CN114165293B - 一种密闭式双转子天然气管道发电装置 - Google Patents

一种密闭式双转子天然气管道发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种密闭式双转子天然气管道发电装置，密封性能好、结构简单、安全性高且通过转矩叠加提高了装置的发电效率。包括壳体系统、发电机、传动系统、能量转换系统，壳体系统包括电机壳体、连接壳，连接壳为倒T型三通结构，电机壳体固定连接在连接壳的上端并密封，发电机安装在电机壳体内；传动系统安装在连接壳内；连接壳的两侧端用于连接在天然气运输管道上，能量转换系统包括镜像对称的左侧叶轮、右侧叶轮，左侧叶轮、右侧叶轮位于连接壳的两侧端，且通过传动系统与发电机动力连接，能量转换系统用于将天然气压能转换为机械能，传动系统用于将机械能传递给发电机，发电机用于将机械能转换为电能。

Description

一种密闭式双转子天然气管道发电装置
技术领域
本发明涉及天然气管道余压发电技术领域，特别是涉及一种密闭式双转子天然气管道发电装置。
背景技术
受“双碳”目标实现影响，全球化化石能源的消费预计2035年前后将达到峰值，煤炭、石油等高碳能源的消费量将持续下降，天然气、可再生能源消费量将大幅增长，天然气是实现“双碳”目标，完成化石能源向可再生能源转型升级的纽带和桥梁，将起到至关重要的作用。
天然气经长输管道供给用户使用之前须经各地的调压站降压，达到压力标准后方可使用。目前普遍采用的降压方式为节流降压，此过程会产生较大的能量损失，此压能通常在20—70Mpa，若将此部分压力能利用起来会带来可观的经济效益。
天然气余压利用技术就是对天然气进行膨胀降压，将压能进行回收利用的技术。高压气体通过膨胀降压后，将压能转换为机械能，带动电机，产生电能，即可解决降压所产生的冰堵问题也可输出供人们使用。天然气余压利用技术进一步推动了实现“双碳”目标，完成化石能源向可再生能源转型升级的进程。因此，研究天然气余压发电技术起到了节能环保的重要作用，同时也响应了国家绿色发展的战略号召。
近年来，国内公开了部分天然气管道发电装置，如：专利号“CN201610323265.4”公布了一种磁力驱动式天然气管道电机，该装置通过磁极实现动力的隔空传递，由于磁阻过大导致无法保证发电效率；专利号“CN201220358035.9”公布一种流体管道压差发电装置，该装置能量转换部件安装在流体管道内部，使流体压能直接转换为机械能，但其所使用的磁力联轴器将会使的能量转换效率下降，并且动密封在高转速和高压条件下会造成流体泄露安全性得不到保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种密闭式双转子天然气管道发电装置，密封性能好、结构简单、安全性高且通过转矩叠加提高了装置的发电效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种密闭式双转子天然气管道发电装置，包括壳体系统、发电机、传动系统、能量转换系统，所述壳体系统包括电机壳体、连接壳，所述连接壳为倒T型三通结构，所述电机壳体固定连接在连接壳的上端并密封，所述发电机安装在所述电机壳体内；所述传动系统安装在所述连接壳内；所述连接壳的两侧端用于连接在天然气运输管道上，所述能量转换系统包括镜像对称的左侧叶轮、右侧叶轮，左侧叶轮、右侧叶轮位于连接壳的两侧端，且通过传动系统与发电机动力连接，所述能量转换系统用于将天然气压能转换为机械能，所述传动系统用于将机械能传递给发电机，所述发电机用于将机械能转换为电能。
优选地，所述传动系统包括固定在连接壳两侧端的支撑架，支撑架用于将传动系统的重力传递给天然气运输管道，支撑架上设有供天然气通过的过孔，支撑架之间固定有齿轮箱，齿轮箱两侧端分别通过轴承支撑设置有横向传动轴，齿轮箱上端通过轴承支撑设置有纵向传动轴，各横向传动轴的外侧端连接对应侧的叶轮，各横向传动轴的内侧端分别连接横向锥齿轮，所述纵向传动轴的下端连接纵向锥齿轮，各横向锥齿轮分别与纵向锥齿轮啮合传递动力，将左侧叶轮、右侧叶轮的转矩双向传递给纵向锥齿轮并达到转矩叠加的作用，所述纵向传动轴的上端通过联轴器连接所述发电机的转轴。
优选地，所述纵向锥齿轮与纵向传动轴键连接，各横向锥齿轮分别与对应侧的横向传动轴键连接。
优选地，所述齿轮箱包括从上到下依次固定连接并密封的上端盖、中间端盖、主箱体，各横向传动轴分别通过内轴承、外轴承支撑于主箱体，各横向传动轴与对应侧的支撑架之间通过唇形密封圈密封，主箱体两端分别与对应侧的支撑架密封，纵向传动轴通过上轴承、下轴承支撑于中间端盖，并通过上端盖轴向定位，纵向传动轴、上端盖之间通过唇形密封圈密封，使齿轮箱形成密闭腔体，防止天然气窜入。
优选地，所述外轴承通过支撑架、主箱体外轴承孔和轴肩进行定位，所述内轴承通过轴肩、主箱体内轴承孔和轴套进行定位；所述上轴承通过轴肩、上端盖和中间端盖上轴承孔进行定位，下轴承通过轴肩、中间端盖下轴承孔和轴套进行定位。
优选地，所述发电机螺栓固定于连接壳的上端面上设置的内螺栓孔；连接壳上端面设有内密封沟槽和外密封沟槽，内密封沟槽和外密封沟槽内分别安装有密封圈，内密封沟槽内的密封圈通过发电机下端面与连接壳压紧，防止天然气窜入电机壳体内，外密封沟槽内的密封圈通过电机壳体与连接壳压紧，防止天然气从电机壳体内泄漏至空气中。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用双叶轮同时作用发电，通过转矩叠加从而提高了装置的发电效率；
2、本发明通过联轴器实现机械传动，大大降低了传动损失从而增加了装置的发电效率；
3、本发明处于完全密闭的壳体内，提高了装置的密封性和安全性。
附图说明
图1为本发明整体装配示意图；
图2为电机壳体三维示意图；
图3为连接壳三维示意图；
图4为齿轮箱装配示意图；
图5为上端盖剖面示意图；
图6为中间端盖剖面示意图；
图7为主箱体剖面示意图；
图8为传动系统三维示意图；
图9为支撑架三维示意图；
图10为左侧叶轮三维示意图；
图11为右侧叶轮三维示意图。
附图标记
附图中，1为，1.电机；
2.壳体系统；21.电机壳体；22.连接壳；22-1.内密封沟槽；22-2.外密封沟槽；
3.传动系统；31.上端盖；32.中间端盖；32-1.上轴承孔；32-2.下轴承孔；33.主箱体；33-1.内轴承孔；33-2.外轴承孔；34.横向传动轴；35.横向锥齿轮；36.纵向传动轴；37.纵向锥齿轮；38.支撑架；
4.能量转换系统；41.左侧叶轮；42右侧叶轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。
参照图1，一种密闭式双转子天然气管道发电机1，由壳体系统2、传动系统3、能量转换系统4构成，其特征为：壳体系统2内配合安装有发电机1，发电机1下端通过联轴器连接有传动系统3，传动系统3左右两侧端分别配合安装有左侧叶轮41和右侧叶轮42。工作原理为：天然气作用于叶轮使得左侧叶轮41和右侧叶轮42在相同的速度下向相反的方向旋转，通过左、右两侧横向传动轴34将转矩双向传递给纵向锥齿轮37，从而达到转矩叠加的作用，最后利用纵向传动轴36、联轴器将机械能传入发电机1从而将机械能转化为电能。
参照图1、图2，壳体系统2用于形成密闭的工作空间并承载装置的主体重力。壳体系统2由电机壳体21、连接壳22构成。电机壳体21用于与连接壳22接触形成密闭的发电机1腔体。电机壳体21下端面设有外伸台阶，外伸台阶上设有14个均布的螺栓孔，螺栓孔用于将电机壳体21与连接壳22紧固连接。电机壳体21内部安装有发电机1，发电机1用于将叶轮产生的机械能转化为电能。发电机1下端面设有10个均布的螺栓孔，螺栓孔用于将发电机1与连接壳22紧固连接。
参照图1、图3，连接壳22呈三通状，用于承受装置的主体重力并与天然气运输管道形成螺栓紧固连接。连接壳22上端面有均布的内螺栓孔和外螺栓孔，内螺栓孔用于发电机1下端面与连接壳22形成螺栓紧固连接，外螺栓孔用于电机壳体21与连接壳22形成螺栓紧固连接。连接壳22端面上设有内密封沟槽22-1和外密封沟槽22-2，内密封沟槽22-1用于安装有密封圈，密封圈通过发电机1下端面与连接壳22压紧，从而防止天然气窜入发电机1密闭腔体内，外密封沟槽22-2用于安装密封圈，密封圈通过电机壳体21与连接壳22压紧，从而防止天然气从发电机1密闭腔体内泄漏至空气中。连接壳22顶部中心设有通孔，通孔用于安装联轴器，联轴器用于连接纵向传动轴36和发电机1转轴并传递转矩。连接壳22左右侧面均设有14个均布的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将连接壳22固定于天然气运输管道之间。连接壳22左右侧面设有环形槽和限位孔，环形槽用于安装密封圈，密封圈通过连接壳22和天然气运输管道压紧从而防止天然气泄漏至空气中；限位孔用于安装支撑架38并起到支撑定位的作用。
参照图4，齿轮箱用于形成密闭的传动系统3腔体。齿轮箱由上端盖31、中间端盖32、主箱体33构成。上端盖31与中间端盖32上端面接触形成螺栓紧固连接。中间端盖32与主箱体33上端面接触形成螺栓紧固连接。
参照图1、图5，上端盖31用于为上轴承提供轴向定位并为唇形密封圈提供支撑定位。上端盖31上侧设有外伸台阶，外伸台阶上设有10个均布的螺栓孔，螺栓孔用于上端盖31与中间端盖32形成螺栓紧固连接。上端盖31中心设有通孔，通孔用于安装唇形密封圈，唇形密封圈与纵向传动轴36接触形成动密封，从而防止天然气从通孔窜入发电机1密闭腔体内。
参照图1、图6，中间端盖32用于为上、下轴承提供支撑定位。中间端盖32上端面设有10个均布的螺栓孔，螺栓孔用于中间端盖32与上端盖31形成螺栓紧固连接。中间端盖32上端面设有环形槽，环形槽用于安装密封圈，密封圈通过上端盖31与中间端盖32压紧，从而防止天然气沿通孔窜入传动系统3密闭腔体内。中间端盖32中心设有通孔，通孔内设有上轴承孔32-1和下轴承孔32-2，上轴承孔32-1和下轴承孔32-2分别用于安装上轴承和下轴承。上轴承和下轴承均用于为纵向传动轴36提供径向支撑，上轴承通过轴肩、上端盖31和上轴承孔32-1进行定位，下轴承通过轴肩、下轴承孔32-2和轴套进行定位。中间端盖32下端面设有12个均布的螺栓孔，螺栓孔用于中间端盖32和主箱体33形成螺栓紧固连接。
参照图1、图7主箱体33用于与中间端盖32和支撑架38接触形成传动系统3密闭腔体。主箱体33的上端面设有12个均布的螺栓孔，螺栓孔用于中间端盖32和主箱体33形成螺栓紧固连接。主箱体33上端面设有环形槽，环形槽用于安装密封圈，密封圈通过中间端盖32和主箱体33压紧从而防止天然气窜入传动系统3密闭腔体内。主箱体33左侧通口内设计有内轴承孔33-1和外轴承孔33-2，内轴承孔33-1和外轴承孔33-2内分别用于安装内轴承和外轴承，内轴承和外轴承均用于为横向传动轴34提供径向支撑。外轴承通过支撑架38、主箱体33和轴肩进行定位，所述内轴承通过轴肩、主箱体33和轴套进行定位。主箱体33右侧通口内特征与左侧通口内特征呈镜像布置。
参照图1、图8，传动系统3用于将左侧叶轮41和右侧叶轮42的转矩双向传递给纵向锥齿轮37并达到转矩叠加的作用。传动系统3由横向传动轴34、横向锥齿轮35、纵向传动轴36、纵向锥齿轮37、支撑架38构成。纵向传动轴36用于将机械能传递给发电机1转轴，发电机1转轴用于将机械能传递给发电机1，发电机1用于将机械能转化为电能。纵向传动轴36下部设有键槽，键槽用于纵向传动轴36和纵向锥齿轮37形成键连接，键连接用于为纵向锥齿轮37提供周向限位，并达到传递转矩的作用。纵向锥齿轮37同时与左、右两侧横向锥齿轮35啮合从而接收左、右两侧横向锥齿轮35的转矩。左、右两侧横向锥齿轮35分别与左、右两侧横向传动轴34形成键连接，键连接用于为横向锥齿轮35提供周向定位，并达到传递转矩的作用。
参照图9，支撑架38呈轮毂状，支撑架38用于将传动系统3的重力传递给天然气运输管道。左侧支撑架38中心端面设有均布的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将左侧支撑架38固定于主箱体33左侧端面并形成螺栓紧固连接。左支撑架38中心设计有通孔，通孔用于安装有唇形密封圈，唇形密封圈用于与左侧横向传动轴34接触形成动密封，从而防止天然气窜入传动系统3密闭腔体内。右侧支撑架38所有设计特征与左侧支撑架38呈镜像布置。
图1、图10～图11，能量转换系统4用于将天然气的压能转换为机械能。能量转换系统4包括左侧叶轮41、右侧叶轮42。右侧叶轮42与右侧横向传动轴34形成键连接；左侧叶轮41与左侧横向传动轴34形成键连接，键连接用于为左侧叶轮41提供周向定位，并达到传递转矩的作用。所述左侧叶轮41与右侧叶轮42呈镜像布置。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：包括壳体系统(2)、发电机(1)、传动系统(3)、能量转换系统(4)，所述壳体系统(2)包括电机壳体(21)、连接壳(22)，所述连接壳(22)为倒T型三通结构，所述电机壳体(21)固定连接在连接壳(22)的上端并密封，所述发电机(1)安装在所述电机壳体(21)内；所述传动系统(3)安装在所述连接壳(22)内；所述连接壳(22)的两侧端用于连接在天然气运输管道上，所述能量转换系统(4)包括镜像对称的左侧叶轮(41)、右侧叶轮(42)，左侧叶轮(41)、右侧叶轮(42)位于连接壳(22)的两侧端，且通过传动系统(3)与发电机(1)动力连接，所述能量转换系统(4)用于将天然气压能转换为机械能，所述传动系统(3)用于将机械能传递给发电机(1)，所述发电机(1)用于将机械能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：所述传动系统(3)包括固定在连接壳(22)两侧端的支撑架(38)，支撑架(38)用于将传动系统(3)的重力传递给天然气运输管道，支撑架(38)上设有供天然气通过的过孔，支撑架(38)之间固定有齿轮箱，齿轮箱两侧端分别通过轴承支撑设置有横向传动轴(34)，齿轮箱上端通过轴承支撑设置有纵向传动轴(36)，各横向传动轴(34)的外侧端连接对应侧的叶轮，各横向传动轴(34)的内侧端分别连接横向锥齿轮(35)，所述纵向传动轴(36)的下端连接纵向锥齿轮(37)，各横向锥齿轮(35)分别与纵向锥齿轮(37)啮合传递动力，将左侧叶轮(41)、右侧叶轮(42)的转矩双向传递给纵向锥齿轮(37)并达到转矩叠加的作用，所述纵向传动轴(36)的上端通过联轴器连接所述发电机(1)的转轴。
3.根据权利要求2所述的一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：所述纵向锥齿轮(37)与纵向传动轴(36)键连接，各横向锥齿轮(35)分别与对应侧的横向传动轴(34)键连接。
4.根据权利要求2所述的一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：所述齿轮箱包括从上到下依次固定连接并密封的上端盖(31)、中间端盖(32)、主箱体(33)，各横向传动轴(34)分别通过内轴承、外轴承支撑于主箱体(33)，各横向传动轴(34)与对应侧的支撑架(38)之间通过唇形密封圈密封，主箱体(33)两端分别与对应侧的支撑架(38)密封，纵向传动轴(36)通过上轴承、下轴承支撑于中间端盖(32)，并通过上端盖(31)轴向定位，纵向传动轴(36)、上端盖(31)之间通过唇形密封圈密封，使齿轮箱形成密闭腔体，防止天然气窜入。
5.根据权利要求4所述的一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：所述外轴承通过支撑架(38)、主箱体(33)外轴承孔(33-2)和轴肩进行定位，所述内轴承通过轴肩、主箱体(33)内轴承孔(33-1)和轴套进行定位；所述上轴承通过轴肩、上端盖(31)和中间端盖(32)上轴承孔(32-1)进行定位，下轴承通过轴肩、中间端盖(32)下轴承孔(32-2)和轴套进行定位。
6.根据权利要求1所述的一种密闭式双转子天然气管道发电装置，其特征在于：所述发电机(1)螺栓固定于连接壳(22)的上端面上设置的内螺栓孔；连接壳(22)上端面设有内密封沟槽(22-1)和外密封沟槽(22-2)，内密封沟槽(22-1)和外密封沟槽(22-2)内分别安装有密封圈，内密封沟槽(22-1)内的密封圈通过发电机(1)下端面与连接壳(22)压紧，防止天然气窜入电机壳体(21)内，外密封沟槽(22-2)内的密封圈通过电机壳体(21)与连接壳(22)压紧，防止天然气从电机壳体(21)内泄漏至空气中。
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