Турбодетандерна установка

Винахід відноситься до області транспортування природного газу, а саме створення турбодетандерної установки для перетворення пружної енергії стиснутого природного газу у електроенергію у місцях відбору газу з трубопроводів для споживачів - на газорозподільних станціях (ГРС), або газорозподільних пунктах (ГРП). Сьогодні у більшості випадків на ГРП і ГРС використовуються клапанні дроселюючі системи пониження тиску природного газу, які розсіюють пружну енергію стиснутого газу у навколишнє середовище і яка при цьому безповоротно втрачається. Тому існує проблема утилізації цієї енергії. Для її вирішення застосовують системи, які базуються в основному на турбодетандерних електро-генераторних установках і агрегатах (ТДУ і ТДА), що забезпечують одночасно з основною функцією - зниження і регулювання тиску, одержання механічної роботи на валу турбіни з перетворенням її в електроенергію, а також низького холоду, який можна використовувати у системах охолодження транспортуємого газу для підвищення пропускних можливостей газопроводу і в системах кріогенного розділення продуктів природного газу. Сьогодні розроблено ряд ТДА на основі класичних лопаткових турбін [1]. Основні конструктивні елементи включають: корпус, канали подачі газу (сопла), турбіну (колесо з лопатками), яка розміщена на робочому валу, що приводить у р ух електрогенератор. Ці ТДА мають високу вартість і складні в експлуатації та ремонті. Відомі [2] простіші по конструкції і надійніші в експлуатації безлопаткові ТДА зі стр уминно-реактивною турбіною (СРТ). ТДА з СРТ можуть працювати на забрудненому вологому газі при температурі до -60°С, а їх нижчі по ккд характеристики, у порівнянні з лопатковими турбінами, компенсуються простотою і значно меньшою вартістю. Відомий ТДА на базі СРТ [3], який складається з корпусу, що містить струминно-реактивну турбіну у ви гляді труби овального перерізу, яка вигнута буквою "S", систему для подачі і регулювання витрати газу. СРТ консольно закріплена на валу, а з вільної сторони у центрі має отвір, через який при надзвуковій швидкості подається газ. По каналам СРТ газ подається до отворів на периферії СРТ і з цих отворів з високою швидкістю виходить, створюючи при цьому реактивну силу, яка обертає СРТ. Але відома конструкція СРТ є такою, що обумовлює високий аеродинамічний опір її обертанню, а різкі повороти (90 град) каналів подачі газу у центральній частині СРТ сприяє гальмуванню потоків газу, що створює значні втрати його кінетичної енергії і зниження виходу корисної роботи, яку виробляє СРТ у цілому. Задачею запропонованого винаходу є створення турбодетандерної установки, яка забезпечувала б максимальне використання енергії стиснутого природного газу у широкому діапазоні регулювання подачі газу шляхом зменшення втрат кінетичної енергії газу при його переміщенні по каналам СРТ. Задача вирішується тим, що у відомій турбодетандерній установці, яка включає корпус, струминно-реактивну турбіну, систему подачі та регулювання витрати газу, згідно з винаходом турбіна виконана у вигляді зрізаного конуса, у якому на периферії розміщені спіральні канали. Вхід для потоку газу у канали розміщений у торці меншої основи зрізаного конуса, а вихід - по дотичній до більшої основи зрізаного конуса. При цьому частина внутрішніх поверхонь спіральних каналів виконана так, щоб відігравати роль лопаток. Конусоподібна форма турбіни має низький аеродинамічний опір, а спіралеподібні канали забезпечують меньший опір потоку газу. Таким чином можна ефективно перетворювати кінетичну енергію газу в механічну, що забезпечує максимальний вихід корисної роботи турбодетандерної установки. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображені на фіг. 1 - заявлена ТДУ, а на фіг. 2 вигляд А з фіг. 1, що містить схематичне зображення турбіни у вигляді зрізаного конуса і один із спіралеподібних каналів. Турбодетандерна установка складається з корпуса 1, турбіни 2, регулятора подачі газу 3. Турбіна 2 містить спіралеподібні канали 4. Установка працює наступним чином. Природній газ під тиском подається у центр торця турбіни 2 через сопло, у якому його тиск знижається і зростає швидкість до надзвукової. Далі газ потрапляє у канали 4, по яким переміщається з великою швидкістю і створює крутний момент за рахунок тиску на бокову поверхню каналів ротора. Додатково крутний момент виникає від реактивної сили, яка створюється газом, що на великій швидкості виходить через канали по дотичній з більшої основи ротора турбіни. Подача газу регулюється за допомогою пристрою 3 і залежить від тиску газ у у випускному трубопроводі корпусу 1. Джерела інформації 1 Давыдов А.Б. Расчет и конструирование турбодетандеров. - М.: Ви ща школа, 1987, 346с. 2 Саяпин В.В., Марочник И.А. "Оптимизация параметров струйного двигателя по критерию минимума расхода газа", в кн. под общ. ред. Е.В. Герц "Пневматика и гидравлика". Приводы и системы управления. Выпуск 13.М-Москва,1987,с.96-102. 3 Авторське свідоцтво №1829521 F02C3/00.