УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТУРБОДЕТАНДЕРА С ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ Российский патент 2018 года по МПК F25B49/02 F01D17/04 G05D16/00 

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электроэнергии.

Известно устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, нагруженную электрическим генератором переменного тока, инвертор, причем газораспределительное устройство выполнено в виде набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми от датчика давления газа выходной магистрали, газовая расширительная машина выполнена в виде нерегулируемого по числу оборотов турбодетандера с парциальным подводом газа к соплам (Патент RU 2223533 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 10.02.2004).

Известное устройство для регулирования давления в газовой магистрали не обеспечивает плавного изменения величины потока газа, проходящего через турбодетандер в зависимости от изменения нагрузки, что снижает надежность работы устройства в целом.

Известно устройство регулирования турбодетандера, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный и байпасный клапаны, регулирующие органы с приводом и датчиком положения, переключатель режимов работы, управляемый через датчик положения стопорного клапана, блоки сравнения, датчики давления в магистрали низкого давления, сумматор и датчики положения регулирующих органов (Патент RU 2579301 С1, кл. F25B 49/02, опубл. 10.04.2016).

Основной недостаток данного устройства состоит в том, что при колебаниях электрической нагрузки во внешней электросети меняется механическая нагрузка на валу турбодетандера и режим его работы, что приводит к нестабильной работе и снижению надежности оборудования.

Известно устройство регулирования турбодетандера с адаптацией к внешней нагрузке, содержащее стопорный клапан, регулирующий орган и байпасный клапан с приводами и датчиками положения, переключатель режимов работы, блоки сравнения, нормирующие усилители, датчики давления, регулирующие усилители, корректоры, компараторы, датчик нагрузки внешней электрической сети, частотный преобразователь, фильтр, выпрямитель и электрический генератор на валу турбодетандера (Патент RU 2634161 С1, кл. F25B 49/02, опубл. 24.10.2017).

Недостаток данного устройства состоит в проявлении автоколебательных режимов работы при изменениях нагрузки внешней сети и нестабильной работы турбодетандера при изменении механической нагрузки на его валу, что снижает надежность работы оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство адаптивного регулирования турбодетандера, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, байпасный клапан с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, регулирующий орган с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, датчик давления в магистрали низкого давления через второй вход первого блока сравнения и нормирующий усилитель байпасного клапана соединен с первым входом переключателя режимов работы, задатчик значения низкого давления соединен с первым входом первого блока сравнения, датчик нагрузки внешней электрической сети через частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера и электрический подогреватель газа (Патент RU 2611120 С1, кл. F25B 49/00, опубл. 21.02.2017).

Недостаток данного устройства состоит в проявлении автоколебательных режимов работы при изменениях нагрузки внешней сети, что снижает надежность работы оборудования и низкой эффективности использования избыточной электрической энергии при снижении нагрузки во внешней электрической сети относительно номинального режима работы электрического генератора.

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности и эффективности работы устройства посредством обеспечения стабильности путем исключения автоколебательных режимов работы при изменениях нагрузки внешней сети и рационального использования избыточной электрической энергии при снижении нагрузки во внешней электрической сети относительно номинального режима работы электрического генератора.

Для достижения технического результата в устройство регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, байпасный клапан с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, регулирующий орган с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, датчик давления в магистрали низкого давления через второй вход блока сравнения и нормирующий усилитель байпасного клапана соединен с первым входом переключателя режимов работы, задатчик значения низкого давления соединен с первым входом блока сравнения, датчик нагрузки внешней электрической сети через частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера, первый электрический подогреватель газа, дополнительно введены датчик нагрузки подогревателей, измеритель текущей потребляемой мощности внешней электрической сети, на первый вход которого подается величина подаваемого в электросеть напряжения, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки внешней электрической сети, измеритель текущей потребляемой мощности подогревателями газа, на первый вход которого подается величина напряжения электрического генератора на валу турбодетандера, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки подогревателей, сумматор текущей потребляемой мощности, блок оценки потенциальной мощности газового потока, датчик текущего расхода газа в магистрали высокого давления, датчик давления в магистрали высокого давления, датчики температуры в магистралях высокого и низкого давления, блок расчета избытка текущей мощности, блок вычисления запаса текущей мощности, задатчик величины допускаемых рассогласований текущих мощностей, второй электрический подогреватель газа, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, третий электрический подогреватель газа, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, задатчик уровня включения, компаратор, управляемый блок регулирования и датчик нагрузки первого электрического подогревателя, задатчик уровня включения, компаратор, управляемый блок регулирования и датчик нагрузки второго электрического подогревателя, задатчик уровня включения, компаратор и управляемый блок регулирования третьего электрического подогревателя, блок задания номинальной мощности электрического генератора на валу турбодетандера, блок оценки текущей загрузки электрического генератора, первый, второй и третий блоки приоритетного управления первым, вторым и третьим электрическими подогревателями соответственно, задатчик, компаратор и ключ подключения второго электрического подогревателя, задатчик, компаратор и ключ подключения третьего электрического подогревателя, нормирующий усилитель регулирующего органа и блок текущей установки байпасного клапана, причем выход выпрямителя через датчик нагрузки подогревателей соединен с силовыми входами управляемых блоков регулирования первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы измерителей текущей потребляемой мощности внешней электрической сети и текущей потребляемой мощности подогревателями газа соединены через сумматор текущей потребляемой мощности со вторыми входами блоков расчета избытка текущей мощности и оценки текущей загрузки электрического генератора, выходы датчика давления в магистрали низкого давления, датчика текущего расхода газа в магистрали высокого давления, датчика давления в магистрали высокого давления, датчиков температуры в магистралях высокого и низкого давления соединены с входами блока оценки потенциальной мощности газового потока, выход которого соединен с первым входом блока расчета избытка текущей мощности, первый вход блока вычисления запаса текущей мощности соединен с выходом задатчика величины допускаемых рассогласований текущих мощностей, второй вход соединен с выходом блока расчета избытка текущей мощности, выход блока вычисления запаса текущей мощности соединен со вторыми входами компараторов первого, второго и третьего электрических подогревателей, первые входы компараторов соединены с выходами задатчиков уровней включения первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы компараторов первого, второго и третьего электрических подогревателей соединены с входами включения управляемых блоков регулирования первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, первый вход блока оценки текущей загрузки электрического генератора соединен с выходом блока задания номинальной мощности электрического генератора на валу турбодетандера, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через первый блок приоритетного управления первым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования первого электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через ключ подключения второго электрического подогревателя и второй блок приоритетного управления вторым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования второго электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через ключ подключения третьего электрического подогревателя и третий блок приоритетного управления третьим электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования третьего электрического подогревателя, выход управляемого блока регулирования первого электрического подогревателя через датчик нагрузки соединен с первым электрическим подогревателем газа, установленным в линии турбодетандера, связывающей стопорный клапан через турбодетандер с магистралью низкого давления, выход управляемого блока регулирования второго электрического подогревателя через датчик нагрузки соединен со вторым электрическим подогревателем газа, установленным на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан через регулирующий орган с магистралью низкого давления, выход управляемого блока регулирования третьего электрического подогревателя соединен с третьим электрическим подогревателем газа, установленным на отводной линии, связывающей стопорный клапан через байпасный клапан с магистралью низкого давления, первый вход компаратора подключения второго электрического подогревателя соединен с выходом задатчика подключения второго электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки первого электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа подключения второго электрического подогревателя, первый вход компаратора подключения третьего электрического подогревателя соединен с выходом задатчика подключения третьего электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки второго электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа подключения третьего электрического подогревателя, выход блока сравнения через нормирующий усилитель регулирующего органа соединен с входом блока сравнения регулирующего органа, установленного на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, выход датчика текущего расхода газа в магистрали высокого давления соединен через блок текущей установки байпасного клапана со вторым входом переключателя режимов работы.

На чертеже представлена структура устройства регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой.

Магистрали высокого и низкого давления газораспределительной станции 1 через систему задвижек 2 связаны со стопорным клапаном 3, выполненным в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, байпасный клапан 4 с приводом 5, датчиком положения 6 и блоком сравнения 7 установлен на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, регулирующий орган 8 с приводом 9, датчиком положения 10 и блоком сравнения 11 установлен на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов 12 работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения 13 стопорного клапана, связан со стопорным клапаном, датчик давления 14 в магистрали низкого давления через второй вход блока сравнения 15 и нормирующий усилитель 16 байпасного клапана соединен с первым входом переключателя режимов работы, задатчик значения низкого 17 давления соединен с первым входом блока сравнения, датчик нагрузки внешней 18 электрической сети через частотный преобразователь 19, фильтр 20 и выпрямитель 21 соединен с электрическим генератором 22 на валу турбодетандера 23, первый электрический подогреватель 24 газа, датчик нагрузки 25 подогревателей, измеритель текущей потребляемой мощности внешней 26 электрической сети, на первый вход которого подается величина подаваемого в электросеть напряжения, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки внешней электрической сети, измеритель текущей потребляемой мощности 27 подогревателями газа, на первый вход которого подается величина напряжения электрического генератора на валу турбодетандера, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки подогревателей, сумматор 28 текущей потребляемой мощности, блок оценки 29 потенциальной мощности газового потока, датчик текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления, датчик давления 31 в магистрали высокого давления, датчики температуры 32 и 33 в магистралях высокого и низкого давления, блок расчета избытка 34 текущей мощности, блок вычисления запаса текущей 35 мощности, задатчик величины допускаемых 36 рассогласований текущих мощностей, второй электрический подогреватель 37 газа, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, третий электрический подогреватель 38 газа, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, задатчик уровня 39 включения, компаратор 40, управляемый блок регулирования 41 и датчик нагрузки 42 первого электрического подогревателя, задатчик уровня 43 включения, компаратор 44, управляемый блок регулирования 45 и датчик нагрузки 46 второго электрического подогревателя, задатчик уровня 47 включения, компаратор 48 и управляемый блок регулирования 49 третьего электрического подогревателя, блок задания номинальной 50 мощности электрического генератора на валу турбодетандера, блок оценки текущей загрузки 51 электрического генератора, первый 52, второй 53 и третий 54 блоки приоритетного управления первым, вторым и третьим электрическими подогревателями соответственно, задатчик 55, компаратор 56 и ключ 57 подключения второго электрического подогревателя, задатчик 58, компаратор 59 и ключ 60 подключения третьего электрического подогревателя, нормирующий усилитель 61 регулирующего органа, блок текущей установки 62 байпасного клапана, выход выпрямителя 21 через датчик нагрузки 25 подогревателей соединен с силовыми входами управляемых блоков регулирования 41, 45 и 49 первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы измерителей текущей потребляемой мощности внешней 26 электрической сети и текущей потребляемой мощности 27 подогревателями газа соединены через сумматор 28 текущей потребляемой мощности со вторыми входами блоков расчета избытка 34 текущей мощности и оценки текущей загрузки 51 электрического генератора, выходы датчика давления 14 в магистрали низкого давления, датчика текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления, датчика давления 31 в магистрали высокого давления, датчиков температуры 32 и 33 в магистралях высокого и низкого давления соединены с входами блока оценки 29 потенциальной мощности газового потока, выход которого соединен с первым входом блока расчета избытка 34 текущей мощности, первый вход блока вычисления запаса текущей 35 мощности соединен с выходом задатчика величины допускаемых 36 рассогласований текущих мощностей, второй вход соединен с выходом блока расчета избытка 34 текущей мощности, выход блока вычисления запаса текущей 35 мощности соединен со вторыми входами компараторов 40, 44 и 48 первого, второго и третьего электрических подогревателей, первые входы компараторов соединены с выходами задатчиков уровней включения 39, 43 и 47 первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы компараторов 40, 44 и 48 первого, второго и третьего электрических подогревателей соединены с входами включения управляемых блоков регулирования 41, 45 и 49 первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, первый вход блока оценки текущей загрузки 51 электрического генератора соединен с выходом блока задания номинальной 50 мощности электрического генератора на валу турбодетандера, выход блока оценки текущей загрузки 51 электрического генератора через первый 52 блок приоритетного управления первым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования 41 первого электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки 51 электрического генератора через ключ 57 подключения второго электрического подогревателя и второй 53 блок приоритетного управления вторым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования 45 второго электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки 51 электрического генератора через ключ 60 подключения третьего электрического подогревателя и третий 54 блок приоритетного управления третьим электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования 49 третьего электрического подогревателя, выход управляемого блока регулирования 41 первого электрического подогревателя через датчик нагрузки 42 соединен с первым электрическим подогревателем 24 газа, установленным в линии турбодетандера, связывающей стопорный клапан через турбодетандер с магистралью низкого давления выход управляемого блока регулирования 45 второго электрического подогревателя через датчик нагрузки 46 соединен со вторым электрическим подогревателем 37 газа, установленным на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан через регулирующий орган 8 с магистралью низкого давления, выход управляемого блока регулирования 49 третьего электрического подогревателя соединен с третьим электрическим подогревателем 38 газа, установленным на отводной линии, связывающей стопорный клапан через байпасный клапан 4 с магистралью низкого давления, первый вход компаратора 56 подключения второго электрического подогревателя соединен с выходом задатчика 55 подключения второго электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки 42 первого электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа 57 подключения второго электрического подогревателя, первый вход компаратора 59 подключения третьего электрического подогревателя соединен с выходом задатчика 58 подключения третьего электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки 46 второго электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа 60 подключения третьего электрического подогревателя, выход блока сравнения 15 через нормирующий усилитель 61 регулирующего органа соединен с входом блока сравнения 11 регулирующего органа 8, установленного на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, выход датчика текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления соединен через блок текущей установки 62 байпасного клапана со вторым входом переключателя режимов работы.

Устройство регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой работает следующим образом.

При открытии стопорного клапана 3 по команде запуска турбодетандера поток газа поступает на турбодетандер 23, вал которого нагружен электрическим генератором 22. Вырабатываемое электрическое напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя 21, сглаживается на фильтре 20 и преобразуется в напряжение промышленной частоты частотным преобразователем 19.

Мощность, отдаваемая во внешнюю электрическую сеть, определяется измерителем текущей потребляемой мощности внешней 26 электрической сети, на первый вход которого подается величина подаваемого в электросеть напряжения, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки внешней 18 электрической сети.

Величина мощности, отдаваемой во внешнюю электрическую сеть, как правило, изменяется во времени, иногда в больших пределах, что может привести к изменению режимов работы турбодетандера 23 и электрического генератора 22 и снижению надежности работы оборудования.

Потенциальная мощность газового потока газораспределительной станции определяется блоком оценки 29 потенциальной мощности газового потока по значениям от датчика текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления, датчика давления 31 и 14 в магистрали высокого давления и магистрали низкого давления, датчиков температуры 32 и 33 в магистралях высокого и низкого давления.

Величина номинального значения мощности электрического генератора 22 устанавливается блоком задания номинальной 50 мощности электрического генератора на валу турбодетандера. Для обеспечения работы электрического генератора 22 на валу турбодетандера 21 в номинальном режиме при снижении нагрузки внешней сети, часть электрической энергии передается на подогрев газа последовательно сначала в первый электрический подогреватель 24 газа, установленный на линии турбодетандера, затем во второй электрический подогреватель 37 газа, установленный на отводной линии и после этого в третий электрический подогреватель 38 газа, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления. Этим достигается рациональное использование избыточной электрической энергии при снижении нагрузки во внешней электрической сети относительно номинального режима работы электрического генератора.

Величина мощности, передаваемая электрическим подогревателям газа, фиксируется на измерителе текущей потребляемой мощности 27 подогревателями газа, на первый вход которого подается величина напряжения электрического генератора на валу турбодетандера, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки 25 подогревателей.

Значения мощностей, отдаваемых во внешнюю электрическую сеть и на подогреватели, суммируются на сумматоре 28 текущей потребляемой мощности и суммарное значение сравнивается с величиной номинальной мощности электрического генератора на блоке оценки текущей загрузки 51 электрического генератора и с величиной потенциальной мощности газового потока на блоке расчета избытка 34 текущей мощности.

Величина избытка мощности с выхода блока расчета избытка 34 текущей мощности сравнивается на блоке вычисления запаса текущей 35 мощности с заданным значением задатчика величины допускаемых 36 рассогласований текущих мощностей.

В случае превышения избытка мощности на блоке вычисления запаса текущей 35 мощности формируется сигнал, который поступает на вторые входы компараторов 40, 44 и 48 первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно. На первые входы компараторов 40, 44 и 48 первого, второго и третьего электрических подогревателей поступают сигналы с задатчиков уровня 39, 43 и 47 включения первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно.

Величины значений задатчиков уровней 39, 43 и 47 установлены таким образом, что при увеличении напряжения на выходе блока вычисления запаса текущей 35 мощности сначала срабатывает компаратор 40 первого электрического подогревателя, затем компаратор 44 второго электрического подогревателя и потом компаратор 48 третьего электрического подогревателя.

При срабатывании компаратора 40 первого электрического подогревателя управляемый блок регулирования 41 включается и избыточная электрическая мощность через датчик нагрузки 42 поступает на первый электрический подогреватель 24 газа. Происходит подогрев газа в линии турбодетандера 23, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления. Величина избыточной электрической мощности, направленной на первый электрический подогреватель 24 газа, регулируется первым 52 блоком приоритетного управления первым электрическим подогревателем.

Величина избыточной электрической мощности, передаваемой на первый электрический подогреватель 24 газа в линии турбодетандера 23, измеряется датчиком нагрузки 42 первого электрического подогревателя, сравнивается с величиной задатчика 55 на компараторе 56 и, в случае срабатывания компаратора 56, происходит открытие ключа 57 подключения второго электрического подогревателя.

При срабатывании компаратора 44 второго электрического подогревателя и в случае открытия ключа 57 подключения второго электрического подогревателя управляемый блок регулирования 45 включается и избыточная электрическая мощность, превышавшая востребованную первым подогревателем 24 газа, через датчик нагрузки 46 поступает на второй электрический подогреватель 37 газа. Происходит подогрев газа в отводной линии, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления. Величина избыточной электрической мощности, направленной на второй электрический подогреватель 37 газа, регулируется вторым 53 блоком приоритетного управления вторым электрическим подогревателем.

Величина избыточной электрической мощности, передаваемой на второй электрический подогреватель 37 газа, измеряется датчиком нагрузки 46 второго электрического подогревателя, сравнивается с величиной задатчика 58 на компараторе 59 и, в случае срабатывания компаратора 59, происходит открытие ключа 60 подключения третьего электрического подогревателя.

При срабатывании компаратора 48 третьего электрического подогревателя и в случае открытия ключа 60 подключения третьего электрического подогревателя управляемый блок регулирования 49 включается и избыточная электрическая мощность, превышавшая востребованную первым 24 и вторым 37 подогревателями газа, поступает на третий 38 электрический подогреватель газа. Происходит подогрев газа в шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления. Величина избыточной электрической мощности, направленной на третий электрический подогреватель 38 газа, регулируется третьим 54 блоком приоритетного управления третьим электрическим подогревателем.

В результате последовательного включения первого, второго и третьего подогревателей в зависимости от величины избыточной электрической мощности повышается стабильность работы, исключаются автоколебательные режимы работы при колебаниях нагрузки внешней сети и обеспечивается рациональное использование избыточной электрической энергии при снижении нагрузки во внешней электрической сети относительно номинального режима работы электрического генератора.

Регулирующий орган 8 с приводом 9, датчиком положения 10 и блоком сравнения 11, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления, обеспечивает прохождение избыточного потока газа. Положение регулирующего органа 8 корректируется сигналом, поступающим от датчика давления 14 в магистрали низкого давления через блок сравнения 15 и нормирующий усилитель 61 регулирующего органа 8.

Для исключения автоколебательных режимов при срабатывании стопорного клапана 3, текущее положение байпасного клапана 4 с приводом 5, датчиком положения 6 и блоком сравнения 7 непрерывно корректируется в зависимости от текущей величины газового потока, измеряемого датчиком текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления. Выход датчика текущего расхода 30 газа в магистрали высокого давления соединен через блок текущей установки 62 байпасного клапана и переключатель режимов 12 работы с блоком сравнения 7, который управляет приводом 5, сравнивая текущее положение от датчика положения 6 и заданное от блока текущей установки 62 байпасного клапана. В результате положение байпасного клапана 4 всегда соответствует текущему расходу газа в магистрали высокого давления, что исключает автоколебательные и ударные явления.

В случае возникновения аварийных ситуаций или необходимости вывода турбодетандера 23 из работы на стопорный клапан 3 подается соответствующая команда, и стопорный клапан 3 переключает поток газа, закрывая подачу на турбодетандер 23 и регулирующий орган 8 и открывая подачу на байпасный клапан 4. Положение байпасного клапана 4 соответствует пропусканию такого потока газа, который в текущее время проходит через магистраль высокого давления, поэтому переключение происходит без автоколебательных и ударных явлений. Датчик положения 13 стопорного клапана изменяет положение переключателя режимов 12 работы, соединяя нормирующий усилитель 16 байпасного клапана с блоком сравнения 7. В результате давление в магистрали низкого давления поддерживается датчиком давления 14 через блок сравнения 15 и нормирующий усилитель 16 байпасного клапана 4 с приводом 5, датчиком положения 6 и блоком сравнения 7, установленного на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления.

Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности и эффективности работы устройства посредством обеспечения стабильности путем исключения автоколебательных режимов работы при изменениях нагрузки внешней сети и рационального использования избыточной электрической энергии при снижении нагрузки во внешней электрической сети относительно номинального режима работы электрического генератора.

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электроэнергии. Устройство содержит стопорный и байпасный клапаны, регулирующий орган, переключатель режимов работы, датчики давления, генератор на валу турбодетандера, электрические подогреватели газа, сумматор текущей потребляемой мощности, блок оценки потенциальной мощности газового потока, блок расчета избытка текущей мощности, блок вычисления запаса текущей мощности, задатчик величины допускаемых рассогласований текущих мощностей, блок оценки текущей загрузки электрического генератора и блоки приоритетного управления электрическими подогревателями. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы устройства посредством обеспечения стабильности работы при изменениях нагрузки внешней сети и рационального использования избыточной электрической энергии при снижении нагрузки относительно номинального режима работы генератора. 1 ил.

Устройство регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, байпасный клапан с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, регулирующий орган с приводом, датчиком положения и блоком сравнения, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, датчик давления в магистрали низкого давления через второй вход блока сравнения и нормирующий усилитель байпасного клапана соединен с первым входом переключателя режимов работы, задатчик значения низкого давления соединен с первым входом блока сравнения, датчик нагрузки внешней электрической сети через частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера, первый электрический подогреватель газа, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик нагрузки подогревателей, измеритель текущей потребляемой мощности внешней электрической сети, на первый вход которого подается величина подаваемого в электросеть напряжения, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки внешней электрической сети, измеритель текущей потребляемой мощности подогревателями газа, на первый вход которого подается величина напряжения электрического генератора на валу турбодетандера, а на второй вход - величина тока от датчика нагрузки подогревателей, сумматор текущей потребляемой мощности, блок оценки потенциальной мощности газового потока, датчик текущего расхода газа в магистрали высокого давления, датчик давления в магистрали высокого давления, датчики температуры в магистралях высокого и низкого давления, блок расчета избытка текущей мощности, блок вычисления запаса текущей мощности, задатчик величины допускаемых рассогласований текущих мощностей, второй электрический подогреватель газа, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, третий электрический подогреватель газа, установленный на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, задатчик уровня включения, компаратор, управляемый блок регулирования и датчик нагрузки первого электрического подогревателя, задатчик уровня включения, компаратор, управляемый блок регулирования и датчик нагрузки второго электрического подогревателя, задатчик уровня включения, компаратор и управляемый блок регулирования третьего электрического подогревателя, блок задания номинальной мощности электрического генератора на валу турбодетандера, блок оценки текущей загрузки электрического генератора, первый, второй и третий блоки приоритетного управления первым, вторым и третьим электрическими подогревателями соответственно, задатчик, компаратор и ключ подключения второго электрического подогревателя, задатчик, компаратор и ключ подключения третьего электрического подогревателя, нормирующий усилитель регулирующего органа и блок текущей установки байпасного клапана, причем выход выпрямителя через датчик нагрузки подогревателей соединен с силовыми входами управляемых блоков регулирования первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы измерителей текущей потребляемой мощности внешней электрической сети и текущей потребляемой мощности подогревателями газа соединены через сумматор текущей потребляемой мощности со вторыми входами блоков расчета избытка текущей мощности и оценки текущей загрузки электрического генератора, выходы датчика давления в магистрали низкого давления, датчика текущего расхода газа в магистрали высокого давления, датчика давления в магистрали высокого давления, датчиков температуры в магистралях высокого и низкого давления соединены с входами блока оценки потенциальной мощности газового потока, выход которого соединен с первым входом блока расчета избытка текущей мощности, первый вход блока вычисления запаса текущей мощности соединен с выходом задатчика величины допускаемых рассогласований текущих мощностей, второй вход соединен с выходом блока расчета избытка текущей мощности, выход блока вычисления запаса текущей мощности соединен со вторыми входами компараторов первого, второго и третьего электрических подогревателей, первые входы компараторов соединены с выходами задатчиков уровней включения первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, выходы компараторов первого, второго и третьего электрических подогревателей соединены с входами включения управляемых блоков регулирования первого, второго и третьего электрических подогревателей соответственно, первый вход блока оценки текущей загрузки электрического генератора соединен с выходом блока задания номинальной мощности электрического генератора на валу турбодетандера, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через первый блок приоритетного управления первым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования первого электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через ключ подключения второго электрического подогревателя и второй блок приоритетного управления вторым электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования второго электрического подогревателя, выход блока оценки текущей загрузки электрического генератора через ключ подключения третьего электрического подогревателя и третий блок приоритетного управления третьим электрическим подогревателем соединен с управляющим входом управляемого блока регулирования третьего электрического подогревателя, выход управляемого блока регулирования первого электрического подогревателя через датчик нагрузки соединен с первым электрическим подогревателем газа, установленным в линии турбодетандера, связывающей стопорный клапан через турбодетандер с магистралью низкого давления, выход управляемого блока регулирования второго электрического подогревателя через датчик нагрузки соединен со вторым электрическим подогревателем газа, установленным на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан через регулирующий орган с магистралью низкого давления, выход управляемого блока регулирования третьего электрического подогревателя соединен с третьим электрическим подогревателем газа, установленным на отводной линии, связывающей стопорный клапан через байпасный клапан с магистралью низкого давления, первый вход компаратора подключения второго электрического подогревателя соединен с выходом задатчика подключения второго электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки первого электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа подключения второго электрического подогревателя, первый вход компаратора подключения третьего электрического подогревателя соединен с выходом задатчика подключения третьего электрического подогревателя, второй вход соединен с выходом датчика нагрузки второго электрического подогревателя, а выход соединен с управляющим входом ключа подключения третьего электрического подогревателя, выход блока сравнения через нормирующий усилитель регулирующего органа соединен с входом блока сравнения регулирующего органа, установленного на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, выход датчика текущего расхода газа в магистрали высокого давления соединен через блок текущей установки байпасного клапана со вторым входом переключателя режимов работы.