CN105927302B - 一种磁力驱动式天然气管道发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁力驱动式天然气管道发电机。它解决天然气生产井场缺电问题。其技术方案是：永磁发电机输入轴端与传动轴通过联轴器连接；传动轴与外磁钢套通过销钉连接；外磁钢套和内磁钢套之间设置无磁不锈钢套，内磁钢套与转动轴通过螺纹连接；叶轮套在转动轴上并用键槽方式连接，下端通过锁定螺母固定；法兰筒体周向通过焊接设置有出气管口、进气管口a与进气管口b，所述进气管口a与进气管口b通过螺钉安装有节流喷嘴；出气管口设置在法兰筒体的下端部。本发明利用磁力驱动传递扭矩，结构简单、发电效率更高、密封更安全、寿命增长与更环保。

Description

一种磁力驱动式天然气管道发电机
技术领域
本发明涉及一种在天然气开采集输过程中，以天然气在管道中流动作为动力源进行发电的一种磁力驱动式天然气管道发电机。
背景技术
在偏远的气田开发区，由基础设施不完善，井场无工业电源，不能充分解决工作区的用电需求。
在天然气井场工作区域需要电来为一些基本电器设施与生产装置提供电源。比如为井场生产设施的参数检测传感器与控制装置长期供电；天气温度过低，管道中的天然气流速较快，会进一步造成大部分管道结冰严重；同时由于天然气是甲烷为主的碳氢化合物，当碳氢化合物的水含量达到一定值时，在一定温度和压力的作用下，碳氢化合物与水即会形成一种松散的结晶化合物，这种天然气化合物能缩小管道的流通截面，甚至封堵管道、阀门、仪表和设备；尤其是当温度降低到一定程度时，含水的天然气极易形成天然气水化合物，从而堵塞或者冻堵管道与天然气生产设施；需要为相关生产设施与装备提供电源加热或保温，确保生产系统的正常运行。
目前偏远地区天然气开发现场多为无人值守井场，不宜采用柴油发电机等动设备为井场供电，大多采用风力发电和太阳能发电等设施为井场设施供电。基于成本等的综合考虑，现场配备的风力发电与太阳能发电量均较小，虽然基本可以解决井场仪器仪表的供电问题，但受地区与天气环境等的影响较大，难于提供长期稳定的电源，更不能持续稳定的为井场生产设施提供加热(或保温)设备用电，严重影响生产的正常进行，特别在冬季环境温度较低的地区，或阳光、风力较差的地区。
基于上述技术背景，本发明特提供一种磁力驱动式天然气管道发电机。
发明内容
本发明的目的是：为解决偏远地区天然气生产井场缺电的问题，特提供一种磁力驱动式天然气管道发电机。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁力驱动式天然气管道发电机，包括永磁发电机、支撑架、磁钢上端盖、传动轴、外磁钢套、磁钢筒体、无磁不锈钢套、内磁钢套、法兰端盖、法兰筒体、转动轴、叶轮、锁定螺母、法兰底座、出气管口、进气管口a、进气管口b、节流喷嘴；法兰筒体两端安装法兰端盖和法兰底座，叶轮设置在法兰筒体内并安装到转动轴上，转动轴伸出端设置内磁钢套，内磁钢套外安装外磁钢套，外磁钢套与永磁发电机输入轴连接；其特征在于：
法兰筒体周向焊接出气管口、进气管口a和进气管口b，所述进气管口a和进气管口b内设置节流喷嘴；法兰筒体下端安装法兰底座并用螺栓连接，法兰筒体上端安装法兰端盖并用双头螺柱连接，转动轴穿过法兰端盖中心位置的阶梯孔并安装到法兰底座中心沉孔；法兰筒体内设置叶轮，所述叶轮套在转动轴上并用键槽方式连接，所述叶轮为闭式叶轮，并设置有后弯式叶片；所述叶轮下方安装锁定螺母，所述锁定螺母与转动轴螺纹连接；转动轴伸出法兰端盖并在端部安装内磁钢套，采用螺纹连接；
磁钢筒体安装到法兰端盖中心位置并用螺钉固定，磁钢筒体上端安装磁钢上端盖，磁钢上端盖上方安装支撑架，用螺栓连接支撑架和磁钢上端盖，支撑架上端安装永磁发电机；
传动轴设置在磁钢上端盖中心，传动轴上端通过联轴器与永磁发电机输入轴连接，传动轴下端安装外磁钢套并用销钉固定；
外磁钢套内周向设置磁极，内磁钢套外周向设置磁极；外磁钢套和内磁钢套之间设置无磁不锈钢套，所述无磁不锈钢套为带底面的筒体，无磁不锈钢套扣在法兰端盖中间位置并用螺钉固定。
一种磁力驱动式天然气管道发电机，包括转动轴、法兰底座与防腐蚀轴承套，其特征是：转动轴下端通过轴承安装到法兰底座中心沉孔，所述轴承与法兰底座中心沉孔之间设置防腐蚀轴承套。
一种磁力驱动式天然气管道发电机，包括轴承座、锁定环转动轴和法兰端盖，其特征是：转动轴与法兰端盖中心位置的阶梯孔之间设置轴承，所述轴承通过转动轴端部台阶和锁定环固定在转动轴上，锁定环与转动轴用销钉固定；所述轴承与法兰端盖之间设置轴承座，轴承座与法兰端盖之间用螺钉固定。
一种磁力驱动式天然气管道发电机，包括进气管口a、进气管口b和出气管口，其特征是：所述进气管口a与进气管口b的中心线与转动轴的中心线设置偏心距，所述进气管口a与进气管口b焊接于法兰筒体的中部，所述进气管口a与进气管口b的中心线位于同一水平面；所述出气管口的中心线与转动轴的中心线无偏心距，所述出气管口焊接于法兰筒体的下端部。
本发明的有益效果是：(1)本发明利用磁钢扭矩传递，采用密封形式全为静密封，无动密封机构，结构更加可靠，寿命更长；(2)本发明利用天然气自身作为动力源，动力源稳定、环保，发电不受环境因素影响；(3)本发明采用双进气管和后弯式叶片，能较高效率利用天然气动能，能够提供发电机工作所需的转速；(3)本发明结构简单、发电效率高、成本相对较低。
附图说明
图1是本发明一种磁力驱动式天然气管道发电机结构示意图；
图2是图1的A-A向结构示意图；
图3是图1中C处局部放大结构示意图；
图4是本发明一种磁力驱动式天然气管道发电机叶轮19三维结构示意图；
图中：1.永磁发电机、2.支撑架、3.联轴器、4.轴承端盖、5.轴承、6.螺钉、7.磁钢上端盖、8.传动轴、9.外磁钢套、10.磁钢筒体、11.无磁不锈钢套、12.内磁钢套、13.双头螺柱、14.轴承座、15.锁定环、16.法兰端盖、17.法兰筒体、18.转动轴、19.叶轮、20.锁定螺母、21.法兰底座、22.防腐蚀轴承套、23.密封圈、24.出气管口、25.进气管口a、26.进气管口b、27.注油头、28.节流喷嘴。
具体实施方式
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1、图2、图3、图4对本发明作以下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种磁力驱动式天然气管道发电机，是由永磁发电机1、支撑架2、联轴器3、轴承端盖4、轴承5、螺钉6、磁钢上端盖7、传动轴8、外磁钢套9、磁钢筒体10、无磁不锈钢套11、内磁钢套12、双头螺柱13、轴承座14、锁定环15、法兰端盖16、法兰筒体17、转动轴18、叶轮19、锁定螺母20、法兰底座21、防腐蚀轴承套22、密封圈23、出气管口24、进气管口a25、进气管口b26、注油头27和节流喷嘴28构成；其特征在于：
法兰筒体(17)周向焊接出气管口(24)、进气管口a(25)和进气管口b(26)，所述进气管口a(25)和进气管口b(26)内设置节流喷嘴(28)，实现增大气体流速；法兰筒体(17)下端安装法兰底座(21)并用螺栓连接，法兰筒体(17)上端安装法兰端盖(16)并用双头螺柱(13)连接，转动轴(18)穿过法兰端盖(16)中心位置的阶梯孔并安装到法兰底座(21)中心沉孔；法兰筒体(17)内设置叶轮(19)；转动轴(18)伸出法兰端盖(16)并在端部安装内磁钢套(12)，采用螺纹连接；
叶轮(19)套在转动轴(18)上并用键槽方式连接，所述叶轮(19)下方安装锁定螺母(20)，所述锁定螺母(20)与转动轴(18)螺纹连接，所述叶轮(19)为闭式叶轮，并设置有后弯式叶片；
磁钢筒体(10)安装到法兰端盖(16)中心位置并用螺钉固定，磁钢筒体(10)上端安装磁钢上端盖(7)，磁钢上端盖(7)上方安装支撑架(2)，通过螺钉(6)连接支撑架(2)和磁钢上端盖(7)，磁钢上端盖(7)顶端安装轴承端盖(4)并用螺钉连接，支撑架(2)上端安装永磁发电机(1)，用螺栓连接永磁发电机(1)与支撑架(2)；
传动轴(8)设置在磁钢上端盖(7)中心，传动轴(8)上端台阶通过联轴器(3)与永磁发电机(1)输入轴连接，实现扭矩的传递，传动轴(8)下端台阶与磁钢上端盖(7)之间安装轴承(5)，所述轴承(5)实现轴向传动轴(8)的定位，传动轴(8)下端安装外磁钢套(9)并用销钉固定，所述销钉实现扭矩的传递；
外磁钢套(9)内周向设置磁极，内磁钢套(12)外周向设置磁极，所述外磁钢套(9)与内磁钢套(12)通过磁极实现扭矩隔空传递；外磁钢套(9)和内磁钢套(12)之间设置无磁不锈钢套(11)，所述无磁不锈钢套(11)为带底面的筒体，无磁不锈钢套(11)扣在法兰端盖(16)中间位置并用螺钉固定，所述无磁不锈钢套(11)不影响扭矩的传递，同时通过安装密封圈实现高压气体的密封，所述法兰端盖(16)沿径向方向设置注油头(27)，便于散热和延长轴承寿命。
转动轴(18)下端通过轴承安装到法兰底座(21)中心沉孔，保证转动轴(18)轴向定位，所述轴承与法兰底座(21)中心沉孔之间设置防腐蚀轴承套(22)，转动轴(18)与法兰端盖(16)中心位置的阶梯孔之间设置轴承，所述轴承通过转动轴(18)端部台阶和锁定环(15)固定在转动轴(18)上，实现轴承的定位，锁定环(15)与转动轴(18)用销钉固定；所述轴承与法兰端盖(16)之间设置轴承座(14)，轴承座(14)与法兰端盖(16)之间用螺钉固定。
进气管口a(25)、进气管口b(26)和出气管口(24)，其特征是：所述进气管口a(25)与进气管口b(26)的中心线与转动轴(18)的中心线设置偏心距，所述偏心距实现将气体动能转化为叶轮(19)旋转的动能，所述进气管口a(25)与进气管口b(26)焊接于法兰筒体(17)的中部，所述进气管口a(25)与进气管口b(26)的中心线位于同一水平面；所述出气管口(24)的中心线与转动轴(18)的中心线无偏心距，所述出气管口(24)焊接于法兰筒体(17)的下端部，便于气体的流动和杂质的清理。
本发明一种磁力驱动式天然管道发电机的工作原理是：进气管口a25、进气管口b26与出气管口24的法兰与天然气集输管线相连接。天然气在集输管线中具有一定的流速，当天然气从进气管口进入叶轮腔室，通过节流喷嘴28后，流速增加，动能增大，形成对叶轮19的后弯式叶片的冲击，当两个进口管线节流后的天然气形成对叶轮19的叶片对冲时，能够产生更大的扭矩，所述产生的扭矩驱动叶轮19旋转，叶轮19通过键驱动转动轴18转动，转动轴18带动内磁钢套12旋转，内磁钢套12通过磁极带动外磁钢套9转动，外磁钢套9通过销钉带动传动轴8转动，传动轴8通过联轴器3带动永磁发电机轴旋转，永磁发电机实现发电。
本发明一种磁力驱动式天然管道发电机的密封原理是：高压天然气流入叶轮腔室中，法兰底座21与法兰端盖16设置有密封圈23，防止高压天然气泄露，部分高压天然气会沿转动轴18与法兰端盖16的间隙进入内磁钢套12，无磁不锈钢套12设置有密封圈23防止高压气体泄露，保证了整个管道发电机的密封性能。

Claims (1)

1.一种磁力驱动式天然气管道发电机，包括永磁发电机(1)、支撑架(2)、磁钢上端盖(7)、传动轴(8)、外磁钢套(9)、磁钢筒体(10)、无磁不锈钢套(11)、内磁钢套(12)、法兰端盖(16)、法兰筒体(17)、转动轴(18)、叶轮(19)、锁定螺母(20)、法兰底座(21)、出气管口(24)、进气管口a(25)、进气管口b(26)、节流喷嘴(28)；法兰筒体(17)两端安装法兰端盖(16)和法兰底座(21)，叶轮(19)设置在法兰筒体(17)内并安装到转动轴(18)上，转动轴(18)伸出端设置内磁钢套(12)，内磁钢套(12)外安装外磁钢套(9)，外磁钢套(9)与永磁发电机(1)输入轴连接；其特征在于：
法兰筒体(17)周向焊接出气管口(24)、进气管口a(25)和进气管口b(26)，所述进气管口a(25)和进气管口b(26)内设置节流喷嘴(28)；法兰筒体(17)下端安装法兰底座(21)并用螺栓连接，法兰筒体(17)上端安装法兰端盖(16)并用螺栓连接，转动轴(18)穿过法兰端盖(16)中心位置的阶梯孔并安装到法兰底座(21)中心沉孔；法兰筒体(17)内设置叶轮(19)，所述叶轮(19)套在转动轴(18)上并用键槽方式连接，所述叶轮(19)为闭式叶轮，并设置有后弯式叶片；所述叶轮(19)下方安装锁定螺母(20)，所述锁定螺母(20)与转动轴(18)螺纹连接；转动轴(18)伸出法兰端盖(16)并在端部安装内磁钢套(12)，采用螺纹连接；
磁钢筒体(10)安装到法兰端盖(16)中心位置并用螺钉固定，磁钢筒体(10)上端安装磁钢上端盖(7)，磁钢上端盖(7)上方安装支撑架(2)，用螺栓连接支撑架(2)和磁钢上端盖(7)，支撑架(2)上端安装永磁发电机(1)；
传动轴(8)设置在磁钢上端盖(7)中心，传动轴(8)上端通过联轴器与永磁发电机(1)输入轴连接，传动轴(8)下端安装外磁钢套(9)并用销钉固定；
外磁钢套(9)内周向设置磁极，内磁钢套(12)外周向设置磁极；外磁钢套(9)和内磁钢套(12)之间设置无磁不锈钢套(11)，所述无磁不锈钢套(11)为带底面的筒体，无磁不锈钢套(11)扣在法兰端盖(16)中间位置并用螺钉固定；
转动轴(18)下端通过轴承安装到法兰底座(21)中心沉孔，所述轴承与法兰底座(21)中心沉孔之间设置防腐蚀轴承套(22)；所述转动轴(18)与法兰端盖(16)中心位置的阶梯孔之间设置轴承，所述轴承通过转动轴(18)端部台阶和锁定环(15)固定在转动轴(18)上，锁定环(15)与转动轴(18)用销钉固定；所述轴承与法兰端盖(16)之间设置轴承座(14)，轴承座(14)与法兰端盖(16)之间用螺钉固定；
进气管口a(25)与进气管口b(26)的中心线与转动轴(18)的中心线设置偏心距，所述进气管口a(25)与进气管口b(26)焊接于法兰筒体(17)的中部，所述进气管口a(25)与进气管口b(26)的中心线位于同一水平面；所述出气管口(24)的中心线与转动轴(18)的中心线无偏心距，所述出气管口(24)焊接于法兰筒体(17)的下端部。
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