BE1021895B1 - Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het expanderen van een gasstroom (Q) en voor het gelijktijdig recupereren van energie door de gasstroom (Q) doorheen een drukreduceereenheid (5) te sturen met een rotor (10) met een uitgaande as (13) voor de omzetting van energie uit de gasstroom (Q) tot mechanische energie op deze as (13), waarbij de werkwijze erin bestaat de druk (pu) aan de uitlaat (7) van de drukreduceereenheid (5) te regelen binnen een vooropgesteld werkingsgebied tussen een minimumdruk (pmin) en een maximumdruk (pmax) f rekening houdend met de inlaat- en uitlaatcondities en de eigenschappen van de drukreduceereenheid (5), zodat het uitgaand vermogen constant blijft, maximaal blijft, minimaal blijft of zodat een optimale energieomzetting wordt bekomen.

Description

Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom.

Meer speciaal, is de uitvinding bedoeld voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom door de gasstroom doorheen een drukreduceereenheid te sturen met een rotor met een uitgaande as voor de omzetting van energie uit de gasstroom tot mechanische energie op deze as.

In industriële processen wordt vaak gebruik gemaakt van gassen, bijvoorbeeld stoom, als drijvende kracht of voor het proces.

Daarbij wordt het gas eerst op een hoger energiepeil gebracht door verhitting en/of compressie tot een hogere druk, om dan vervolgens in het proces, afhankelijk van het gevraagde gasdebiet stroomafwaarts, het gas te laten expanderen tot een gevraagde gereduceerde druk en temperatuur door het gas door een drukreduceereenheid te sturen.

Het is bekend dat traditionele drukreduceereenheden de druk van de gasstroom aan de uitlaat expanderen tot een vooropgestelde waarde.

Deze vooropgestelde waarde kan vast of variabel zijn en wordt bijvoorbeeld opgelegd door de stroomafwaartse installaties.

Bij een variabele waarde wordt een andere waarde voor de druk aan de uitlaat vooropgesteld wanneer dit gevraagd wordt door stroomafwaartse installaties.

In beide gevallen zal een sturing voorzien zijn van het werkingspunt van de drukreduceereenheid om de ogenblikkelijke vooropgestelde waarde voor de druk aan de uitlaat aan te houden.

In veel van deze klassieke drukreduceereenheden wordt er ook energie opgewekt door recuperatie van energie uit de gasstroom die door middel van de installatie wordt geëxpandeerd.

De aansturing gebeurt echter volledig op basis van de vereisten van de gasstroom.

Een nadeel is dat de energierecuperatie niet altijd optimaal is, aangezien geen rekening wordt gehouden met de karakteristieken van de drukreduceereenheid zelf.

Een ander nadeel is dat het uitgaand vermogen niet gecontroleerd of stabiel gehouden kan worden.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe heeft de huidige uitvinding een werkwijze als voorwerp voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom door de gasstroom doorheen een drukreduceereenheid te sturen met een rotor met een uitgaande as voor de omzetting van energie uit de gasstroom tot mechanische energie op deze as, waarbij de werkwijze erin bestaat de druk aan de uitlaat van de drukreduceereenheid te regelen binnen een vooropgesteld werkingsgebied tussen een minimumdruk pmin en een maximumdruk pmax aan de uit laat, rekening houdend met de inlaat- en uitlaatcondities en de eigenschappen van de drukreduceereenheid, zodat het uitgaand vermogen constant blijft, maximaal blijft of zodat een optimale energieomzetting wordt bekomen.

Het werkingsgebied voor de druk aan de uitlaat kan bijvoorbeeld opgelegd worden of zijn door de stroomafwaartse installaties.

Een voordeel van dergelijke werkwijze is dat het uitgaand vermogen geproduceerd door de drukreduceereenheid gecontroleerd kan worden aangezien de druk aan de uitlaat vrij gekozen kan worden binnen dit voornoemde werkingsgebied, waarbij niet alleen rekening wordt gehouden met de vereisten van de stroomafwaartse installatie maar bijvoorbeeld ook met de kenmerken van de drukreduceereenheid zelf die de efficiëntie van de energieomzetting bepalen.

Bij voorkeur omvat de werkwijze de stap van het gevraagd uitgaand vermogen op de uitgaande as te bepalen en op basis daarvan één van volgende stappen te ondernemen: - wanneer er vraag is naar een uitgaand vermogen, de druk aan de uitlaat zodanig te regelen dat ofwel: - het uitgaand vermogen naar keuze, hetzij constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen, hetzij maximaal is door de druk te regelen naar de voornoemde minimumdruk pmin; ofwel - een optimale energieomzetting wordt bekomen waarbij de drukreduceereenheid op optimale efficiëntie werkt door het in rekening brengen van de kenmerken van de drukreduceereenheid zelf waarbij de druk aan de uitlaat geregeld wordt naar een te bepalen druk tussen pmin en pmax waarbij de maximale systeemeificiëntie bereikt wordt; - wanneer er geen vraag is naar uitgaand vermogen, de druk aan de uitlaat te regelen naar de maximumdruk pmax.

Dit heeft als voordeel dat er rekening kan gehouden worden met de vraag naar energie van bijvoorbeeld stroomverbruikers die aangesloten zijn op een generator welke aangesloten is op de uitgaande as en de mechanische energie omzet in elektrische energie.

Doordat het uitgaand vermogen op de as constant of maximaal gehouden kan worden, kan een welbepaald vermogen verzekerd worden, en zullen de voornoemde stroomverbruikers te allen tijde voorzien kunnen worden van elektrische stroom.

Doordat de kenmerken van de drukreduceereenheid zelf in rekening gebracht kunnen worden, kan de energieopzetting zo optimaal mogelijk worden, rekening houdend met de vereisten van de stroomafwaartse installatie. Met andere woorden zal er steeds op de meest efficiënte wijze energie gerecupereerd kunnen worden uit de gasstroom.

Wanneer er geen uitgaand vermogen op de uitgaande as nodig is, zal de druk aan de uitlaat maximaal gekozen worden.

Dit heeft als voordeel dat er zoveel mogelijk energie in de gasstroom en in het industriële proces behouden blijft.

In een praktische uitvoeringsvorm, wanneer de druk aan de uitlaat zodanig wordt geregeld dat het uitgaand vermogen op de uitgaande as constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen, bestaat de werkwijze erin een set van werkingscurven voor verschillende inlaat- en uitlaatcondities te voorzien die het verband geven tussen het uitgaand vermogen op de uitgaande as en de druk aan de uitlaat en waarbij de werkwijze de stap omvat van de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen en op basis hiervan de volgende stappen te ondernemen: - de op dat ogenblik geldende werkingscurve te bepalen uit de voornoemde set van werkingscurven; - het werkingspunt op deze curve waarvan het uitgaand vermogen gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen en de overeenkomstige druk aan de uitlaat te bepalen; - de druk aan de uitlaat te regelen naar de voornoemde overeenkomstige druk.

Deze werkwijze heeft het voordeel dat zij gemakkelijk te implementeren is.

In een andere praktische uitvoeringsvorm, wanneer de druk aan de uitlaat zodanig wordt geregeld dat het uitgaand vermogen op de uitgaande as constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen, omvat de werkwijze de stap van het uitgaand vermogen op de uitgaande as te bepalen en op basis daarvan één van de volgende stappen te ondernemen: - wanneer het uitgaand vermogen groter is dan het gevraagd uitgaand vermogen, de druk aan de uitlaat te verhogen; - wanneer het uitgaand vermogen kleiner is dan het gevraagd uitgaand vermogen, de druk aan de uitlaat te verlagen; en dit tot wanneer het uitgaand vermogen op de uitgaande as gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen.

Aangezien, zoals bekend, er een monotoon dalend verband is tussen de druk aan de uitlaat en het uitgaand vermogen, is ook dergelijke werkwijze eenvoudig te realiseren zonder dat er nood is aan een grote rekencapaciteit.

De uitvinding betreft ook een inrichting voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom, welke inrichting een drukreduceereenheid bevat met een inlaat en een uitlaat voor de gasstroom en met een rotor met een uitgaande as voor de omzetting van de energie uit de gasstroom tot mechanische energie op deze as, middelen om de druk aan de uitlaat te regelen, waarbij de inrichting voorzien is van een sturing voor de sturing van de voornoemde middelen om de druk aan de uitlaat te regelen binnen een ingesteld werkingsgebied tussen een minimumdruk Pmin en een maximumdruk pmax aan de uit laat, zodat, rekening houdend met de inlaat- en uitlaatcondities en de eigenschappen van de drukreduceereenheid (5), het uitgaand vermogen constant blijft of zodat een optimale energieomzetting wordt bekomen.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende varianten beschreven van een werkwijze volgens de uitvinding voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom en een inrichting daarbij toegepast, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 schematisch een werkingscurve weergeeft van de drukreduceereenheid gebruikt in de inrichting van figuur 1; figuur 3 schematisch de werkingscurve van figuur 2 weergeeft met aanduiding van verschillende werkingspunten bij de toepassing van een werkwijze volgens de uitvinding; figuur 4 schematisch het verband weergeeft tussen de efficiëntie van de energieomzetting en het toerental van de drukreduceereenheid.

De in figuur 1 weergegeven inrichting 1 omvat hoofdzakelijk een gasleiding 2 met een inlaatleiding 3 en een uitlaatleiding 4, waarbij in de gasleiding 2 een drukreduceereenheid 5 onder de vorm van een expander met een inlaat 6 aansluitend op de inlaatleiding 3 en een uitlaat 7 waarop de uitlaatleiding 4 aansluit is voorzien.

De inlaatleiding 3 is in het voorbeeld aangesloten op een stoomketel 8 of enige andere bron van gas op hoge temperatuur en/of druk voor de levering van een gasstroom Q aan de inlaatleiding 3 van de gasleiding 2 die aansluit op een stroomafwaarts gesitueerde installatie 9 die het gas procesmatig gebruikt als drijvende kracht of als procesgas voor een chemische reactie of dergelijke.

In hetgeen volgt, zullen wij ervan uitgaan dat het gas stoom is. Het is echter niet uitgesloten dat een ander gas of gasmengsel wordt gebruikt. '

De drukreduceereenheid 5 is in het weergegeven voorbeeld uitgevoerd als een schroefexpander met een dubbele rotor 10 die verdraaibaar is aangebracht in een behuizing 11 met de voornoemde inlaat 6 en uitlaat 7.

De dubbele rotor 10 wordt, zoals bekend, gevormd door twee schroefvormige rotoren 10a, 10b met lobben die samenwerkend in elkaar grijpen, en die samen met de behuizing 11 aan de inlaat een gaskamer 12 definiëren die zich bij het draaien van de rotoren 10a, 10b verplaatst van de inlaat 6 naar de uitlaat 7 en daarbij steeds ruimer wordt zodat het gas dat in deze gaskamer 12 gevangen zit, kan expanderen. Eén van beide rotoren 10b is aangebracht op een uitgaande as 13 die zich doorheen de behuizing 11 naar buiten uitstrekt en die in dit geval mechanisch gekoppeld is met een belasting 14, bijvoorbeeld in de vorm van een generator die gebruikt wordt voor de stroomvoorziening van elektrische verbruikers 15 die erop aangesloten zijn en die in het voorbeeld schematisch worden weergegeven door een lamp.

De inrichting 1 is voorzien van middelen 16 om de druk pu aan de uitlaat 7 te regelen.

Een eerste mogelijkheid om de druk pu te regelen, wordt in het voorbeeld gevormd door een variabele toerentalregeling 17 voor het regelen van het toerental van de uitgaande as 13 die verbonden is met de belasting 14 om het tegenkoppel op de uitgaande as 13 te veranderen en aldus het toerental te beïnvloeden.

Het is niet uitgesloten dat het toerental van de uitgaande as 13 wordt geregeld op een andere manier dan door de belasting 14 van het weerstandbiedend koppel te regelen.

Een tweede mogelijkheid om de druk pu aan de uitlaat 7 te regelen, wordt in dit voorbeeld geboden door een variabele smoring 18, bijvoorbeeld in de vorm van een smoorventiel die aan de inlaat 6 is voorzien en waarmee de gasstroom 8 die doorheen de drukreduceereenheid 5 wordt doorgelaten geregeld kan worden door het smoorventiel meer of minder te sluiten of te openen.

Het is echter ook mogelijk dat de gasstroom Q die doorheen de drukreduceereenheid 5 wordt doorgelaten, wordt geregeld op een andere manier dan door middel van een smoring 18.

Niettegenstaande in het voorbeeld van figuur 1 zowel de variabele toerentalregeling 17, als de regeling van het debiet door middel van de smoring 18 aanwezig is, is het mogelijk slechts één van beide regelingen te voorzien.

De inrichting 1 bevat ook een sturing 19, die verbonden is met de variabele toerentalregeling 17 en de smoring 18.

De sturing 19 is ook verbonden met middelen 20 om het uitgaand vermogen PA op de uitgaande as 13 en middelen 21 om het gevraagd uitgaand vermogen Pv te bepalen.

Ook is de inrichting 1 voorzien van middelen 22 om de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen waarvan het signaal aangesloten is op de sturing 19.

De werking van de inrichting 1 is zeer eenvoudig en als volgt.

Tijdens gebruik zal de drukreduceereenheid 5 gevoed worden met stoom afkomstig van bijvoorbeeld de stoomketel 8 waarop de inlaat leiding 3 is aangesloten. Een gasstroom Q zal doorheen de drukreduceereenheid 5 doorgelaten worden.

Hierdoor wordt de dubbele rotor 10 van de drukreduceereenheid 5 aangedreven, waarbij de stoom een expansie ondergaat en één van beide rotoren, namelijk rotor 10b, de uitgaande as 13 zal aandrijven waardoor de stoomenergie wordt omgezet in mechanische energie op de uitgaande as 13 waarop de generator is aangesloten.

De generator zal elektrische energie produceren die aan de elektrische verbruikers 15 geleverd kan worden.

De geëxpandeerde stoom wordt via de uitlaat 7 van de drukreduceereenheid 5 via de uitlaatleiding 4 afgevoerd naar een stroomafwaarts gelegen installatie 9. Deze stoom kan ook naar een productieproces geleid worden of in een kringproces teruggevoerd worden naar de stoomketel 8.

De sturing 19 zal de drukreduceereenheid 5 zodanig aansturen dat de druk pu aan de uitlaat 7 binnen een vooropgesteld werkingsgebied valt dat begrensd is door een minimumdruk pmin en een maximumdruk pmax.

Voor gegeven inlaat- en uitlaatcondities zal, binnen dit werkingsgebied, het uitgaand vermogen PA op de uitgaande as 13 variëren zoals schematisch weergegeven op de werkingscurve in figuur 2 met behulp van een dalende rechte welke het monotoon dalend verband tussen het uitgaand vermogen PA en de druk pu aan de uitlaat 7 geïdealiseerd weergeeft. Bij een wijziging van de inlaat- en/of uitlaatcondities kan de werkingscurve zich omhoog of omlaag verplaatsen.

Dit monotoon dalend verband hoeft echter niet lineair te verlopen, doch voor de eenvoud en duidelijkheid is dit verband in dit geval weergegeven met behulp van een rechte.

Om de druk pu aan de uitlaat 7 in te stellen, maakt de sturing 19 gebruik van de variabele toerentalregeling 17 en/of de smoring 18 aan de inlaat 6.

Om de druk pu aan de uitlaat 7 te bepalen, zal de sturing 19 het gevraagd uitgaand vermogen Pv bepalen, met behulp van de middelen 21 om het gevraagd uitgaand vermogen Pv te bepalen.

Wanneer er geen vraag is naar uitgaand vermogen, zal de sturing de druk pu aan de uitlaat 7 regelen zodat deze maximaal is en gelijk aan pmax·

Dit komt overeen met het punt X in figuur 2 waarbij het uitgaand vermogen PA op de uitgaande as 13 dan minimaal en gelijk is aan Px.

Hierdoor zal zoveel mogelijk energie in de gasstroom Q en in het industriële proces behouden blijven en wordt er slechts een minimum aan uitgaand vermogen PA geproduceerd, welk uitgaand vermogen PA op dat ogenblik toch niet nuttig gebruikt kan worden.

Wanneer er wel vraag is naar uitgaand vermogen, kan de sturing 19 de druk pu zodanig regelen dat het uitgaande vermogen PA maximaal is door de druk pu aan de uitlaat 7 gelijk te stellen aan pmin. Dit komt overeen met het punt Y in figuur 2.

De drukreduceereenheid 5 zal dan het maximaal vermogen PY produceren zoals mogelijk binnen het werkingsgebied begrensd door pmin en pmax.

Het is mogelijk dat de sturing 19 de druk pu zodanig regelt dat het uitgaand vermogen PA minimaal is wanneer er vraag is naar uitgaand vermogen.

Alternatief kan de sturing 19, wanneer er vraag is naar uitgaand vermogen, de druk pu aan de uitlaat 7 zodanig regelen dat het uitgaand vermogen PA gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv.

Om dit te verwezenlijken, bevat de sturing 19 bijvoorbeeld een set van werkingscurven voor verschillende inlaat- en uitlaatcondities die het verband geven tussen het uitgaand vermogen PA op de uitgaande as 13 en de druk pu aan de uitlaat 7.

De sturing 19 bevat tevens een algoritme dat gebruik maakt van de inlaat- en uitlaatcondities van de drukreduceereenheid, met andere woorden de druk, temperatuur en het gasdebiet aan de inlaat 6 en de uitlaat 7 die bepaald worden met behulp van de middelen 22.

Op basis hiervan bepaalt het algoritme de op dat ogenblik geldende werkingscurve uit de voornoemde set van werkingscurven, bijvoorbeeld de curve, zoals weergegeven in figuur 2, overeenstemmend met de inlaat- en uitlaatcondities die op dat ogenblik heersen.

Het punt Z1 geeft het huidige werkingspunt weer van de drukreduceereenheid 5, met een druk pu aan de uitlaat 7 gelijk aan ρχ en een uitgaand vermogen PA op de uitgaande as 13 gelijk aan Ρχ.

Het algoritme bepaalt het werkingspunt op deze curve waarvan het uitgaand vermogen PA gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv en de overeenkomstige druk pu aan de uitlaat 7. Dit werkingspunt kan bijvoorbeeld het punt Z2 zijn, zoals weergegeven in figuur 2, waarbij het gevraagd uitgaand vermogen Pv gelijk is aan P2 en de overeenkomstige druk pu gelijk is aan p2.

De sturing 19 zal vervolgens de druk pu aan de uitlaat 7 regelen naar de voornoemde overeenkomstige druk p2. Hierdoor zal het uitgaand vermogen PA gelijk worden aan P2 en dus gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv bij gelijk blijvende condities aan de inlaat 6 en de uitlaat 7.

Wanneer de inlaat- en/of uitlaatcondities en/of het gevraagd uitgaand vermogen Pv wijzigen, zal de sturing 19 het voornoemde algoritme herhalen.

Op deze wijze kan het uitgaand vermogen PA geregeld worden naar het gevraagd uitgaand vermogen Pv, onafhankelijk van de inlaat- en uitlaatcondities.

Het is duidelijk dat, wanneer dit algoritme gebruikt wordt, de middelen 20 om het uitgaand vermogen PA te bepalen achterwege gelaten kunnen worden.

Het is duidelijk dat een ander algoritme gebruikt kan worden om de druk pu aan de uitlaat 7 zodanig te regelen dat het uitgaand vermogen PA gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv, zoals bijvoorbeeld een algoritme dat geïllustreerd wordt aan de hand van figuur 3, die dezelfde werkingscurve weergeeft als deze van figuur 2 bij dezelfde inlaat- en uitlaatcondities.

Hierbij wordt uitgegaan van een werkingpunt van de drukreduceereenheid 5 overeenstemmend met het punt Ζχ overeenkomend met een druk pu aan de uitlaat 7 gelijk aan Pi en een uitgaand vermogen PA gelijk aan Ρχ.

Het algoritme is gebaseerd op de bepaling van het uitgaand vermogen PA met behulp van de middelen 20.

Wanneer dit gemeten uitgaand vermogen PA kleiner is dan het gevraagd uitgaand vermogen Pv, zal de sturing 19 de druk pu aan de uitlaat 7 verlagen.

Het gevraagd uitgaand vermogen Pv is bijvoorbeeld Pn overeenkomend met een druk pn.

Aangezien het uitgaand vermogen Ρχ kleiner is dan het gevraagd uitgaand vermogen Pn, zal de sturing 19 de druk pu aan de uitlaat 7 laten afnemen.

Het uitgaand vermogen PA zal hierdoor toenemen, de wijziging in uitgaand vermogen PA wordt gemeten door middel van de voornoemde middelen 20 en het signaal wordt doorgegeven aan de sturing 19.

De sturing 19 zal de druk pu aan de uitlaat 7 laten afnemen tot wanneer het uitgaand vermogen PA gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pn. Dit komt overeen met een werkingspunt Zn waarbij de druk pu aan de uitlaat 7 gelijk is aan pn.

Wanneer het gemeten uitgaand vermogen PA groter is dan het gevraagd uitgaand vermogen Pn, wordt de druk pu aan de uitlaat 7 nu verhoogd.

Dit wordt schematisch weergegeven in figuur 3 door middel van het werkingspunt Z2, overeenkomend met een druk pu aan de uitlaat 7 gelijk aan p2 en een uitgaand vermogen PA gelijk aan P2, waarbij P2 nu groter is dan het gevraagd uitgaand vermogen Pn.

De sturing 19 zal de druk pu aan de uitlaat 7 laten toenemen, waardoor het uitgaand vermogen PA zal afnemen. Uiteindelijk zal het uitgaand vermogen PA gelijk worden aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv, overeenkomend met het werkingspunt Zn.

Het is duidelijk dat in dit geval de middelen 22 om de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen afwezig kunnen zijn en dat de sturing 19 ook geen set van werkingscurven dient te bevatten.

Het is mogelijk dat er een smoring 18 aan de uitlaat 7 in de uitlaatleiding 4 voorzien is in plaats van in de inlaatleiding 3.

In een ander geval kan de sturing 19 de drukreduceereenheid 5 zodanig aansturen dat de druk pu aan de uitlaat 7 binnen het werkingsgebied valt dat begrensd is door de minimumdruk Pmin en de maximumdruk praax, waarbij de druk pu aan de uitlaat gekozen wordt zodanig dat bijvoorbeeld steeds een optimale of meest efficiënte energieomzetting bekomen wordt.

Hierbij zal de sturing 19 rekening houden met de inlaat- en uitlaatcondities en met de machine-eigenschappen van de drukreduceereenheid 5.

De machine-eigenschappen bepalen de efficiëntie E waarmee de drukreduceereenheid 5 stoomenergie zal omzetten in mechanische energie op de uitgaande as 13.

In figuur 4 is als voorbeeld een curve weergegeven die het verband weergeeft tussen het toerental T van de uitgaande as 13 en de efficiëntie E van de energieomzetting.

Zoals te zien is in deze figuur, gebeurt de optimale omzetting niet bij maximale toerental, doch in het punt A, bij een toerental TA waarbij de maximale efficiëntie EA bereikt wordt.

De sturing 19 zal bijgevolg binnen het werkingsgebied die druk pu aan de uitlaat uitkiezen, waarvoor het overeenkomstige toerental T zo dicht mogelijk bij het toerental TA ligt.

Dergelijke curve hangt af van de inlaat- en uitlaatcondities net zoals de werkingscurven zoals weergegeven in figuur 2 en 3.

Bijkomend is het mogelijk dat de sturing 19 ook rekening houdt met andere eigenschappen en kenmerken van de drukreduceereenheid 5 die de efficiëntie E kunnen beïnvloeden.

De smoring 18 zal in dit geval de uitlaatcondities wijzigen zodat bijvoorbeeld de werkingscurve uit figuur 4 wordt aangepast zodat de meest optimale energieomzetting kan bekomen worden, of met andere woorden zodat de drukreduceereenheid 5 zijn meest optimale werkingspunt binnen het opgelegde werkingsgebied komt te liggen, waarbij een maximale systeemeificiëntie wordt bereikt.

Om dergelijke regeling van de inrichting 1 te realiseren, kan de sturing 19 voorzien zijn van curven die de efficiëntie weergeven in functie van machine-eigenschappen voor verschillende inlaat- en uitlaatcondities, waarbij de sturing 19 op basis van de op dat ogenblik geldende inlaat-en uitlaatcondities de overeenkomstige curve selecteert en op basis daarvan het meest optimale werkingspunt bepaald.

Het is duidelijk dat beide beschreven algoritmes om de druk pu aan de uitlaat 7 zodanig te regelen dat het uitgaand vermogen PA gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv zullen toelaten om een stabiel uitgaand vermogen PA te genereren, onafhankelijk van de inlaat- en uitlaatcondities, dat gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen Pv.

Het is ook duidelijk dat het niet uitgesloten is dat in plaats van een schroefexpander een ander type van expander of een turbine of dergelijke wordt gebruikt.

Het is ook duidelijk dat de middelen 20 om het uitgaand vermogen PA te bepalen, de middelen 21 om het gevraagd uitgaand vermogen Pv te bepalen en de middelen 22 om de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen in allerlei vormen uitgevoerd kunnen worden.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een werkwijze volgens de uitvinding voor het expanderen van een gasstroom en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom en een inrichting daarbij toegepast kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (18)

1. Conclusies .

   1. - Werkwijze voor het expanderen van een gasstroom (Q) en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom (Q) door de gasstroom (Q) doorheen een drukreduceereenheid (5) te sturen met een rotor (10) met een uitgaande as (13) voor de omzetting van energie uit de gasstroom (Q) tot mechanische energie op deze as (13), daardoor gekenmerkt dat de werkwijze erin bestaat de druk (pu) aan de uitlaat (7) van de drukreduceereenheid (5) te regelen binnen een vooropgesteld werkingsgebied tussen een minimumdruk (pmin) en een maximumdruk (pmax) aan de uitlaat (7), rekening houdend met de inlaat- en uitlaatcondities en de eigenschappen van de drukreduceereenheid (5), zodat het uitgaand vermogen constant blijft, maximaal blijft, minimaal blijft of zodat een optimale energieomzetting wordt bekomen.
2. 2. - Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze de stap omvat van het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) op de uitgaande as (13) te bepalen en op basis daarvan één van volgende stappen te ondernemen: - wanneer er vraag is naar een uitgaand vermogen (Pv), de druk (pu) aan de uitlaat (7) zodanig te regelen dat ofwel: - het uitgaand vermogen (PA) naar keuze, hetzij constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) , hetzij maximaal is door de druk (pu) te regelen naar de voornoemde minimumdruk (pmin) , hetzij minimaal is; ofwel - een optimale energieomzetting wordt bekomen waarbij de drukreduceereenheid (5) op optimale efficiëntie werkt door het in rekening brengen van de kenmerken van de drukreduceereenheid (5) zelf waarbij de druk (pu) aan de uitlaat (7) geregeld wordt naar een te bepalen druk tussen Pmin en pmax waarbij de maximale systeemefficiëntie bereikt wordt; - wanneer er geen vraag is naar uitgaand vermogen (Pv) , de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen naar de maximumdruk (pmax) ·
3. 3.- Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat wanneer de druk (pu) aan de uitlaat (7) zodanig wordt geregeld dat het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv)/ de werkwijze erin bestaat een set van werkingscurven voor verschillende inlaat- en uitlaatcondities te voorzien welke het verband geven tussen het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) en de druk (pu) aan de uitlaat (7) en waarbij de werkwijze de stap omvat van de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen en op basis hiervan de volgende stappen te ondernemen: - de op dat ogenblik geldende werkingscurve te bepalen uit de voornoemde set van werkingscurven; - het werkingspunt op deze curve waarvan het uitgaand vermogen (PA) gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) en de overeenkomstige druk (pu) aan de uitlaat (7) te bepalen; - de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen naar de voornoemde overeenkomstige druk.
4. 4. - Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat wanneer de druk (pu) aan de uitlaat (7) zodanig wordt geregeld dat het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv), de werkwijze de stap omvat van het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) te bepalen en op basis daarvan één van de volgende stappen te ondernemen: - wanneer het uitgaand vermogen (PA) groter is dan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv), de druk (pu) aan de uitlaat (7) te verhogen; - wanneer het uitgaand vermogen (PA) kleiner is dan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv), de druk (pu) aan de uitlaat (7) te verlagen; en dit tot wanneer het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) .
5. 5. - Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de druk (pu) aan de uitlaat (7) geregeld wordt door het toerental van de uitgaande as (13) te regelen.
6. 6. - Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat het toerental van de uitgaande as (13) wordt geregeld door het tegenkoppel op deze as (13) te veranderen.
7. 7. - Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de druk (pu) aan de uitlaat (7) geregeld wordt door regeling van de gasstroom (Q) die doorheen de drukreduceereenheid (5) wordt doorgelaten.
8. 8. - Werkwijze volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de regeling van de gasstroom (Q) die doorheen de drukreduceereenheid (5) wordt doorgelaten, gebeurt door de gasstroom (Q) aan de inlaat (6) te smoren.
9. 9. - Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij wordt toegepast op een gasstroom (Q) van stoom.
10. 10. - Inrichting voor het expanderen van een gasstroom (Q) en voor het gelijktijdig recupereren van energie uit deze gasstroom (Q), welke inrichting (1) een drukreduceereenheid (5) bevat met een inlaat (6) en een uitlaat (7) voor de gasstroom (Q) en met een rotor (10) met een uitgaande as (13) voor de omzetting van de energie uit de gasstroom (Q) tot mechanische energie op deze as (13), middelen (16) om de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen, daardoor gekenmerkt dat de inrichting (1) voorzien is van een sturing (19) voor de sturing van de voornoemde middelen (16) om de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen binnen een ingesteld werkingsgebied tussen een minimumdruk (pmin) en een maximumdruk (pmax) aan de uitlaat (7), zodat, rekening houdend met de inlaat- en uitlaatcondities en de eigenschappen van de drukreduceereenheid (5) , het uitgaand vermogen constant blijft, maximaal blijft, minimaal blijft of zodat een optimale energieomzetting wordt bekomen.
11. 11. - Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van middelen (21) om het gevraagd vermogen te bepalen en dat de sturing (19) voorzien is van een algoritme dat de druk (pu) aan de uitlaat (7) instelt, waarbij het algoritme is gebaseerd op de bepaling van het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) met behulp van de voornoemde middelen (21) op basis waarvan de sturing (19) de drukreduceereenheid (5) zal aansturen, waarbij, wanneer er vraag is naar uitgaand vermogen (Pv), de sturing (19) de druk (pu) aan de uitlaat (7) zodanig zal regelen met behulp van de voornoemde middelen (16) dat ofwel: - het uitgaand vermogen (PA) naar keuze, hetzij constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) , hetzij maximaal is door de druk (pu) aan de uitlaat gelijk te stellen aan de minimumdruk (pmin) , hetzij minimaal is; ofwel - een optimale energieomzetting wordt bekomen waarbij de drukreduceereenheid (5) op optimale efficiëntie werkt door het in rekening brengen van de kenmerken van de drukreduceereenheid (5) zelf waarbij de druk (pu) aan de uitlaat (7) geregeld wordt naar een te bepalen druk tussen Pmin en pmax waarbij de maximale systeemeificiëntie bereikt wordt; en waarbij, wanneer er geen vraag is naar uitgaand vermogen (Pv) , de sturing (19) de druk (pu) aan de uitlaat (7) zodanig zal regelen met behulp van de voornoemde middelen (16) dat de druk (pu) gelijk is aan de maximumdruk (pmax) .
12. 12.- Inrichting volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de inrichting (1) verder voorzien is van middelen (22) om de inlaat- en uitlaatcondities te bepalen en waarbij, om de druk (pu) zodanig te regelen dat het uitgaand vermogen (PA) constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) , de sturing (19) voorzien is van een set van werkingscurven voor verschillende inlaat- en uitlaatcondities te voorzien die het verband geven tussen het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) en de druk (pu) aan de uitlaat (7) en het algoritme gebaseerd is op de bepaling van de inlaat- en uitlaatcondities met behulp van de voornoemde middelen (22), op basis waarvan de sturing (19) de op dat ogenblik geldende werkingscurve bepaald uit de voornoemde set en het werkingspunt op deze curve waarvan het uitgaand vermogen (PA) gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) en de overeenkomstige druk (pu) aan de uitlaat (7) bepaalt waarna de sturing (19) de drukreduceereenheid (5) zal aansturen zodat de druk (pu) gelijk wordt aan de voornoemde overeenkomstige druk.
13. 13.- Inrichting volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de inrichting (1) verder voorzien is van middelen (20) om het uitgaand vermogen (PA) op de uitgaande as (13) te bepalen, waarbij, om de druk (pu) zodanig te regelen dat het uitgaand vermogen (PA) constant blijft en gelijk aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv)/ het algoritme is gebaseerd op de bepaling van het uitgaand vermogen (PA) met behulp van de voornoemde middelen (20) op basis waarvan de sturing (19) de drukreduceereenheid (5) zal aansturen, waarbij, wanneer het uitgaand vermogen (PA) groter is dan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) , de sturing (19) de druk (pu) aan de uitlaat (7) zal verhogen en wanneer het uitgaand vermogen (PA) kleiner is dan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) , de sturing (19) de druk (pu) aan de uitlaat (7) zal verlagen en dit tot wanneer het uitgaand vermogen (Pa) op de uitgaande as (13) gelijk is aan het gevraagd uitgaand vermogen (Pv) .
14. 14. - Inrichting volgens één van de conclusies 10 tot 13, daardoor gekenmerkt dat de middelen (16) om de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen een variabele toerentalregeling (17) omvatten om het toerental van de uitgaande as (13) te regelen, waarbij de variabele toerentalregeling (17) is verbonden met de sturing (19).
15. 15. - Inrichting volgens één van de conclusies 10 tot 14, daardoor gekenmerkt dat de middelen (16) om de druk (pu) aan de uitlaat (7) te regelen een smoring (18) aan de inlaat (6) van de drukreduceereenheid (5) omvatten, waarbij de smoring (18) is verbonden met de sturing (19).
16. 16. - Inrichting volgens één van de conclusies 10 tot 15, daardoor gekenmerkt dat de drukreduceereenheid (5) een expander omvat.
17. 17. - Inrichting volgens één van de conclusies 10 tot 16, daardoor gekenmerkt dat de drukreduceereenheid (5) een schroefexpander omvat.
18. 18. - Inrichting volgens één van de conclusies 10 tot 17, daardoor gekenmerkt dat het gas stoom is.