure pipeline kinematically connected by a single shaft, an electric generator, an expander, an air compressor and an air turbine, a heat exchanger with a circulating refrigerant, connected in series to the first low pressure air duct, control valve with first flap and cooling deflector a bimetallic regulator mounted on the generator’s body with a lever, the air compressor inlet is connected to the atmosphere, and the high pressure air duct is connected to the air turbine inlet through a gas preheater, the output of which is connected to a low pressure air duct through a heat exchanger with circulating refrigerant, that a second low pressure air duct is additionally introduced into the device, the input of which is connected to the output of the air turbine, and the output is connected to the second the second input of the control valve, the second valve of the second input of the control valve is installed in the control valve, the first and second valves being connected by a control rod.