ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

25-018-06

Наименование проекта

Автономное устройство для утилизации газа

Назначение

1. Для понижения давления в магистральных газопроводах. 2. Может использоваться для утилизации избыточной энергии газа.

Рекомендуемая область применения

Нефтегазовая отрасль, ТЭЦ, мощные потребители газа

Описание

Результыт выполднения конструкторской разработки

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция устройства; на фиг. 2 – схема функциональная.

Автономное устройство для утилизации энергии газа (фиг. 1) содержит герметическую камеру 1, входной 2 и выходные 3 патрубки для движения газа. Турбина 4 соединена с датчиком скорости 5 и ведущим валом 6 электромагнитной муфты 7 с обмоткой управления 8, выходной вал 9 электромагнитной муфты 7 соединен с ротором 10 (фиг. 2) многополюсного асинхронного генератора 11, который с помощью стоек 12 закреплен в герметической камере 1.

Проходные изоляторы 13 соединяют обмотки статора 14, 15 и датчик скорости 5 с блоком коммутации 16, а обмотку управления 8 с усилителем 17, выход блока коммутации 16 соединен с конденсатором возбуждения 18, дополнительными конденсаторами 19 с выходными зажимами 20, устройством стабилизации напряжения 22, силовым выпрямителем 21 и формирователем импульсов 23, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты 25, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя 17, выход силового выпрямителя 21 соединен с электролизной установкой 26, любой нагрузкой или инвертором тока 27, а последний с линией электропередач.

В качестве турбины 4 может быть использована серийная или специальной конструкции. В качестве многополюсного асинхронного генератора 11 можно использовать многоскоростной двигатель единой серии (например, четырехскоростной 750/1000/1500/3000мин^-1) или специальной конструкции на частоту тока 100, 200, 300, 400 Гц. В качестве электромагнитной муфты можно использовать любую бесконтактную порошковую или асинхронную с допустимой скоростью вращения и передаваемым моментом.

Блок коммутации 16 переключает обмотки генератора с различным числом пар полюсов и может быть контактным или бесконтактным. В качестве стабилизатора напряжения 22 применен широтно-импульсный регулятор или аналогичный с минимальными потерями в регулирующих элементах. Формирователь импульсов 23 формирует короткие импульсы при переходе синусоиды напряжения через ноль, т.е. эти импульсы пропорциональны частоте асинхронного генератора. Задающий генератор частоты 25 формирует прямоугольные импульсы заданной частоты, например, 400 Гц. Устройство синхронизации 24 сравнивает фазу между частотой асинхронного генератора и задающего генератора частоты и формирует импульс управления, пропорциональный фазовому сдвигу, который усиливается усилителем 17 и через проходные изоляторы 13 управляет работой электромагнитной муфты 7. Датчик скорости 5 (например, индукционный, тахогенератор, оптический) имеет на выходе исполнительные элементы (контакты, импульсы) в количестве, равном числу переключателей пар полюсов многополюсного асинхронного генератора.

Автономное устройство для утилизации энергии газа работает следующим образом. В начальный момент времени на обмотку 8 электромагнитной муфты 7 подается постоянное напряжение, создается максимальный крутящий момент, и ротор 10 многополюсного асинхронного генератора 11 вращается со скоростью ведущего вала 6 электромагнитной муфты 7. Блок коммутации 16 подключает конденсаторы возбуждения 18 и дополнительные 19 к обмотке генератора 14 с большим числом пар полюсов (с меньшей синхронной скоростью вращения магнитного поля).

При достижении скорости вращения турбины 4 и ротора 10 соответствующего значения, многополюсный асинхронный генератор 11 возбуждается и напряжение подается к силовому выпрямителю 21 и потребителям электроэнергии.

Дальнейшее увеличение скорости турбины 4 (за счет увеличения расхода газа или снижения нагрузки у потребителя) и ведущего вала 9 электромагнитной муфты 7 вызывает уменьшение тока управления в обмотке 8 электромагнитной муфты 7. Ротор 10 многополюсного асинхронного генератора 11 вращается с постоянной скоростью и генерирует стабильную частоту, заданную задающим генератором 25.

При подключении дополнительной нагрузки к устройству момент сопротивления на валу многополюсного асинхронного генератора 11 возрастает, его частота по фазе начинает отставать от частоты задающего генератора 25, длительность импульсов управления, а следовательно, и эквивалентный ток в обмотке управления 8 возрастает, возрастает и вращающий момент электромагнитной муфты 7, частота тока многополюсного асинхронного генератора 11 стабилизируется.

Фиг. 1

Таким образом, за счет скольжения в электромагнитной муфте 7 происходит стабилизация частоты многополюсного асинхронного генератора 11.

При дальнейшем увеличении скорости вращения турбины 4, например, до 3100 мин-1 (за счет увеличения расхода газа) датчик скорости 5 выдает сигнал, и блок коммутатора 16 переключает конденсаторы 18 и 19 на обмотку 15 с меньшим числом пар полюсов (например, с р = 2 на р = 1; с 1500 мин^-1 на 3000 мин^-1), и процесс стабилизации частоты и скорости происходит аналогично.

                Предлагаемое устройство за счет стабилизации частоты  и напряжения позволяет расширить область применения. Его можно использовать как автономный источник для электролизной установки, освещения, обогрева помещений, теплиц, катодной защиты и т.д. Или в режиме рекуперации энергии, если имеется рядом линия электропередачи, при этом используется инвертор тока, синхронизируемый сетью или непосредственно с работой на сеть, если используется генератор на 50 Гц.

Фиг. 2

Преимущества перед известными аналогами

Позволяют изготавливать автономные энергетические блоки с высокими удельными показателями -0,8 - 1,0 кг /кВт, что особенно важно для удаленных районов страны,где пролегают трассы трубопроводов

Стадия освоения

Опробовано в условиях опытной эксплуатации

Результаты испытаний

Соответствует технической характеристике изделия (устройства)

Технико-экономический эффект

Годовой экономический эффект - 13,7 тыс.руб. на 1 кВт установленной мощности генератора

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

28.11.2006