CN115573847A - 一种管道流体发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体发电技术领域，尤其是涉及一种管道流体发电系统，包括流体对接管、固定外壳，流体对接管的中部呈外凹状设置，固定外壳嵌合于流体对接管的凹面内且固定连接，固定外壳内部中空设置，且设有齿轮变速箱、发电机组、蓄电池、发电转轴，齿轮变速箱、发电机组、蓄电池均固定连接于固定外壳的内壁上，齿轮变速箱、发电机组传动连接，发电转轴的一端与齿轮变速箱传动连接，另一端贯穿固定外壳延伸到流体对接管的内部，发电转轴上设有多组旋转叶片。优点在于：本发明相对于传统的引线式供电方式来说，能够有效的针对长途管线中的任意位置进行大范围的局部供电，充分的利用了管道内的流体动能，有效的节约了能源供给和铺设成本。

Description

一种管道流体发电系统

技术领域

本发明属于流体发电技术领域，尤其是涉及一种管道流体发电系统。

背景技术

面对能源紧缺、环境污染的现状，节能环保成为当今科技发展的一大主题，其中，利用天然气管道、排水管道、输油管道等各类管道流体发电，便是其中的一种，长输送管道用来输送流体介质，必然存在管道异物阻塞、出现裂纹、受腐蚀壁厚变薄等现象，因此需要各类传感器进行不间断的检测作业(壁厚监测、漏液漏气监测)。

由于供电管线冗长，因此通常采用的为就地引电的方式，在大部分野外地区还需要专门的铺设输送线路，浪费了管道内的流体动能，也不利于能源的节约和充分利用。

为此，我们提出一种管道流体发电系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可充分利用管道流体供电的的管道流体发电系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种管道流体发电系统，包括流体对接管、固定外壳，所述流体对接管的中部呈外凹状设置，固定外壳嵌合于流体对接管的凹面内且固定连接，所述固定外壳内部中空设置，且设有齿轮变速箱、发电机组、蓄电池、发电转轴，所述齿轮变速箱、发电机组、蓄电池均固定连接于固定外壳的内壁上，所述齿轮变速箱、发电机组传动连接，所述发电转轴的一端与齿轮变速箱传动连接，另一端贯穿固定外壳延伸到流体对接管的内部，所述发电转轴上设有多组旋转叶片。

在上述的管道流体发电系统中，所述流体对接管的两端出口处均设有多个法兰环，多个所述法兰环直径依次增大且相互套设，多个所述法兰环之间相互活动连接，最内层的法兰环与流体对接管的端口处固定连接。

在上述的管道流体发电系统中，所述发电转轴设置于流体对接管的水平段，且发电转轴与流体对接管之间做水密处理。

在上述的管道流体发电系统中，所述发电转轴分为基座段和主体段两段，所述基座段与发电机组传动连接，所述主体段与多组旋转叶片对接基座段和主体段之间套设，所述基座段上设有凸起，主体段上设有凹槽，所述凸起与凹槽相互嵌合，所述基座段和主体段之间设有弹簧。

在上述的管道流体发电系统中，所述主体段上同轴套设有多片减速盘，所述固定外壳的底部设有对应多片减速盘的多个减速板，多个所述减速板分别延伸至多片减速盘之间设置。

在上述的管道流体发电系统中，所述减速板呈长条状，且减速板为具有弹性的金属板材质。

在上述的管道流体发电系统中，所述主体段内部中空设置，所述主体段内固定连接有电动推杆，所述电动推杆的端头固定连接有旋进杆，旋进杆上设有多条纹路，每片所述旋转叶片与主体段均转动连接，且贯通插设有驱动条，所述驱动条插设于旋进杆上的纹路内。

在上述的管道流体发电系统中，所述主体段内部中空设置，所述主体段内固定连接有电动推杆，所述电动推杆的端头固定连接有旋进杆，旋进杆上设有多条纹路，每片所述旋转叶片与主体段均转动连接，且贯通插设有驱动条，所述驱动条插设于旋进杆上的纹路内。

在上述的管道流体发电系统中，所述流体对接管的内部设有一对拦网，一对所述拦网之间还设有一层金属网，所述金属网上固定连接有多个压力传感器，所述金属网和一对拦网之间均相互固定连接，且拦网与流体对接管内壁固定连接。

在上述的管道流体发电系统中，所述拦网设置于流体对接管的进流端边缘处。

与现有的技术相比，本管道流体发电系统的优点在于：

1、本发明通过设置的旋转叶片、发电转轴、电动推杆、旋进杆、发电机组的配合，以达到通过利用发电转轴上的旋转叶片与管道内流体的相互接触从而产生旋转动力，并将该动力通过齿轮变速箱传递到发电机组中进行发电，并将电能储备在蓄电池中供给使用，相对于传统的引线式供电方式来说，能够有效的针对长途管线中的任意位置进行大范围的局部供电，充分的利用了管道内的流体动能，有效的节约了能源供给和铺设成本，同时通过电动推杆控制旋进杆的进度来改变旋转叶片的倾角，从而更好的配合齿轮变速箱进行速度调节，更好的进行稳定速率的发电作业。

2、本发明通过设置的基座段、主体段、弹簧、减速盘、减速板的配合，以达到利用分离式的基座段、主体段来实现发电转轴的可伸缩性，从而在弹簧的帮助下控制减速盘、减速板之间的相互接触，使得旋转叶片在受力过大时通过减速盘来降低其转动速率，保护齿轮变速箱和发电机组，使其可以稳定的长效运转。

附图说明

图1是本发明提供的一种管道流体发电系统的外部结构示意图；

图2是本发明提供的一种管道流体发电系统的截面剖视图；

图3是本发明提供的一种管道流体发电系统的另一截面剖视图；

图4是本发明提供的一种管道流体发电系统的主体段内部透视图；

图5是本发明提供的一种管道流体发电系统的基座段、主体段衔接示意图；

图6是本发明提供的一种管道流体发电系统的压力传感器的安装示意图。

图中，1流体对接管、2固定外壳、3齿轮变速箱、4发电机组、5蓄电池、6发电转轴、7旋转叶片、8法兰环、9基座段、10主体段、11凸起、12凹槽、13弹簧、14减速盘、15减速板、16电动推杆、17旋进杆、18驱动条、19拦网、20金属网、21压力传感器。

具体实施方式

以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。

实施例1

面对能源紧缺、环境污染的现状，节能环保成为当今科技发展的一大主题，其中，利用天然气管道、排水管道、输油管道等各类管道流体发电，便是其中的一种，长输送管道用来输送流体介质，必然存在管道异物阻塞、出现裂纹、受腐蚀壁厚变薄等现象，因此需要各类传感器进行不间断的检测作业(壁厚监测、漏液漏气监测)。

由于供电管线冗长，因此通常采用的为就地引电的方式，在大部分野外地区还需要专门的铺设输送线路，浪费了管道内的流体动能，也不利于能源的节约和充分利用，因此如图1所示，本方案设计了一种管道流体发电系统，其中包括有流体对接管1、固定外壳2，由于对接的便捷性问题，本方案采用了嵌入式安装体系，即利用流体对接管1直接嵌入到现有的管道体系中进行固定，在原管道上进行切割，随后嵌入流体对接管1，为了进一步的缩小空间面积，提高空间冗余度，流体对接管1的中部呈外凹状设置，将固定外壳2嵌合于流体对接管1的凹面内且固定连接，固定方式为焊接即可。

如图2所示，对接现有管道的方式为：在流体对接管1的两端出口处均设有多个法兰环8，法兰环8呈环状，多个法兰环8直径依次增大且相互套设，法兰环8之间做水密处理，方式包括但不限制于填充密封条和机械压紧闭合，多个法兰环8之间可相互活动，最内层的法兰环8与流体对接管1的端口处固定连接，此方式的优势在于可以适配大部分现有的管口而不需要进行特殊化处理，在某一个法兰环8对接完毕后，其余法兰环8也需要进行对应的固定使其整体保持稳定，另外利用固定外壳2来与外部进行固定，来用作对整体的支撑作业。

如图2所示，固定外壳2内部中空设置，且设有齿轮变速箱3、发电机组4、蓄电池5、发电转轴6，齿轮变速箱3、发电机组4、蓄电池5均固定连接于固定外壳2的内壁上，齿轮变速箱3、发电机组4传动连接，发电转轴6的一端与齿轮变速箱3传动连接，另一端贯穿固定外壳2延伸到流体对接管1的内部，齿轮变速箱3的作用在于适时的调整发电转轴6传递过来的转速，随后将其输送到发电机组4上，使得发电机组4能够始终保持一个较为稳定的发电速率，降低转子转动的不稳定性，发电机组4为永磁式发电机采用开关式整流稳压方式，采用小电流脉冲充电，避免了过电流充电而对蓄电池造成损坏的可能性，可延长蓄电池的使用寿命；且永磁式电机无电刷、无集电环，在运行中无电火花产生，大大提高了安全性；

齿轮变速箱3的控制在于外部信号源，当程序输入之后齿轮变速箱3能够进行对应的转速调整，随后将对应的转速输送至发电机组4内的转子进行转动，作为中间介质排除流体对接管1内的压力变化导致过度影响发电转速，发电机组4在进行发电之后，会将电能存储到蓄电池5内，最后由蓄电池5通过电控设备统一调配到各个传感器中，安装在管道上的各种传感器以及固定外壳2内本身的电气化设备均有蓄电池5进行电能供给，蓄电池5为在充电状态小于50％时，储能效率大于95％；充电状态在75％的时候，要求蓄电池储能效率大于90％；充电状态在90％时，储能效率大于85％；

如图2、5所示，发电转轴6设置于流体对接管1的水平段，且发电转轴6与流体对接管1之间做水密处理，同时发电转轴6也处于水平状态，在发电转轴6上设有多组旋转叶片7，对于本方案来说，旋转叶片7需要按采取正对管道流向的方向安装，避免产生塔影效应，同时综合考虑功率系数、发电效率、叶片共振等因素，选用的叶片数量为3-12的奇数叶片，规避偶数叶片容易在旋转时产生共振，造成损坏，因此本方案最优设计为一组7叶的侧倾叶片，可以把风切得更小块，同时静音效果更好，有效的降低其整体在作业过程中的噪音程度；

通过利用发电转轴6上的旋转叶片7与管道内流体的相互接触从而产生旋转动力，并将该动力通过齿轮变速箱3传递到发电机组4中进行发电，并将电能储备在蓄电池5中供给使用，相对于传统的引线式供电方式来说，能够有效的针对长途管线中的任意位置进行大范围的局部供电，充分的利用了管道内的流体动能，有效的节约了能源供给和铺设成本，从而更好的配合齿轮变速箱3进行速度调节，更好的进行稳定速率的发电作业

由于齿轮变速箱3的调节效果是有限度的，在超过齿轮变速箱3的调节限度时，齿轮变速箱3则达不到对发电机组4的保护作用，因此本方案在齿轮变速箱3和发电转轴6之间设计了减速设备，将发电转轴6分为基座段9和主体段10两段，基座段9在后部，基座段9与发电机组4传动连接，主体段10在前部与多组旋转叶片7对接，基座段9和主体段10之间套设连接形成伸缩杆结构，为了保持基座段9与主体段10依然能够保持传动性能，在基座段9上设有凸起11，主体段10上设有凹槽12，凸起11与凹槽12相互嵌合从而使得主体段10转动即可带动基座段9进行转动；

为了调节受力的标准，在基座段9和主体段10之间设有弹簧13，因此主体段10在受到压力过大导致转速过快时，主体段10就会向内收缩，挤压弹簧13，同时在主体段10上同轴套设有多片减速盘14，固定外壳2的底部设有对应多片减速盘14的多个减速板15，多个减速板15分别延伸至多片减速盘14之间设置，所以在弹簧13被挤压到设定力度后，减速盘14开始与减速板15逐渐接触，从而达到降低转速的目的，更好的保护齿轮变速箱3和发电机组4，为了提高接触时的安全性，减速板15呈长条状，且减速板15为具有弹性的金属板材质，因此减速板15在受力之后会进行形变，从而柔性的与减速板15逐渐接触，相对于传统的引线式供电方式来说，能够有效的针对长途管线中的任意位置进行大范围的局部供电，充分的利用了管道内的流体动能，有效的节约了能源供给和铺设成本。

实施例2

为了进一步的优化配合齿轮变速箱3和对发电机组4的保护，版方案提供另一种组合方案，如图4所示，在实施例1中的主体段10内部为中空设置，主体段10内固定连接有电动推杆16，电动推杆16与蓄电池5电性连接，而在电动推杆16的端头固定连接有旋进杆17，旋进杆17上设有多条纹路成螺旋状，每片旋转叶片7与主体段10均转动连接，且贯通插设有驱动条18，驱动条18插设于旋进杆17上的纹路内，因此在转动时驱动条18与旋进杆17之间保持稳定的接触状态，在电动推杆16启动后移动旋进杆17的位置，使得旋转叶片7受到驱动条18的影响而发生角度偏转，偏转的角度需要根据需求而设定，在流速过大时，旋转叶片7角度调小，降低受力面积，从而降低转速，而在流速过大时，旋转叶片7角度调大，增大受力面积，从而配合提高转速进行发电作业；

同时，主体段10内的中空腔体设计成两端呈细长状，中间膨大，旋进杆17的两端与中空腔体的两端细长处相抵接触，因此中空腔体可以较好的容纳旋进杆17的同时，也不会阻碍其自由活动，旋进杆17的两端长度可以适当加长，从而更好的保持旋进杆17活动时的稳定性。

实施例3

由于流体中往往容易含有部分杂质，同时为了更好的使得本方案应用于各种工业环境，如图3、6所示，流体对接管1的内部设有一对拦网19，拦网19设置于流体对接管1的进流端边缘处，及安装在进口而非出口处用于监测的同时，保证对旋转叶片7的直接保护，在一对拦网19之间还设有一层金属网20，金属网20上固定连接有多个压力传感器21，金属网20和一对拦网19之间均相互固定连接，且拦网19与流体对接管1内壁固定连接，当有异物或者金属网20长时间使用后结垢，则金属网20的通过性会逐渐降低，此时压力传感器21接收到的金属网20的压力就会逐渐浙大，在超过阈值之后，即可帮助外部人员判断是否需要进行检修处理。

尽管本文较多地使用了流体对接管1、固定外壳2、齿轮变速箱3、发电机组4、蓄电池5、发电转轴6、旋转叶片7、法兰环8、基座段9、主体段10、凸起11、凹槽12、弹簧13、减速盘14、减速板15、电动推杆16、旋进杆17、驱动条18、拦网19、金属网20、压力传感器21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种管道流体发电系统，其特征在于，包括流体对接管(1)、固定外壳(2)，所述流体对接管(1)的中部呈外凹状设置，固定外壳(2)嵌合于流体对接管(1)的凹面内且固定连接，所述固定外壳(2)内部中空设置，且设有齿轮变速箱(3)、发电机组(4)、蓄电池(5)、发电转轴(6)，所述齿轮变速箱(3)、发电机组(4)、蓄电池(5)均固定连接于固定外壳(2)的内壁上，所述齿轮变速箱(3)、发电机组(4)传动连接，所述发电转轴(6)的一端与齿轮变速箱(3)传动连接，另一端贯穿固定外壳(2)延伸到流体对接管(1)的内部，所述发电转轴(6)上设有多组旋转叶片(7)。

2.根据权利要求1所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述流体对接管(1)的两端出口处均设有多个法兰环(8)，多个所述法兰环(8)直径依次增大且相互套设，多个所述法兰环(8)之间相互活动连接，最内层的法兰环(8)与流体对接管(1)的端口处固定连接。

3.根据权利要求1所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述发电转轴(6)设置于流体对接管(1)的水平段，且发电转轴(6)与流体对接管(1)之间做水密处理。

4.根据权利要求3所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述发电转轴(6)分为基座段(9)和主体段(10)两段，所述基座段(9)与发电机组(4)传动连接，所述主体段(10)与多组旋转叶片(7)对接基座段(9)和主体段(10)之间套设，所述基座段(9)上设有凸起(11)，主体段(10)上设有凹槽(12)，所述凸起(11)与凹槽(12)相互嵌合，所述基座段(9)和主体段(10)之间设有弹簧(13)。

5.根据权利要求4所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述主体段(10)上同轴套设有多片减速盘(14)，所述固定外壳(2)的底部设有对应多片减速盘(14)的多个减速板(15)，多个所述减速板(15)分别延伸至多片减速盘(14)之间设置。

6.根据权利要求5所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述减速板(15)呈长条状，且减速板(15)为具有弹性的金属板材质。

7.根据权利要求3所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述主体段(10)内部中空设置，所述主体段(10)内固定连接有电动推杆(16)，所述电动推杆(16)的端头固定连接有旋进杆(17)，旋进杆(17)上设有多条纹路，每片所述旋转叶片(7)与主体段(10)均转动连接，且贯通插设有驱动条(18)，所述驱动条(18)插设于旋进杆(17)上的纹路内。

8.根据权利要求7所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述主体段(10)内的中空腔体两端呈细长状，中间膨大，所述旋进杆(17)的两端与中空腔体的两端细长处相抵接触。

9.根据权利要求1所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述流体对接管(1)的内部设有一对拦网(19)，一对所述拦网(19)之间还设有一层金属网(20)，所述金属网(20)上固定连接有多个压力传感器(21)，所述金属网(20)和一对拦网(19)之间均相互固定连接，且拦网(19)与流体对接管(1)内壁固定连接。

10.根据权利要求9所述的管道流体发电系统，其特征在于，所述拦网(19)设置于流体对接管(1)的进流端边缘处。

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