CN106594524A - 一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置，其中，所述装置包括调压发电系统和检测控制系统，所述调压发电系统包括气动马达、复热器、与气动马达连接的变速箱、与变速箱连接的发电机、连接发电机电力输出端的电源；所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀、第一电磁阀、电动调节阀、第二电磁阀、第二截流阀、PLC、速度变送器、第一、二压力变送器、第一、二温度变送器。本发明不仅能实现气动马达出口的压力控制，实现准确调压，而且提高了管网发电系统对不同调压工况的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气管网压力能回收利用领域，具体涉及一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置。
背景技术
随着世界能源结构的变化，我国天然气行业蓬勃发展，燃气管网系统已经延伸到全国各地。然而，由于上游管网天然气的压力一般都比下游用户所需天然气压力高，所以管网系统都会设有调压站。在调压站中一般会采用减压阀进行降压，然而此过程会浪费大量的压力能，严重影响燃气系统的经济性；同时，国内小型调压站/柜/箱用电呈现出用电量小，所处地区偏远地区居多，用电困难的现状。而天然气压力能回收不仅解决调压站用电困难的问题，而且利用了天然气本身的压力能，提高燃气系统的经济性。
在偏远地区的小型调压站/柜/箱由于用电量小，一般选用发电较小的发电设备。而气动马达由于体积较小、扭矩及转速范围较宽、不受外部环境影响、结构简单、成本低等优势，成为小型调压站/柜/箱压力能回收系统的优选。然而，气动马达设计规范的最高运行压力为0.7MPa，而实际所需调压的天然气压力常大于0.7MPa，若直接使用气动马达进行膨胀发电，会造成出口天然气高于下游管网，从而导致管道冲击的问题；若在调压发电系统中加入电动调压器，虽然会避免管道冲击，但调压器价格高而且体积较大，影响了利用气动马达的天然气调压发电系统在小型调压站/柜/箱的应用。
有鉴于此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置，能够在进行管网压力能回收的同时实现气动马达的出口压力控制，同时适应性较强，能够应用于各种小型调压站/柜/箱及各种调压工况。
本发明的技术方案如下：
一种利用气动马达的管网压力能回收装置，其中，包括依次连接的调压发电系统和检测控制系统；
所述调压发电系统包括气动马达(6)、复热器(11)、与气动马达(6)连接的变速箱(7)、与变速箱(7)连接的发电机(9)、连接发电机(9)电力输出端的电源(10)；
所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)、第二电磁阀(14)、第二截流阀(15)、PLC(16)、设置在所述电动调节阀(3)和气动马达(6)之间的管路上的第一压力变送器(4)和第一温度变送器(5)、设置在所述复热器(11)和第二电磁阀(14)之间的管路上的第二压力变送器(12)和第二温度变送器(13)、设置在所述变速箱(7)和发电机(9)之间的速度变送器(8)；所述压力变送器(4)、(12)、温度变送器(5)、(13)、电磁阀(2)、(14)、电动调节阀(14)和速度变送器(8)均通过电路连接PLC(16)。
优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述第一电磁阀(2)和第二电磁阀(14)选用紧急切断功能电磁阀。
优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述发电机(9)选用异步发电机。
优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述电源(10)选用三相变压同步器。
优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述气动马达(6)选用改进气动马达，所述改进气动马达为气动马达(6)排气口连接调压装置；所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成，通过下游天然气推动金属膜片，控制阀杆的位置和装置的开度实现天然气的调压。
一种利用气动马达的管网压力能回收方法，基于上述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S100、高压管网的天然气通过第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)后进入气动马达(6)膨胀降压，并通过调压装置进行调压，再经复热器(11)回温后，经过第二电磁阀(14)和第二截流阀(15)进入下游低压燃气管网；
S200、高压天然气通过气动马达(6)膨胀将压力能转化为机械能，然后通过变速箱(7)将转子转速与发电机(9)频率匹配发电，用于供给1～20kW用电需求的用户使用；
S300、第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)属于联动装置，同时关闭或开启，当速度变送器(8)、压力变送器(4)、(12)和温度变送器(5)、(13)的读数在允许范围波动时，第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)均同时开启，保证整套装置正常运转；当显示读数异常时，PLC(16)发出控制指令，调节电动调节阀(3)开度，调节天然气流量；当显示读数较长时间超出允许范围时，信号反馈到PLC(16)，PLC(16)输出切断设备指令，使第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)同时关闭，将整套装置与管网脱离；
S400、气动马达(6)出口连接有调压装置，所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成；当出口压力超过所需压力时，下游天然气推动金属膜片，压缩与金属膜片相连的弹簧，带动弹簧内的阀杆运动，减少装置的开度；当出口压力低于所需压力时，弹簧推动金属膜片，并带动阀杆运动，增加装置的开度；通过装置开度的变化，实现节流膨胀，从而达到调压目的。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
1)本发明的装置利用气动马达和发电机回收了高压天然气的压力能，并将其转化为电能，在满足天然气调压的同时实现天然气压力能发电。
2)实现压力控制：普通的气动马达由于自身结构影响，其膨胀比固定，难以实现出口压力控制；本发明使用改造的气动马达，可对出口天然气进行调压，实现压力控制。
3)无电源、无能耗：本发明利用天然气压力能进行发电，并输出电力提供发电系统使用，整个系统无需其他能耗。
4)工艺简单，易控制：本发明装置主要由调压和发电两部分组成，工艺简单；装置通过PLC对各部件进行控制。
5)经济效益和社会效益好：本发明利用天然气压力能进行发电，既回收了天然气压力能，符合国家节能减排要求，也可建设在无电网的偏远地区为其供电，提高了燃气系统的经济性。
附图说明
图1为一种利用马达回收管网压力能的装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1的体积型气动马达的截面示意图。
图3为本发明实施例1的体积型气动马达的内部结构图。
图4为本发明实施例2的速度型气动马达的截面示意图。
图5为本发明实施例2的速度型气动马达的内部结构图。
图1中所示为：第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3、第一压力变送器4、第一温度变送器5、膨胀机6、变速箱7、速度变送器8、发电机9、电源10、复热器11、第二压力变送器12、第二温度变送器13、第二电磁阀14、第二截流阀15、PLC16、减压阀17；
图2、3所示为：外壳体18、调压装置外壳19、弹簧20、缓冲管21、金属膜片22、阀杆23、出气口24、进气口25、气缸26、行星活塞轮27、主轴28、环形活塞空间29、轮滚筒30、旋阀片31、旋阀片支撑芯轴32、凹槽33；
图4、5所示为：外上盖34、内上盖35、叶片36、定子37、外壳体38、进气口39、出气口40、内下盖41、转子42、主轴43、调压装置外壳44、弹簧45、金属膜片46、阀杆47、缓冲管48、中壳体49。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限定于以下实施例。
请一并参阅图1至图5，一种利用气动马达的管网压力能装置，包括调压发电系统和检测控制系统。
所述调压发电系统包括气动马达(6)、复热器(11)、与气动马达(6)连接的变速箱(7)、与变速箱(7)连接的发电机(9)、连接发电机(9)电力输出端的电源(10)；
所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)、第二电磁阀(14)、第二截流阀(15)、PLC(16)、设置在所述电动调节阀(3)和气动马达(6)之间的管路上的第一压力变送器(4)和第一温度变送器(5)、设置在所述复热器(11)和第二电磁阀(14)之间的管路上的第二压力变送器(12)和第二温度变送器(13)、设置在所述变速箱(7)和发电机(9)之间的速度变送器(8)；所述压力变送器(4)、(12)、温度变送器(5)、(13)、电磁阀(2)、(14)、电动调节阀(14)和速度变送器均通过电路连接PLC(16)。
进一步的，所述第一电磁阀(2)和第二电磁阀(14)选用紧急切断功能电磁阀。
进一步的，所述发电机(9)选用异步发电机。
进一步的，所述电源(10)选用三相变压同步器。
进一步的，所述气动马达(6)选用改进的气动马达，所述改进为气动马达(6)排气口连接调压装置；所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成，通过下游天然气推动金属膜片，控制阀杆的位置和装置的开度实现天然气的调压。
本实施例中，高压管网的天然气通过第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)后进入气动马达(6)膨胀降压，并通过调压装置进行调压，再经复热器(11)回温后，经过第二电磁阀(14)和第二截流阀(15)进入下游低压燃气管网；同时，高压天然气通过气动马达(6)膨胀将压力能转化为机械能，然后通过变速箱(7)将转子转速与发电机(9)频率匹配发电，用于供给1～20kW用电需求的用户使用。
参见图1，所述检测控制系统中，第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)属于联动装置，同时关闭或开启，当速度变送器(8)、压力变送器(4)、(12)和温度变送器(5)、(13)的读数在允许范围波动时，第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)均同时开启，保证整套装置正常运转；当显示读数异常时，PLC(16)发出控制指令，调节电动调节阀(3)开度，调节天然气流量；当显示读数较长时间超出允许范围时，信号反馈到PLC(16)，PLC(16)输出切断设备指令，使第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)同时关闭，将整套装置与管网脱离；
气动马达(6)出口连接有调压装置，所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成；当出口压力超过所需压力时，下游天然气推动金属膜片，压缩与金属膜片相连的弹簧，带动弹簧内的阀杆运动，减少装置的开度；当出口压力低于所需压力时，弹簧推动金属膜片，并带动阀杆运动，增加装置的开度；通过装置开度的变化，实现节流膨胀，从而达到调压目的。
相比于采用其它膨胀机的天然气压力能回收装置，本发明采用改造的气动马达，体积较小、功率及转速范围较宽、不受外部环境影响、结构简单、成本低。
实施例1
以某小型调压站为例，该调压站调压量为1000Nm3/h，调压前后压力分别为2MPa及0.1MPa；用电设备总功率约为10kW。实施例1选用某体积型气动马达，其设备组成参考图1，气动马达的结构简图如图2、3所示。
1)满足城市管网瞬时需求量660Nm3/h的天然气，压力2MPa、温度20℃通过第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)后进入气动马达(6)膨胀降压到0.425MPa，再经调压装置降压到0.1MPa，经复热器(11)回温到5℃后，由第二电磁阀(14)、第二截流阀(15)进入下游中压燃气管网；
2)高压天然气通过气动马达(6)膨胀将压力能转化成机械能，然后通过变速箱(7)使转速与发电机(9)频率匹配发电，可发出10.0kW的电用于供给调压站等小型用户使用。
实施例2
同样以上述调压站为例，选用某速度型气动马达，其设备组成参考图1，气动马达的结构简图如图3、4所示。
1)满足城市管网瞬时需求量720Nm3/h的天然气，压力2MPa、温度20℃通过第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)后进入气动马达(6)膨胀降压到0.425MPa，再经调压装置降压到0.1MPa，经复热器(11)回温到5℃后，由第二电磁阀(14)、第二截流阀(15)进入下游中压燃气管网；
2)高压天然气通过气动马达(6)膨胀将压力能转化成机械能，然后通过变速箱(7)使转速与发电机(9)频率匹配发电，可发出10.0kW的电用于供给调压站等小型用户使用。
本发明的上述实施例仅为清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于，包括依次连接的调压发电系统和检测控制系统；
所述调压发电系统包括气动马达(6)、复热器(11)、与气动马达(6)连接的变速箱(7)、与变速箱(7)连接的发电机(9)、连接发电机(9)电力输出端的电源(10)；
所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)、第二电磁阀(14)、第二截流阀(15)、PLC(16)、设置在所述电动调节阀(3)和气动马达(6)之间的管路上的第一压力变送器(4)和第一温度变送器(5)、设置在所述复热器(11)和第二电磁阀(14)之间的管路上的第二压力变送器(12)和第二温度变送器(13)、设置在所述变速箱(7)和发电机(9)之间的速度变送器(8)；所述压力变送器(4)、(12)、温度变送器(5)、(13)、电磁阀(2)、(14)、电动调节阀(14)和速度变送器(8)均通过电路连接PLC(16)。
2.根据权利要求1所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于：所述第一电磁阀(2)和第二电磁阀(14)选用紧急切断功能电磁阀。
3.根据权利要求1所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于：所述发电机(9)选用异步发电机。
4.根据权利要求1所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于：所述电源(10)选用三相变压同步器。
5.根据权利要求1所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于：所述气动马达(6)选用改进气动马达，所述改进气动马达为气动马达(6)排气口连接调压装置；所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成，通过下游天然气推动金属膜片，控制阀杆的位置和装置的开度实现天然气的调压。
6.一种利用气动马达的管网压力能回收方法，基于权利要求1所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S100、高压管网的天然气通过第一截流阀(1)、第一电磁阀(2)、电动调节阀(3)后进入气动马达(6)膨胀降压，并通过调压装置进行调压，再经复热器(11)回温后，经过第二电磁阀(14)和第二截流阀(15)进入下游低压燃气管网；
S200、高压天然气通过气动马达(6)膨胀将压力能转化为机械能，然后通过变速箱(7)将转子转速与发电机(9)频率匹配发电，用于供给1～20kW用电需求的用户使用；
S300、第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)属于联动装置，同时关闭或开启，当速度变送器(8)、压力变送器(4)、(12)和温度变送器(5)、(13)的读数在允许范围波动时，第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)均同时开启，保证整套装置正常运转；当显示读数异常时，PLC(16)发出控制指令，调节电动调节阀(3)开度，调节天然气流量；当显示读数较长时间超出允许范围时，信号反馈到PLC(16)，PLC(16)输出切断设备指令，使第一电磁阀(2)与第二电磁阀(14)同时关闭，将整套装置与管网脱离；
S400、气动马达(6)出口连接有调压装置，所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成；当出口压力超过所需压力时，下游天然气推动金属膜片，压缩与金属膜片相连的弹簧，带动弹簧内的阀杆运动，减少装置的开度；当出口压力低于所需压力时，弹簧推动金属膜片，并带动阀杆运动，增加装置的开度；通过装置开度的变化，实现节流膨胀，从而达到调压目的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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