CN204402581U - 减压膨胀透平发电机组 - Google Patents

Abstract

一种减压膨胀透平发电机组，包括外壳以及容置在外壳内的透平。外壳包括管道气入口以及管道气出口。发电机组包括与透平驱动连接的发电机，发电机容置在外壳内。也可以在透平上游设置阀芯，阀芯外表面与外壳内表面定义输入管道气通道，而阀芯可相对于透平在透平的轴向上移动以改变所述输入管道气通道的横截面积。

Description

减压膨胀透平发电机组

技术领域

本发明涉及一种利用流体发电的发电机组，特别是利用管道气发电的减压膨胀透平发电机组。

背景技术

在现有技术中，有利用管道气推动透平继而带动发电机发电的技术。在这种现有的装置中，透平设置在封闭壳体内，这个封闭壳体的入口和出口与上游管道和下游管道连接。发电机设置在壳体外部，透过转轴与透平连接进行发电。由于管道内与管道外的巨大压力差，因此在封闭壳体与转轴连接处，有管道气泄漏的风险。

发明内容

有鉴于此，本文提出一种可解决上述管道气泄漏问题的减压膨胀透平发电机组。

本文提出的减压膨胀透平发电机组，包括外壳以及容置在所述外壳内的透平。所述外壳包括用以与上游管道连接的管道气入口以及用以与下游管道连接的管道气出口。所述发电机组还包括与所述透平驱动连接的发电机，所述发电机容置在所述外壳内。

在一实施例中，所述发电机组还包括容置在所述外壳内的阀芯，所述阀芯用以根据所述透平下游的管道气的压力调节进入所述透平的管道气的流量。

在一实施例中，所述外壳包括外壳主体以及可拆卸地安装至所述外壳主体的管道气入口部，所述管道气入口部一端设置所述管道气入口，另一端为连接至所述外壳主体的管道气入口部连接端，所述管道气入口的直径小于所述管道 气入口部连接端的直径。

在一实施例中，所述发电机组还包括容置在所述外壳内并正对所述管道气入口的阀芯，所述阀芯用以根据所述透平下游的管道气的压力调节进入所述透平的管道气的流量，所述阀芯可在轴向上朝向或远离所述管道气入口移动。

在一实施例中，所述阀芯包括锥状头部和圆柱形连接部，所述锥状头部的外表面与所述管道气入口部的内表面之间形成输入管道气通道，所述圆柱形连接部与一腔体滑动连接。

在一实施例中，所述锥状头部外表面和所述管道气入口部内表面为流线型表面。

在一实施例中，所述腔体为一位于所述外壳内的内壳体，所述发电机安装在所述内壳体内。

在一实施例中，所述外壳内设置一内壳体，所述发电机安装在所述内壳体内，所述内壳体外表面与所述外壳内表面之间形成流道，所述流道截面积与所述输入管道气通道截面积相等，所述阀芯设置在所述内壳体靠近所述管道气入口的一端，所述透平设置在所述内壳体靠近所述管道气出口的一端。

在一实施例中，所述外壳内设置一内壳体，所述内壳体与所述外壳之间在径向上隔开，所述发电机包括定子以及可相对于所述定子转动的转子，所述定子安装在所述内壳体的内表面，所述转子固定在一转轴上，所述转轴可转动地安装在所述内壳体内。

在一实施例中，所述透平包括一级或多级透平，每一级透平包括导向器和动叶，所述导向器固定至所述外壳，所述动叶固定至所述转轴以可绕一旋转轴旋转。

综上所述，本发明提供了一种减压膨胀透平发电机组，其主要运动部件都设置在外壳内部，因此管道气泄漏的问题得以解决。而且，在施工现场，只需要将外壳的管道气入口和管道气出口与上下游管道连接即可，因此本发明采用模块化安装，施工容易。阀芯的移动不仅可以调节输入管道气的流量，而且也 可以实现管道的开关功能。同时，根据透平上游和下游的压力差和温度差以及发出的电量可计算管道气的流量，因此可以作为流量计。因此，本发明的发电机组实现了管道气调压、开关、计量的多重功能。而且还可以利用管道气对发电机进行散热，从另一个角度看，发电机可以对管道气进行加温，这在某些低温地区，对管道气的传输是很有利的。

附图说明

图1是减压膨胀透平发电机组的一个实施例的简化示意图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

图1是减压膨胀透平发电机组的一个实施例的简化示意图。该发电机组10包括外壳12、透平14、发电机16。发电机16和透平14都设置在外壳12内，且发电机16与透平14驱动连接。这样，进入外壳12的管道气(例如液化气，天然气等)推动透平14旋转，继而驱动发电机16进行发电。由于发电机16位于外壳12内的管道气中，因此可以利用管道气对发电机16进行散热。在管道气传输过程中，温度也是一个需要维持在预定范围内的参数。在一些低温环境下，经常需要对传输中的管道气进行加温。发电机16的热量刚好可以用以对管道气进行加温或者为管道气加热至预定温度提供部分热量。

外壳12具有管道气入口18和管道气出口20。管道气入口18与上游管道连接以接收上游来气。管道气出口20与下游管道连接以向下游输出膨胀后的管 道气。

在本实施例中，外壳12包括基本呈圆柱形的外壳主体22以及与外壳主体22连接的管道气入口部24。管道气入口部24的一端26(下称管道气入口部连接端26)连接至外壳主体22，而远离外壳主体22的另一端设置上述管道气入口18。管道气入口部连接端26可以可拆卸地方式，例如法兰安装至外壳主体22。管道气入口18的直径小于管道气入口部连接端26的直径。优选的是，管道气入口部24具有呈流线型曲面的内表面28。

在所示的实施例中，透平14设有两级，一级透平包括第一级导向器30和第一级动叶32，二级透平包括第二级导向器34和第二级动叶36。其中，第一级导向器30和第二级导向器34与外壳12(例如，外壳主体22)固定，例如第一级导向器30和第二级导向器34的外圈焊接或以其它方式固定至外壳主体22的内圆表面。第一级动叶32和第二级动叶36固定在一转轴38上以在管道气的推动作用下绕一旋转轴转动。

在其它实施例中，根据实际需要，透平14可以仅设置一级或多于两级。

发电机16包括可相对转动的转子40和定子42。在所示的实施例中，转子40固定在转轴38上以随转轴38转动。定子42固定在一壳体44内侧。该壳体44位于外壳12内，因此称为内壳体44。转轴38可转动地固定在内壳体44内，定子42固定在内壳体44的内表面。从管道气流向看，透平14设置在发电机16下游。

外壳12内表面与内壳体44外表面之间形成流道46，管道气经由此流道46，在对应的导向器30，34的导向作用下，推动对应的动叶32，36旋转，从而带动转轴38转动，转动的转轴38继而带动转子40相对于定子42旋转，发出电力。发出的电力可通过电线等导电结构输出至外壳12之外。内壳体44可设有孔或孔隙以让管道气可进入内壳体44内，这样可以对安装在期内的发电机部件，例如定子绕组进行散热。

内壳体44在轴向上的至少两个位置相对于外壳12定位。在靠近管道气入 口18的一端，外壳12和内壳体44之间设置支撑架48。在靠近管道气出口20的一端，内壳体44被第一级导向器30和/或第二级导向器34支撑。

上述发电机组可以使用在管道气门站(如城市门站)中。在这里，上游来气的压力将被降低。本发明是利用管道气在经过透平膨胀之后降低压力的。为了满足管道传输的管道气压力要求，经透平膨胀降压的管道气的压力需要维持在预定值。根据输气站在整个管道传输中的不同位置，在此所述的预定值是不同的。例如，管道气压力可以从10Mpa降压至4MPa、从4MPa降压至2.5MPa或从2.5MPa降压至1.6MPa，并可在一定范围内浮动。应当理解的是，在一些输气站，经过调压的管道气压力可以维持在其它预定值或预定范围。

在有些情况下，下游用气量是不断变化的，因此会造成经透平膨胀降压的管道气的压力波动。为了维持其压力，如图1所示，可在透平14上游设置一个阀芯50，该阀芯50用以根据透平14下游的管道气的压力调节进入透平14的管道气的流量，以此维持调压后的管道气压力在预定值或预定范围内。

阀芯50也设置在外壳12内，位于内壳体44靠近管道气入口18的这一端。阀芯50外表面与外壳12内表面28定义输入管道气通道52。为了形成均匀的管道气通道52，阀芯50外表面也形成流线型表面，使阀芯50在与进气方向相反的方向上呈渐缩的锥状。在一些实施例中，该输入管道气通道52的截面积与流道46的截面积实质上相同。在一些实施例中，上游管道、输入管道气通道52和流道46的截面积实质上相同。保持相同截面积，可以尽量防止管道气在进入透平前发生膨胀，从而提高发电机的发电效率。

在本实施例中，阀芯50可根据透平14下游的管道气压力相对于透平14移动以改变输入管道气通道52的横截面积从而改变输入的管道气流量，以此调节透平14下游的管道气压力。阀芯36的移动可以采用多种方式来实现。在所示的例子中，阀芯50采用可伸缩设计，包括锥状头部54和与锥状头部54连接的圆柱形滑动连接部56。该圆柱形滑动连接部56可与一腔体滑动连接，使锥状头部54靠近或远离管道气入口18，从而减小或增加管道气流量。在所示的 实施例中，该腔体是内壳体44或者说为内壳体44的一部分。如果锥状头部54进一步向管道气入口18移动，则可以完全堵住管道气入口18，这将使本发明具有管道气开关功能。

透平14上游和下游可分别设置压力传感器58、60以检测透平14上游和下游的管道气压力，并根据该检测的压力以电动方式驱动阀芯50进行上述用以调节流量的移动。

阀芯50的活动也可以根据下游的压力采用杠杠式机械驱动。

透平14上游和下游还可分别设有温度传感器62、64以检测透平14上游和下游的管道气温度。根据透平14上游和下游的压力差和温度差以及发出的电量可计算管道气的流量，因此本发明可以作为流量计。

在本实施例中，发电机组10的主要运动部件都安装在外壳12内部，因此管道气泄漏的问题得以解决。而且，施工时只需要将外壳12的管道气入口部18和管道气出口部20与上下游管道连接即可，因此本发明采用模块化安装，施工容易。

阀芯50的移动不仅可以调节输入管道气的流量，而且也可以实现管道的开关功能。同时，根据透平上游和下游的压力差和温度差以及发出的电量可计算管道气的流量，因此可以作为流量计。因此，本发明的发电机组实现了管道气调压、开关、计量的多重功能。而且还可以利用管道气对发电机进行散热，从另一个角度看，发电机可以对管道气进行加温，这在某些低温地区，对管道气的传输是很有利的。

综上所述，本发明提供了一种减压膨胀透平发电机组，其主要运动部件都设置在外壳内部，因此管道气泄漏的问题得以解决。而且，在施工现场，只需要将外壳的管道气入口和管道气出口与上下游管道连接即可，因此本发明采用模块化安装，施工容易。阀芯的移动不仅可以调节输入管道气的流量，而且也可以实现管道的开关功能。同时，根据透平上游和下游的压力差和温度差以及发出的电量可计算管道气的流量，因此可以作为流量计。因此，本发明的发电 机组实现了管道气调压、开关、计量的多重功能。而且还可以利用管道气对发电机进行散热，从另一个角度看，发电机可以对管道气进行加温，这在某些低温地区，对管道气的传输是很有利的。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种减压膨胀透平发电机组，包括外壳以及容置在所述外壳内的透平，所述外壳包括管道气入口以及管道气出口，其特征在于，所述发电机组还包括与所述透平驱动连接的发电机，所述发电机容置在所述外壳内。

2.如权利要求1所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述发电机组还包括容置在所述外壳内的阀芯，所述阀芯用以根据所述透平下游的管道气的压力调节进入所述透平的管道气的流量。

3.如权利要求1所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述外壳包括外壳主体以及可拆卸地安装至所述外壳主体的管道气入口部，所述管道气入口部一端设置所述管道气入口，另一端为连接至所述外壳主体的管道气入口部连接端，所述管道气入口的直径小于所述管道气入口部连接端的直径。

4.如权利要求3所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述发电机组还包括容置在所述外壳内并正对所述管道气入口的阀芯，所述阀芯用以根据所述透平下游的管道气的压力调节进入所述透平的管道气的流量，所述阀芯可在轴向上朝向或远离所述管道气入口移动。

5.如权利要求4所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述阀芯包括锥状头部和圆柱形连接部，所述锥状头部的外表面与所述管道气入口部的内表面之间形成输入管道气通道，所述圆柱形连接部与一腔体滑动连接。

6.如权利要求5所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述锥状头部外表面和所述管道气入口部内表面为流线型表面。

7.如权利要求5所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述腔体为一位于所述外壳内的内壳体，所述发电机安装在所述内壳体内。

8.如权利要求5所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述外壳内设置一内壳体，所述发电机安装在所述内壳体内，所述内壳体外表面与所述外壳内表面之间形成流道，所述流道截面积与所述输入管道气通道截面积相等，所述阀芯设置在所述内壳体靠近所述管道气入口的一端，所述透平设置在所述内壳体靠近所述管道气出口的一端。

9.如权利要求5所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述外壳内设置一内壳体，所述内壳体与所述外壳之间在径向上隔开，所述发电机包括定子以及可相对于所述定子转动的转子，所述定子安装在所述内壳体的内表面，所述转子固定在一转轴上，所述转轴可转动地安装在所述内壳体内。

10.如权利要求9所述的减压膨胀透平发电机组，其特征在于，所述透平包括一级或多级透平，每一级透平包括导向器和动叶，所述导向器固定至所述外壳，所述动叶固定至所述转轴以可绕一旋转轴旋转。