ТУРБОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК F02C6/06 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для эффективного использования энергии сжатого газа при его отборе в линию потребителя из магистрального трубопровода с целью выработки электроэнергии или в газоперерабатывающей промышленности в турбодетандерах для удовлетворения технологических и коммунально-бытовых нужд в электроэнергии, тепле и холоде.

Известны различные устройства, включающие турбину, работающую на природном газе, отбираемом из магистрального газопровода, воздушный компрессор, теплообменник.

Известна установка, содержащая магистральный газопровод, трубопровод подачи газа к потребителю, компрессор, турбину, камеру сгорания, теплообменник. Установка представляет собой компрессорную станцию для увеличения давления природного газа и выработки электроэнергии и включает в себя воздушный компрессор, газовую турбину, компрессор природного газа, теплообменник, камеру сгорания, вырабатывающую рабочее тело для газовой турбины и работающую от воздушного компрессора и природного газа (турбодетандерная установка УКС-300, разработки НПО им. Фрунзе рекламный проспект).

Наиболее близким техническим решением является установка, содержащая газовую турбину, подключенную входом через теплообменный аппарат к магистральному газопроводу, а выходом к газопроводу потребителей газа, камеру сгорания, соединенную газопроводом с запорно-регулирующей арматурой с магистральным газопроводом, а выход камеры сгорания подключен по греющей среде к теплообменному аппарату.

Недостатком известных решений является наличие традиционных устройств для предотвращения утечек газа по валу турбины в полость опор и в атмосферу контактных подвижных уплотнений (торцевых уплотнений), что снижает ресурс работы и надежность энергоустановки.

Цель изобретения устранение вышеуказанного недостатка, а также повышение надежности и ресурса работы турбопривода за счет исключения утечек газа по валу в окружающую среду и в полость опор.

Цель достигается тем, что турбопривод дополнительно содержит два вентилятора, установленные с двух сторон турбины на одном валу с ней, при этом полости низкого давления вентиляторов и турбины соединены щелевыми уплотнениями, а полости высокого давления вентиляторов подключены ко входу камеры сгорания. В щелевых уплотнениях выполнены кольцевые проточки, полости которых подключены к магистральному газопроводу до теплообменного аппарата.

Совокупность существенных признаков предлагаемого турбопривода проявляет иные свойства в сравнении с известными решениями, заключающиеся в том, что установка вентиляторов на общем валу с обеих сторон турбины и соединенных между собой щелевыми уплотнениями, а также использование утилизатора в виде камеры сгорания вход в которую соединен с выходными полостями вентиляторов, позволяет исключить утечки газа по валу в окружающую среду, сжечь их в камере сгорания, а продукты сгорания использовать для подогрева газа до турбины, что в комплексе повысит мощность, надежность и ресурс работы турбопривода.

На чертеже изображен турбопривод, где 1 вал; 2 турбина; 3 вентилятор; 4 опоры; 5 щелевое уплотнение; 6 кольцевая проточка; 7, 9, 11 трубопроводы; 8 аппарат теплообменный; 10 камера сгорания; 12 клапан пускоотсечной; 13 система зажигания; F₁, F₂ проходное сечение щелевого уплотнения.

Турбопривод содержит вал 1 с турбиной 2, по обе стороны которой установлены два вентилятора 3. Вал смонтирован на опорах 4. Полости низкого давления турбины и вентиляторов соединены между собой щелевыми уплотнениями 5. Щелевые уплотнения выполнены с кольцевыми проточками 6, которые соединены трубопроводом 7 с магистральным газопроводом до теплообменного аппарата 8. Входные полости вентиляторов сообщены непосредственно с атмосферой, а полости высокого давления трубопроводом 9 со входом в камеру сгорания 10. Вход в камеру сгорания соединен также трубопроводом 11 через пускоотсечной клапан 12 с магистральным газопроводом. Место подключения камеры сгорания к магистральному газопроводу может быть самое различное непосредственно или через газопровод потребителя в местах до теплообменного аппарата после него или после турбины.

Для поджига газовоздушной смеси камера сгорания оснащена системой зажигания 13. Выход камеры сгорания подключен по греющей среде к теплообменному аппарату, установленному на входе в турбину.

Вал турбопривода может заканчиваться свободным хвостовиком для стыковки с устройством снятия полезной мощности, например, электрогенератором.

Турбопривод для своей работы использует кинетическую энергию газа, отбираемого потребителю из магистрального газопровода. Кинетическая энергия газа за счет срабатывания давления и температуры преобразуется на турбине в механическую, которая расходуется на повышение давления воздуха в вентиляторах и на привод внешнего потребителя мощности, чаще всего электрогенератора.

Турбопривод работает следующим образом.

Газ из магистрального газопровода через теплообменный аппарат поступает на турбину 2 и приводит во вращение вал 1 с вентиляторами 3. Воздух засасывается вентиляторами непосредственно из атмосферы и подается в камеру сгорания. Давление газа в полости турбины должно быть всегда выше давления воздуха в полости вентиляторов и утечки газа следовательно из полости турбины будут поступать через щелевые уплотнения 5 во входные полости вентиляторов откуда вместе с воздухом будут поступать в камеру сгорания и сгорать.

Щелевые уплотнения образуют с валом 1 кольцевые щели с проходным сечением F₁, F₂, что обеспечивает определенный расход газа во входные полости вентиляторов.

Расход воздуха через вентилятор в 150-200 раз больше по сравнению с расходом газа через щелевые уплотнения, поэтому образующая газовоздушная смесь пожаро- и взрывобезопасна. Для обеспечения необходимого режима горения газовоздушной смеси в камеру сгорания после открытия клапана 12 подается газ дополнительно. Газовоздушная смесь в камере сгорания воспламеняется от системы зажигания 13. Продукты сгорания используются в теплообменном аппарате 8 в качестве теплоносителя для подогрева газа, поступающего в турбину 2. Повышение температуры газа до турбины обеспечивает рост мощности турбины и исключает выпадание газовых гидратов при снижении температуры, которое происходит при расширении газа в выходном тракте турбины.

Если подогрев газа на входе в турбину осуществляется до температуры при которой возможно самовоспламенение утечек газа при контакте с воздухом во входной полости вентилятора, то для предотвращения этого явления в кольцевые проточки 6 подводится холодный газ, отбираемый из магистрального газопровода до теплообменного аппарата 8. Холодный газ поступает на вход в вентиляторы и в полости турбины и предотвращает возможность попадания горячего газа на вход в вентиляторы.

Применение предлагаемого турбопривода позволит создать надежную установку с простой конструкцией узла уплотнения за счет использования щелевых уплотнений с "отсосом" и утилизацией утечек. Кроме того в данном турбоприводе представляется возможность вынести опоры вала из полости коррозионно-активного газа, что обеспечит повышение ресурса его работ, и исключит известные системы дегазации масла, выходящего из опор.

Использование: в нефтегазовой промышленности для использования энергии сжатого газа при его отборе в линию потребителя из магистрального трубопровода. Сущность изобретения: турбопривод содержит вал 1 с турбиной 2, по обе стороны которой установлены два вентилятора 3. Вал смонтирован на опорах 4. Полости низкого давления турбины 2 и вентиляторов 3 соединены между собой щелевыми уплотнениями 5, выполненными с кольцевыми проточками 6, которые соединены трубопроводом 7 с магистральным газопроводом до теплообменного аппарата 8. Входные полости вентиляторов 3 сообщены непосредственно с атмосферой, а полости высокого давления трубопроводом 9 со входом в камеру сгорания 10. Вход в камеру сгорания 10 соединен также трубопроводом 11 через пускоотсечный клапан 12 с магистральным трубопроводом. Камера сгорания 10 оснащена системой зажигания 13. Выход камеры сгорания 10 подключен по греющей среде к теплообменному аппарату 8, установленному на входе в турбину 2. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ТУРБОПРИВОД для использования энергии сжатого газа магистрального газопровода, содержащий газовую турбину, подключенную входом через теплообменный аппарат к магистральному газопроводу, а выходом к газопроводу потребителей (распределительной станции) газа, камеру сгорания, соединенную газопроводом с запорно-регулирующей арматурой с магистральным газопроводом, причем выход камеры сгорания подключен по греющей среде к теплообменному аппарату, отличающийся тем, что он дополнительно содержит два вентилятора, установленных с двух сторон турбины на одном валу с ней, при этом полости низкого давления вентиляторов и турбины соединены щелевыми уплотнениями, а полости высокого давления вентиляторов подключены к входу камеры сгорания. 2. Турбопривод по п.1, отличающийся тем, что в щелевых уплотнениях выполнены кольцевые проточки, полости которых подключены к магистральному газопроводу до теплообменного аппарата.