Енергетична установка для резервного електропостачання газоперекачувального агрегату

Реферат: UA 78571 U UA 78571 U 5 10 Корисна модель належить до електрогенеруючих пристроїв і знайде застосування в техніці, де має місце перетворення теплової енергії в електричну. Вона може бути використана для отримання електричної енергії шляхом термоелектричного перетворення в сфері використання двигунів внутрішнього згоряння, цементній промисловості, металургії, хімічній промисловості та ін. Такі пристрої у вигляді термоелектричних генераторів розробляються багатьма фірмами для використання поряд з автомобільними двигунами [1], що виділяють тепло вихлопними газами. Відомі енергетичні установки для резервного живлення газоперекачувальних агрегатів (ГПА) [2]. Турбіни авіаційних двигунів газових турбін ГІГА обертаються під дією продуктів згоряння природного газу. У цьому варіанті газоперекачувальний агрегат потребує при експлуатації наявності джерела електричної енергії. Електрична енергія використовується при підготовці ГПА до пуску, при роботі та під час зупинки агрегату. В табл. представлено використання електроенергії на ГПА - К/5,5 - ГТП/6,3 СК при підготовці до роботи й запуску [3]. Таблиця № п/п 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. Потужність спож., кВт 47,98 11,0 26,15 2,98 0,45 1.6. 1.7. 1.8. Режим роботи ГПА, об'єкт живлення Підготовка ГПА до запуску: Насос змащування компресора Нагрівачі маслобаків Кондиціонери Пожежна автоматика Система контролю загазованості й вібрації Освітлення Система автоматичного керування Крани газові 2. Запуск: 136,73/108,33 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Насос змащування компресора Вентилятори Обігрівачі Кондиціонери Пожежна автоматика Система контролю загазованості й вібрації Електрообладнання турбіни Система автоматичного керування Система електрозапуску 11,0 52,0/41 17,4/0 2,98 0,45 1.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 15 20 25 30 Примітки Взимку 0,45 0,35 6,8 0,2 В знаменнику при Т>15 °C 0,3 0,5 6,8 45 З таблиці видно, що без електричного постачання агрегат працювати не може, максимальна потужність споживання становить 136,73 кВт в режимі запуску. В режимі роботи сумарне споживання складає 78,33 кВт (63,33 кВт при оточуючій температурі Т>15 °C). У віддалених від електромережі пунктах газотранспортної мережі використовуються автономні електростанції, що забезпечують відповідну потужність для потреб ГПА. У випадку аварійного відключення від електромережі, передбачено резервне живлення відповідальних вузлів ГПА від дизельних двигунів [3]. Проте їх підключення займає певний час, що може призвести до аварійних режимів роботи газових турбін і виходу їх із ладу. До таких відповідальних вузлів ГПА, що потребують надійного електропостачання, належать системи автоматичного керування, пожежної безпеки, контролю рівня загазованості й вібрації та автоматичного керування. Їх сумарна потужність електроспоживання становить 7,7 кВт. Відомі пристрої для резервного живлення ГПА [4-6], які використовують двигуни внутрішнього згорання. Проте їх підключення займає певний час, що може призвести до аварійних режимів роботи газових турбін і виходу їх із ладу. Крім того, відомо пристрої рекуперації тепла викидних газів ГПА, що містять рекуператори нагріву повітря [2], котре направляється в камеру згоряння турбіни. Дане рішення зменшує рівень теплового забруднення, сприяє зростанню загального ККД ГПА, проте не створює додатково електроенергію на основі використання тепла продуктів згоряння. Із існуючих аналогів енергетичних установок для живлення ГПА найбільш близьким за технічною суттю є енергетична установка з паросиловою установкою і турбодетандером [7], яка 1 UA 78571 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 забезпечує генерацію електричної енергії для резервного живлення ГПА. Проте вказана установка має ряд недоліків, що пов'язані із тим, що теплові відходи від турбіни ГПА є низькопотенційними (з температурою викидних газів з на рівні ~ 400 °C). При таких температурах використання парового циклу є неефективним. Завдання рекуперації тепла викидних газів для резервного енергопостачання відповідальних вузлів ГПА розв'язується тим, що як енергетична установка для живлення ГПА (фіг. 1) використовується термоелектричний генератор, у якому тепло викидних газів перетворюється в електричну енергію. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для газоперекачувальних агрегатів, яке полягає в тому, що як енергетична установка в складі ГПА використовується термоелектричний генератор, у якому тепло викидних газів перетворюється в електричну енергію, необхідну для функціонування відповідальних вузлів ГПА; термоелектричний генератор розташований на бічних поверхнях блока спрямляючого (фіг. 2) і містить ряд первинних блоків, що з'єднуються в послідовно-паралельне коло для досягнення необхідних електричних потужностей; енергетична установка містить блок стабілізації напруги, встановлений між генератором і комутатором. Тому ознака, яка заявляється, - як енергетична установка в складі ГПА використовується термоелектричний генератор, у якому тепло викидних газів перетворюється в електричну енергію, необхідну для функціонування відповідальних вузлів ГПА; термоелектричний генератор розташований на бічних поверхнях блока спрямляючого і містить ряд первинних блоків, що з'єднуються в послідовно-паралельне коло для досягнення необхідних електричних потужностей; енергетична установка містить блок стабілізації напруги, встановлений між генератором і комутатором. На фіг. 1 представлено схему електричного з'єднання ГПА 5 з термоелектричним генератором. 1 на фіг. 1 - блок централізованого електропостачання з зовнішньої електромережі, 2 - електричне коло ГПА, що не включає в себе пристрої системи безпеки та контролю режимів роботи ГПА, 3 - електричне коло пристроїв системи безпеки та контролю режимів роботи ГПА, 4 - термоелектричний генератор, 6 - блок стабілізації напруги, 7 комутатор. Запропонована схема працює наступним чином. Електрична енергія із зовнішньої електромережі використовується для запуску і використовується протягом усієї роботи ГПА. При включенні турбіни ГПА вихлопні гази переносять значну кількість тепла, що, внаслідок термоелектричного перетворення при передачі тепла гарячим площинам генератора, дає можливість отримувати електричну енергію. Ця електрична енергія через стабілізатор напруги і комутатор направляється на живлення пристроїв системи безпеки та контролю режимів роботи ГПА. У випадку аварійного відключення зовнішньої електромережі, знеструмленою залишається лише та частина пристроїв ГПА, що не відповідають за безпеку та контроль режимів роботи ГПА. Таким чином досягається підвищення надійності та безпеки роботи ГПА. На фіг. 2 представлено схему ГПА [2]: 8 - вихлопна труба, 9 - термоелектричний генератор, що складається із сукупності ідентичних первинних блоків, який розміщений на бічних стінках блока спрямляючого 10,11 - газова турбіна. Теоретичні оцінки показали, що за допомогою термоелектричного генератора, розміщеного на бічних стінках блока спрямляючого ГПА, можна отримати електричну потужність на рівні 8,5 кВт, що цілком забезпечує резервне живлення пристроїв системи безпеки та контролю режимів роботи ГПА. Запропонований варіант електрозабезпечення може знайти активне використання в газотранспортній сфері та інших галузях техніки та промисловості, його застосування дозволить значно покращити характеристики різних агрегатів, в котрих використовується спалювання газів або рідинних палив. Джерела інформації: 1. 1. Anatychuk L.I., Luste O.J., Kuz R.V. Theoretical and experimental studies of thermoelectric generator for vehicles // Journal of Electronic Materials, Vol. 40, Issue 5,2011. 2. Аверьянов А.А., Лебедев Н.М. Газоперекачивающие агрегаты с приводом авиационного типа.- М.: Недра, 1983. - С.70. 3. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы. Часть 1. Газопроводы. ОНТП 51-1-85. Мингазпром, М., 1985. 4. Патент РФ № 2396450. Энергетическая установка. Попов С.А., Гудзь В.Н., Терѐхин А.Н., Антипов М.А., Сайданов В.О. Заявка: 99127975/06, 30.12.1999, Опубликовано: 27.07.2001. 2 UA 78571 U 5 5. Патент РФ № 2419185. Энергетическая установка. Лаптев А.А., Лаптев Н.Н. Заявка: 2009148426/07, 28.12.2009, Опубликовано: 28.12.2009. 6. Патент РФ № 2419957. Энергетическая установка. Лаптев Н.Н., Левин А.В., Довгаленок В.М. Заявка: 2010123426/07, 09.06.2010, Опубликовано 09.06.2010. 7. Патент РФ № 2256118. Энергетическая установка для компрессорной станции магістрального газопровода. Рудаков Д.Е. Заявка: 2002134912/06, 23.12.2002. Дата публикации заявки 10.07.2004. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Енергетична установка для резервного електропостачання пристроїв безпеки та контролю режимів роботи газоперекачувального агрегату, що містить автономний генератор електричної енергії, яка відрізняється тим, що як автономний електрогенератор застосовано термоелектричний генератор електричної енергії, у якому для генерування електричної енергії використовується тепло вихлопних газів турбіни газоперекачувального агрегату. 2. Енергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що термоелектричний генератор розташований на бічних поверхнях блока спрямляючого. 3. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що термоелектричний генератор містить ряд первинних блоків, що з'єднуються в послідовно-паралельне коло для досягнення необхідних електричних потужностей. 4. Енергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить блок стабілізації напруги, встановлений між генератором і комутатором. 3 UA 78571 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4