CN105822904A - 一种燃气管道内置发电调压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气管道内置发电调压装置，包括管体、发电机、叶轮、蓄电器和调压器，发电机设置于管体的内腔中部并通过固定装置与管体的内腔壁固定连接，叶轮安装于发电机的动力输入轴的前端且处于发电机的上游位置，蓄电器设置于管体的外部并通过线缆穿过管体的管道壁与发电机电连接，蓄电器用于储存发电机的发电量并向用电设备提供电力支持，调压器安装于管体上且处于发电机的下游位置。本发明具有结构简单、体积小、拆装方便、成本低廉、安全稳定的优点，可广泛安装于高中压燃气管道上使用，以解决偏远地区的燃气管线或安装位置狭小的燃气管线其监控设备用电的问题。

Description

一种燃气管道内置发电调压装置
技术领域
本发明涉及一种发电设备，尤其是涉及一种利用管道内流体的动能进行发电的燃气管道内置发电调压装置。
背景技术
在天然气的运营管理过程中，对于地处偏远地区或远离电网的部分管线或调压站，经常出现因缺电或无电而造成管线监控和检测等设备无法正常运转的情况，致使无法对这部分管线和调压站进行有效的监管，这不但给燃气企业的管线运营和维护工作增加了难度，同时也存在巨大的安全隐患。
针对上述问题，本领域技术人员研究开发了利用天然气管网压力能进行发电的技术，以利用天然气在调压过程中产生的压力能进行发电，以供无电燃气场站用电所需。如申请号为201510463023.0发明专利申请，其公开了一种天然气管网压力能自控发电系统，该系统采用蓄电、逆变、自控、限流等技术，克服了因燃气波动性大造成的电力输出不稳的问题，并解决部分燃气场站存在的无电、少电等难题。但现有的利用燃气管道内的流体压力能和动能进行发明的设置或系统普遍存在系统复杂、占地面积大、设备投资高的问题。对于处于偏远地区的燃气管线或安装位置狭小的燃气管线，由于监控设备所需用电量较小，现有的天然气压力能发电装置并不适合安装在上述环境下使用，且很容易造成浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气管道内置发电调压装置，其具有结构简单、拆装方便、成本低廉、安全稳定的优点，可广泛安装于高中压燃气管道上使用。
为解决现有技术中的天然气压力能发电装置其系统复杂、点地面积大、设备投资高，且不适合偏远地区的燃气管线或安装位置狭小的燃气管线使用的问题，本发明提供的一种燃气管道内置发电调压装置，包括管体、发电机、叶轮、蓄电器和调压器，其中，所述发电机设置于管体的内腔中部并通过固定装置与管体的内腔壁固定连接，所述叶轮安装于发电机的动力输入轴的前端且处于发电机的上游位置，所述蓄电器设置于管体的外部并通过线缆穿过管体的管道壁与发电机电连接，蓄电器用于储存发电机的发电量并向用电设备提供电力支持，所述调压器安装于管体上且处于发电机的下游位置。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，所述管体包括上游连接管、下游连接管和电机安装管，所述电机安装管的内径大于上游连接管和下游连接管的内径，电机安装管设置于上游连接管和下游连接管之间，并分别通过第一变径管和第二变径管与上游连接管和下游连接管固定连接，所述发电机处于电机安装管的内腔中，所述调压器处于下游连接管上，所述固定装置为四根连接杆。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，所述叶轮处于第一变径管的内腔中，若第一变径管的小径端直径和大径端直径分别用D1和D2表示，则使叶轮位于(D1D2)1/3～(D1D2)1/2之间。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，还包括限流环，所述限流环设置于上游连接管的内腔中且位于上游连接管和第一变径管的连接处。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，还包括喇叭状导流装置，所述导流装置的小口端内径等于上游连接管的内径且使小口端固定在上游连接管和第一变径管的连接处，导流装置的大口端处于第一变径管的内腔中。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，所述导流装置的母线与中心轴线之间的夹角为45°～60°，且使叶轮的直径比导流装置的大口端直径大3～5mm。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，还包括控制器和电量监测器，电量监测器用于监测蓄电器的蓄电量，控制器分别与电量监测器和叶轮连接，
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，还包括设置于电机安装管、第一变径管或第二变径管内腔中的压力传感器，所述压力传感器与控制器连接。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，所述叶轮采用高密度聚氟类材质制作。
进一步的，本发明一种燃气管道内置发电调压装置，其中，所述上游连接管和下游连接管分别在外端口设有法兰。
本发明一种燃气管道内置发电调压装置与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明通过设置管体、发电机、叶轮、蓄电器和调压器，使发电机设置于管体的内腔中部并通过固定装置与管体的内腔壁固定连接，使叶轮安装于发电机的动力输入轴的前端且处于发电机的上游位置，使蓄电器设置于管体的外部并通过线缆穿过管体的管道壁与发电机电连接，使调压器安装于管体上且处于发电机的下游位置，蓄电器用于储存发电机的发电量并向用电设备提供电力支持。由此就构成了具有发电和调压双重功能的装置，在实际应用中，只需将管体接入天然气管线上，即可投入使用，通过管道内燃气的压力能和动能驱动叶轮旋转，进而驱动发电机发电，本发明可广泛应用于高中压燃气管道上，能满足偏远地区的燃气管线或安装位置狭小的燃气管线其监控和检测设备用电量不大的使用需求。本发明通过将发电机、叶轮设置于管体的内部，简化了结构，具有结构简单、拆装方便、成本低廉、成本占地面积小的优点，同时本发明通过设置调压器并使其处于下游位置，保证了下游管道中燃气压力的稳定性，在实现发电功能的同时使燃气的使用价值不受影响，增强了本发明的稳定性和实用性。(2)作为优化方案，本发明将管体设计成包括上游连接管、下游连接管和电机安装管的结构形式，使电机安装管的内径大于上游连接管和下游连接管的内径，让电机安装管设置于上游连接管和下游连接管之间并分别通过第一变径管和第二变径管与上游连接管和下游连接管固定连接，让发电机处于电机安装管的内腔中，让调压器处于下游连接管上。这种结构形式可保证发电机的安装空间要求，同时使燃气从上游连接管进入第一变径管时具有膨胀作用，使压力能充分转化为动能，可有效提高能源利用率和发电效率。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种燃气管道内置发电调压装置作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明一种燃气管道内置发电调压装置的结构示意图；
图中，1、管体；2、发电机、3、叶轮；4、蓄电器；5、调压器；6、限流环；7、导流装置；8、控制器；9、电量监测器；10、压力传感器；101、上游连接管；102、下游连接管；103、电机安装管、104、第一变径管；105、第二变径管；201、固定装置；202、动力输入轴。
具体实施方式
首先需要说明的是，本发明申请中所述的天然气、燃气以及流体应作相同概念理解，只是为表述方便进行的区分。
如图1所示本发明一种燃气管道内置发电调压装置的具体实施方式，包括管体1、发电机2、叶轮3、蓄电器4和调压器5。把发电机2设置于管体1的内腔中部并使其通过固定装置201与管体1的内腔壁固定连接。把叶轮3安装于发电机2的动力输入轴202的前端并使其处于发电机2的上游位置。把蓄电器4设置于管体1的外部并使其通过线缆穿过管体1的管道壁与发电机2电连接，蓄电器4用于储存发电机2的发电量并向用电设备提供电力支持，以实现供电的稳定性和连续性。把调压器5安装于管体1上且使其处于发电机2的下游位置，以保证下游管道中燃气压力的稳定性。通过以上结构设置就构成了具有发电和调压双重功能的装置，在实际应用中，只需将管体1接入天然气管线上，即可投入使用。通过输气管道内燃气的压力能和动能驱动叶轮3旋转，进而驱动发电机2发电，并通过蓄电器4对发电机2的发电量进行储存，通过蓄电器4即可向用电设备供电。本发明可广泛应用于高中压燃气管道上，能满足偏远地区的燃气管线或安装位置狭小的燃气管线其监控和检测设备用电量不大的使用需求。本发明通过将发电机2、叶轮3设置于管体1的内部，简化了结构，具有结构简单、拆装方便、成本低廉、成本占地面积小的优点，同时本发明通过设置调压器5并使其处于下游位置，可保证下游管道中燃气压力的稳定性，在实现发电功能的同时使燃气的使用价值不受影响，增强了本发明的稳定性和实用性。
作为具体实施方式，本发明将管体1设计成包括上游连接管101、下游连接管102和电机安装管103的结构形式，并把电机安装管103的内径设计成大于上游连接管101和下游连接管102的内径，使电机安装管103处于上游连接管101和下游连接管102之间并分别通过第一变径管104和第二变径管105与上游连接管101和下游连接管102固定连接，让发电机2处于电机安装管103的内腔中，让调压器5处于下游连接管102上。同时把固定装置201设计成四根连接杆，以避免影响燃气的流动性。这种结构设置可使发电机2具有充分的安装空间，同时使燃气从上游连接管101进入第一变径管104时具有膨胀作用，可使燃气压力能充分转化为动能，有效提高能量转化率和发电效率。
作为优化方案，本具体实施方式让叶轮3处于第一变径管104的内腔中，若第一变径管104的小径端直径和大径端直径分别用D1和D2表示，则使叶轮3位于(D1D2)1/3～(D1D2)1/2之间。这一结构可使燃气膨胀时充分冲击叶轮的叶片，以提高燃气动能利用率。同时，本具体实施方式还设置了限流环6，并把限流环6设置于上游连接管101的内腔中且位于上游连接管101和第一变径管104的连接处，通过限流环6可控制通过本发明的燃气流量和压力，在增大局部燃气压力的同时还保证本发明发电的稳定可靠性，避免了因燃气输送的波动造成发电及电力输出不稳的问题。
作为进一步优化方案，本具体实施方式还设置了喇叭状的导流装置7，使导流装置7的小口端内径等于上游连接管101的内径，并把导流装置7的小口端固定在上游连接管101和第一变径管104的连接处，让导流装置7的大口端处于第一变径管104的内腔中。通过设置导流装置7可实现对燃气的流向进行有效引导。在实际应用中经实验证实，将导流装置7的母线与中心轴线之间的夹角设计为45°～60°，并将使叶轮3的直径设计成比导流装置7的大口端直径大3～5mm时，可充分利用导流装置7的导流作用，使燃气更有效地推动叶轮3，实现能量转化和发电效果最佳化。
需要说明的是，本发明一种燃气管道内置发电调压装置在实际应用中，均设有控制器8和电量监测器9，让控制器8分别与电量监测器9和叶轮3连接，电量监测器9用于监测蓄电器4的蓄电量，并将电量监测信号传输给控制器8，控制器8根据电量监测信号向叶轮3发送控制信号，以控制叶轮3的叶片角度和转速。具体的过程为：当蓄电器4的蓄电量>95％时，电量监测器9将该电量监测信号传输给控制器8，控制器8向叶轮3发送控制指令，让叶轮3的叶片角度增大，使部分燃气短路，并使燃气对叶片的推动分解力减小，从而使叶轮3的转速降低，进而使发电机2的发电功率减小，减少发电量；当蓄电器4的蓄电量<10％时，电量监测器9将该电量监测信号传输给控制器8，控制器8向叶轮3发送控制指令，让叶轮3叶片角度减小至10～30°，使燃气流量增加，并使燃气对叶片的推动分解力增大，从而使叶轮3的转速加快，进而使发电机2的发电功率增大，提高发电量。
同时，本发明还在电机安装管103的内腔中设置了压力传感器10，并让压力传感器10与控制器8连接。通过压力传感器10监测燃气的压力，并将监测到的燃气压力信号传输给控制器8，控制器8根据燃气压力信号向叶轮3发送控制指令，以调整叶轮3的叶片角度，以满足发电要求和增强稳定性。需要说明的是，压力传感器10不限于设置于电机安装管103的内腔中，还可以设置在第一变径管104或第二变径管105的内腔中，只要能正确监测到燃气的压力值均可实现本发明目的。
另外，本发明中的叶轮3采用高密度聚氟类材质制作，可提高其耐冲刷、耐腐蚀的性能，以延长其使用寿命，增强实用性。本发明还在上游连接管101和下游连接管102的外端口分别设置了法兰，以提高拆装的便捷性。
本发明一种燃气管道内置发电调压装置发出的电力可供管道远传与监控、检测设备或仪器仪表的电力所需，可广泛安装于高中压燃气管道上使用，可实现智能化，促进智慧燃气的发展。本发明具有发电和调压两种功能，解决了传统偏远管线或安装位置有限的工况环境下无法远传与监控等难题；可根据具体的管道燃气压力、用电量需求选择限流环，能增加系统运行的安全稳定性；并可根据用电负荷改变叶片的转角，进而控制发电量，实现了智能发电和智能供电；本发明具有体积小、安装方便、成本低廉的优点。
以上实施例仅是对本发明优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气管道内置发电调压装置，包括管体(1)、发电机(2)、叶轮(3)、蓄电器(4)和调压器(5)，其特征在于：所述发电机(2)设置于管体(1)的内腔中部并通过固定装置(201)与管体(1)的内腔壁固定连接，所述叶轮(3)安装于发电机(2)的动力输入轴(202)的前端且处于发电机(2)的上游位置，所述蓄电器(4)设置于管体(1)的外部并通过线缆穿过管体(1)的管道壁与发电机(2)电连接，蓄电器(4)用于储存发电机(2)的发电量并向用电设备提供电力支持，所述调压器(5)安装于管体(1)上且处于发电机(2)的下游位置。
2.按照权利要求1所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：所述管体(1)包括上游连接管(101)、下游连接管(102)和电机安装管(103)，所述电机安装管(103)的内径大于上游连接管(101)和下游连接管(102)的内径，电机安装管(103)设置于上游连接管(101)和下游连接管(102)之间，并分别通过第一变径管(104)和第二变径管(105)与上游连接管(101)和下游连接管(102)固定连接，所述发电机(2)处于电机安装管(103)的内腔中，所述调压器(5)处于下游连接管(102)上，所述固定装置(201)为四根连接杆。
3.按照权利要求2所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：所述叶轮(3)处于第一变径管(104)的内腔中，若第一变径管(104)的小径端直径和大径端直径分别用D1和D2表示，则使叶轮(3)位于(D1D2)1/3～(D1D2)1/2之间。
4.按照权利要求3所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：还包括限流环(6)，所述限流环(6)设置于上游连接管(101)的内腔中且位于上游连接管(101)和第一变径管(104)的连接处。
5.按照权利要求3所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：还包括喇叭状导流装置(7)，所述导流装置(7)的小口端内径等于上游连接管(101)的内径且使小口端固定在上游连接管(101)和第一变径管(104)的连接处，导流装置(7)的大口端处于第一变径管(104)的内腔中。
6.按照权利要求5所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：所述导流装置(7)的母线与中心轴线之间的夹角为45°～60°，且使叶轮(3)的直径比导流装置(7)的大口端直径大3～5mm。
7.按照权利要求2-6任一项所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：还包括控制器(8)和电量监测器(9)，电量监测器(9)用于监测蓄电器(4)的蓄电量，控制器(8)分别与电量监测器(9)和叶轮(3)连接。
8.按照权利要求7所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：还包括设置于电机安装管(103)、第一变径管(104)或第二变径管(105)内腔中的压力传感器(10)，所述压力传感器(10)与控制器(8)连接。
9.按照权利要求8所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：所述叶轮(3)采用高密度聚氟类材质制作。
10.按照权利要求9所述的一种燃气管道内置发电调压装置，其特征在于：所述上游连接管(101)和下游连接管(102)分别在外端口设有法兰。
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