ИСПЫТАНИЯ В ГЕНЕРАТОРНОМ РЕЖИМЕ

В соответствии с «принципом обратимости электрических машин» синхронный электропривод может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Для получения дополнительных научных данных проведены испытания высокоскоростного электрокомпрессора на лепестковых газодинамических подшипниках «ГАГЛИ-010» в генераторном режиме.

Для осуществления этой работы конструкция изделия была доработана. Прежде всего, компрессорная проточная часть заменена на турбинную проточную часть: рассчитано и изготовлено новое рабочее колесо и сопловой направляющий аппарат, вместо компрессорной улитки установлена статическая камера, ротор с новым колесом заново отбалансирован.

Внесены соответствующие изменения в конструкцию испытательного стенда. В качестве нагрузки генератора применялись кварцевые лампы накаливания (мощностью 300 Вт, 500 Вт и 1000 Вт), которые представляли собой «батарею», но были разделены на секции (по две лампы соединенных последовательно), с возможностью независимого включения каждой секции для обеспечения требуемого режима. Общее количество ламп – 38 штук. Для ослабления яркого света батарея ламп была закрыта приглушенным матовым светофильтром.

Источником воздуха для привода турбинной ступени изделия являлся компрессор HAFI V5-90L10, расположенный в соседнем помещении и обеспечивающий расчетный расход с давлением в подводимой магистрали до 0,6…0,8 МПа (6…8 атм).

Испытания проводились следующим образом. Сначала запускался компрессор – источник воздуха. Запуск испытуемого изделия «ГАГЛИ» осуществлялся от частотного преобразователя VFD300B43A фирмы Delta Electronics обычным образом (т.е. в «моторном» режиме). И как только в процессе разгона лепестковые газодинамические подшипники выходили на устойчивый режим газовой смазки, то автоматика переключала обмотки статора в генераторный режим с подключением батареи ламп накаливания в качестве нагрузки, и одновременным подключением на турбину входной воздушной магистрали с помощью клапана. Переключение изделия в генераторный режим происходило при частоте вращения ротора 42 тыс.об/мин. Дальнейшие регулировки режимов осуществлялись изменением входного давления с помощью ручного вентиля и подключением (или отключением) необходимого количества секций ламп накаливания. В ходе испытаний фиксировались режимы – давление и температура на входе и выходе турбинной ступени, напряжение и ток нагрузки, температуры подшипников и обмоток статора.

Испытания в генераторном режиме прошли успешно, полученные результаты довольно точно совпали с предварительно выполненными расчетами.

Испытания в генераторном режиме

На видеоролике показаны: пробный пуск ротора, монтаж нагрузочной батареи из кварцевых ламп накаливания, запуск изделия «без газа» с проверкой переключения автоматики в генераторный режим. Основная часть видео посвящена испытаниям в генераторном режиме (пуск, регулировка режимов, останов). Испытания проводились частотах вращения ротора, близких к расчетным (70…80 тыс.об/мин). Выходной патрубок покрывался «снежной шубой», т.к. воздух, проходя через турбину, совершал работу и охлаждался до температуры минус 50 градусов Цельсия.

Возможность использования электрокомпрессора серии «ГАГЛИ» в генераторном режиме значительно расширяет области его применения. После дополнительной конструкторской проработки можно получить следующие изделия:

1 – автономный источник электроэнергии для отдаленных месторождений газа;

2 – турбодетандер на газовых подшипниках с электрическим тормозом в виде генератора;

3 – фреоновый турбогенератор для утилизации сбросного тепла с преобразованием его в электричество.

По теме «Утилизации сбросного тепла» у нашей научной группы уже имеется определенный опыт. В период с 2011г. по 2012г. наша группа принимала участие в научно-исследовательской работе «Установка для утилизации сбросного тепла, работающей по органическому циклу Ренкина (ORC)», работа осуществлялась по заказу немецкой фирмы Siemens. В сентябре 2011 года по российскому телевидению был показан репортаж об инновациях фирмы Siemens в России https://www.vesti.ru/videos/show/vid/361966/ , где среди прочих проектов отмечена вышеупомянутая работа по «Утилизации сбросного тепла с преобразованием его в электроэнергию» (с 5-й минуты репортажа).

Кроме этого, несколько лет назад наша группа осуществила предварительную проработку «Установки по утилизации сбросного тепла» для небольшой котельной с полезной электрической мощностью около 50 кВт. Обычно, при сжигании угля, мазута или газа в котельной получается много недоиспользованного тепла, которое в буквальном смысле «улетает в трубу» в виде разогретых дымовых газов от продуктов горения; предложенная установка позволяет получить электроэнергию (на «бесплатном топливе»)…

2019 г.

Ключевые слова :

автономный источник электроэнергии для месторождений газа, электрокомпрессор на газовых подшипниках, фреоновый турбогенератор на газовых подшипниках, работа электродвигателя в генераторном режиме, турбодетандер с электрическим тормозом, утилизация сбросного тепла, газовые подшипники, foilbearings.