Введение
Глава 1. Обзор, состояние развития и срвнительный анализ автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы россии. постановка цели и задач исследований 20
1.1. Основные требования к автономным источникам электроэнергии для газотранспортной системы России 20
1.2. Обзор существующих автономных локальных источников электрической энергии малой мощности. Их преимущества и недостатки 21
1.3. Сравнительный анализ автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы России
1.3.1. Экономические показатели автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы 23
1.3.2. Стоимостные показатели автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы 30
1.3.3. Показатели приведенного объма автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы 31
1.3.4. Показатели приведнной массы автономных источников электрической энергии для газотранспортной системы 32
Выводы по главе 1 33
2.1. Вдольтрассовые линейные потребители магистральных газопроводов 36
2.1.2. Сравнительные технико-экономические показатели вариантов электроснабжения линейных потребителей магистральных газопроводов 40
2.2. Компрессорные станции 43
2.3. Газораспределительные станции
2.3.1. Место газораспределительных станций в газотранспортной системе 55
2.3.2. Собственные потребности ГРС в электрической и тепловой энергии
2.3.2.1. Потребности в электроэнергии на собственные нужды 60
2.3.2.2. Потребности в тепловой энергии на собственные нужды 62
2.3.2.3. Потребности в тепловой энергии на подогрев технологического газа 63
2.3.3. Возможности ГРС по выработке электроэнергии для внешних потребителей
2.4. Газораспределительные пункты и щиты 70
2.4.1. Технические требования к автономным источникам электроэнергии для потребителей на объектах газораспределительных сетей и щитов 70
2.4.2. Электроснабжение объектов газораспределительных пунктов 72
2.4.3. Автономное электроснабжение газораспределительных пунктов 72
2.4.4. Использование микротурбогенераторов на ГРП для выработки электроэнергии 75
2.4.5. Преимущества использования микротурбогенераторов в качестве автономного источника электроснабжения ГРП (ГРЩ) 77
Выводы по главе 2 77
Глава 3. Анализ тепловых схем турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа. выбор и обоснование режимных параметров 79
3.1. Тепловые схемы турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 79
3.1.1. Простая тепловая схема с расширительной турбиной и подогревом газа79
3.1.2.Тепловая схема с расширительной турбиной, с дожиганием топлива и подогревом природного газа на входе в турбину 80
3.1.3. Тепловая схема с расширительной турбиной, с дожиганием природного газа и подогревом газа на входе в турбину в теплообменнике продуктами сгорания 80
3.1.4. Тепловая схема с расширительной турбиной, с дожиганием природного газа и подогревом газа на входе в турбину в теплообменнике воздухом 80
3.2. Выбор и обоснование параметров турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 82
3.3. Определение термодинамических характеристик рабочего тела (природного газа) 84
3.4. Термодинамический анализ параметров тепловой схемы с расширительной турбиной 85
3.5. Определение необходимой температуры подогрева природного газа с целью обеспечения температуры на выходе не ниже температуры точки росы 86
3.6. Оценка необходимой мощности подогревателя на входе в расширительную турбину 86
Выводы по главе 3 87
Глава 4. Выбор, обоснование типов и характеристик основных элементов турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого газа 89
4.1. Расширительные турбины турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 89
4.2. Подшипники для турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа
4.2.1. Требования к подшипникам турбогенераторов 92
4.2.2. Выбор и обоснование подшипников для турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 92
4.2.3. Газовые подшипники 93
4.3. Электрические генераторы для турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 114
4.3.1. Требования к электрическим генераторам для турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 114
4.3.2. Электрические генераторы 114
4.3.3. Характеристики электрических машин 120
4.3.4. Выбор электрогенератора для турбогенератора 131
4.3.5. Разработка рекомендаций по выбору оптимального типа электрогенератора на основе технико-экономического анализа 134
4.4. Преобразователи электрической энергии для турбогенераторов, использующих энергию сжатого природного газа (блоки управления) 138
4.4.1. Обоснование выбора типа электрического преобразователя 140
Выводы по главе 4 142
Глава 5. Основные принципы проектирования расширительных турбин для турбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 144
5.1. Турбогенераторы малой мощности ( первая группа) 145
5.1.1. Предварительный выбор геометрических и режимных параметров расширительной турбины 145
5.1.2. Оптимизационные расчеты по определению внутреннего КПД и расхода рабочего тела базового варианта расширительной турбины. Уточнение геометрических параметров 147
5.1.3. Расчтное исследование по влиянию геометрических характеристики и режимных параметров на показатели расширительной турбины 152 5.1.4. Разработка и описание схемы проточной части расширительной турбины159
5.1.5. Профилирование соплового аппарата и лопаток рабочего колеса расширительной турбины 160
5.1.6. Расчт осевых усилий на роторе расширительной турбины 162
5.1.7. Разработка теоретических чертежей основных элементов расширительной турбины 163
5.1.8. Проектирование усовершенствованных расширительных турбин турбогенераторов малой мощности с использованием современных программных комплексов 163
5.1.9. Описание конструктивной схемы турбогенератора малой мощности 170
5.2. Микротурбогенераторы малой мощности (вторая группа) 171
5.2.1. Предварительный выбор геометрических и режимных параметров расширительной турбины 171
5.2.2. Выбор режима работы микротурбогенератора, вырабатываемой мощности и геометрических параметров ступени 175
5.2.3. Профилирование соплового аппарата и лопаток рабочего колеса турбины 178
5.2.4. Расчт прочности элементов микротурбогенератора 180
5.2.5. Разработка теоретического чертежа СА и РК микротурбогенератора 184
5.2.6. Разработка компоновочного чертежа генератора 186
Выводы по главе 5 190
Глава 6. Теоретическое исследование физической структуры потока и характеристик расширительной малорасходной турбины конструкции лпи турбогенератора с помощью численных методов 191
6.1. Анализ структуры потока в малорасходной расширительной турбине конструкции ЛПИ 191
6.2. Исследования влияния конструктивных элементов на эффективность турбины 195
6.2.1. Исследования влияния разгрузочных отверстий на эффективность ступени 196
6.2.2. Исследования влияния безлопаточной части соплового аппарата на эффективность малорасходной турбины 202
6.2.3. Методический аспект подготовки и проведения трехмерных газодинамических расчетов 204 Выводы по главе 6 205
Глава 7. Экспериментальные и натурные исследования расширительных турбин турбогенераторов и микротурбогенераторов электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа 206
7.1. Экспериментальные исследования модельных малорасходных
расширительных турбин турбогенераторов малой мощности 206
(ТГММ - УСжГ), 1 группа 206
7.1.1. Стенд для исследования высокооборотных модельных ступеней малорасходных турбин конструкции ЛПИ 207
7.1.2. Экспериментальная установка ЭУ-110М 208
7.1.3. Экспериментальная установка ( МТТ - МГД-20) для исследования рабочих процессов в проточной части расширительной турбины турбогенератора малой мощности (МДГ-20 ) на модельных параметрах 212
7.1.4. Объекты исследования для исследования на установке ЭУ-110М 215
7.1.5. Объект для исследования рабочих процессов в турбогенераторе малой мощности МДГ-20 на установке Уст. МГД-20 218
7.1.6. Результаты экспериментальных исследований модельных расширительных турбин на установке ЭУ-110 Сравнение с расчтными данными 218
7.1.7. Результаты экспериментальных исследований модельных расширительных турбин на установке МТТ-МДГ-20 227
7.2. Натурные исследования расширительных турбин турбогенераторов малой мощности (ТГММ - УСжГ), 1 группа 239
7.2.1. Описание экспериментального стенда 241
7.2.2. Объекты исследования 243
7.2.3. Результаты натурных исследований 245
7.2.3.1. Данные испытаний МДГ-20 на ГРС «Сертолово» 245
7.3. Экспериментальные исследования модельных малорасходных расширительных турбин микротурбогенераторов (МТГ- УСжГ) , 2 группа 246
7.3.1. Стенд для исследования высокооборотных модельных ступеней малорасходных турбин конструкции ЛПИ для микротурбогенераторов (МТГ-УСжГ) 246
7.3.2. Установки для исследования высокооборотных модельных ступеней малорасходных турбин конструкции ЛПИ для микротурбогенераторов 246
(МТГ- УСжГ) 246
7.3.3. Объекты исследования для исследования на установке ЭУ-110М-Ц 248
7.3.4. Результаты экспериментальных исследований модельных расширительных турбин 249
Выводы по главе 7 252
Глава 8. Разработка и практическая реализация турбогенератора малой мощности мдг-20 в составе изделия бк аэи мдг-20 при блочном исполнении 254
8.1. Изделие БК АЭИ МДГ-20 254
8.2. Система управления турбогенератора малой мощности
8.2.1. Функциональная схема системы управления 257
8.2.2. Алгоритмы управления турбогенератором 262
Заключение 266
Список сокращений 269
Список литературы 272
