Турбодетандерна установка

Турбодетандерна установка, що складається з корпусу, в якому встановлена струминно - реактивна турбіна з соплами Лаваля і системою регулювання витрати газу, яка відрізняється тим, що струминно-реактивна турбіна виконана у вигляді диска, система регулювання витрати газу розміщена безпосередньо у МІСЦІ виходу газу з сопел, а процес регулювання у ній виконується шляхом зміни перерізу каналу у найвужчому МІСЦІ дністю лопаткових апаратів і, ВІДПОВІДНО, вимогами високого рівня технології (на рівні авіаційного) Складна і дорога турбіна вимагає складних допоміжних систем, які забезпечують и надійну роботу і необхідний ресурс примусову систему змащення опор ротора і передаточних муфт, систему кінцевих ущільнень вала ротора, систему автоматичного управління і регулювання, систему контролю і аварійного захисту і технічного діагностування, систему підготовки газу перед турбіною (очистки, сушіння, підігріву), так як лопаткові апарати і ущільнення турбіни забруднюються, ерозійно зношуються, запдрачуються і покриваються льодом Крім того, регулювання режиму лопаткових турбін з повним впуском переважно забезпечується частковим дроселюванням газу перед турбіною з допомогою регулюючого клапана, або байпасуванням частини витрати газу повз турбіну, тобто не використовується значна частина запасеної енергії газу Використання регулюючих направляючих апаратів ще більш ускладнює турбіну і підвищує и вартість Необхідно також враховувати, що для лопаткових турбін необхідно підігрівати газ перед ними, на що витрачається приблизно 25% енергії [2] ВІДОМІ простіші по конструкції і надійніші в експлуатації безлопаткові ТДА зі струменевореактивною 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 ю ю 52252 у вигляді труби овального перерізу, яка вигнута буквою S СРТ консольне закріплена на валу, а з вільного боку у центрі має отвір, через який при надзвуковій швидкості подається газ По каналам СРТ газ подається до отворів на переферм СРТ і з цих отворів з високою швидкістю виходить, створюючи при цьому реактивну силу, яка обертає СРТ Додатково ТДА має систему регулювання подачі газу, але через розміщення м на вході ротора СРТ приводить до втрати кінетичної енергії газу, який змушений переміщатися по вузьким каналам СРТ з надзвуковою швидкістю до виходу з сопел Задачею запропонованого винаходу є створення на базі СРТ турбодетандерного агрегату, який забезпечував би 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 пропонуємій турбодетандерній установці, що включає корпус, струминно-реактивну турбіну з соплами Лаваля, систему регулювання витрати газу Згідно З винаходом, система регулювання витрати газу розміщена безпосередньо у МІСЦІ виходу газу з сопел, а витрата газу регулюється зміною перерізу каналу у його найвужчому МІСЦІ ІЗ забезпеченням максимальної швидкості витікання газу СРТ виконана у вигляді диску, що забезпечує мінімальний аеродинамічний опір при м обертанні Реактивна сила, що обертає СРТ залежить від швидкості газу і його витрати Для досягнення максимальної величини реактивної сили і ефективного використання енергії газу при заданій його витраті необхідно , щоб газ витікав з максимальною швидкістю, що можна досягнути у соплах Лаваля Особливістю сопла Лаваля є те, що при витіканні газу у середовище з тиском меньшим критичного у самому вузькому перерізі сопла встановлюється критична швидкість (швидкість звуку) У розширюючій частині газ розганяється до надзвукової швидкості При досягненні критичної швидкості витікання встановлюється максимальна витрата газу, яка визначається параметрами газу на вході у сопло, показником адіабати газу (тобто його природою) і величиною поперечного перерізу у найвужчому МІСЦІ сопла [2] Оскільки витрата газу на ГРС і ГРП постійно змінюється, то для збереження критичної швидкості (максимальної у даному випадку) необхідно змінювати поперечний переріз Суть винаходу пояснюється кресленням, де зоображені на фіг 1 - заявленна ТДУ, а на фіг 2 вигляд А з фіг 1, що містить збільшений елемент СРТ - сопло Лаваля з системою регулювання витрати газу ТДУ містить СРТ 1, сопла 2, поршень З, пружину 4, конус 5, корпус ТДУ 6 Установка працює наступним чином Природній газ при тиску Рі подається у центр ротора СРТ 1 і по герметичних трубопроводах до сопел 2 При витіканні газу з сопел тиск його падає до тиску Рг, а швидкість зростає Ротор обертається внаслідок дії реактивної сили, що виникає при витіканні газу з надзвуковою швидкістю 3 корпуса турбодетандера 6 природній газ з тиском P-z по трубопроводам подається споживачам Зміна площі поперечного перерізу у соплі 2 відбувається за рахунок переміщення конуса 5 Положення конуса визначається величиною тиску у камері турбодетандера Цей тиск залежить від споживання природного газу При зростанні відбору газу тиск у камері P-z понижається і зменшується сила, що діє на поршень Тому пружина 4 зміщує поршень 3, який зв'язаний з конусом 5, вліво Площа поперечного перерізуканалу зростає збільшується витрата газу Падіння споживання природнього газу викличе зростання тиску P-z у камері турбод етан д ера, під дією якого поршень 3 зміститься вправо Площа поперечного перерщ зменшується і падає витрата газу Таким чином можна підтримувати максимальну швидкість витікання газу через сопло при різній його витраті , що забезпечує максимальний ккд СРТ Джерела інформації 1 Давыдов А Б Расчет и конструирование турбо детандеров - М/ Выща школа,-1987,-346 с 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 52252 A Фіг.-1 Фіг.-2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71