一種燃氣管道內置的流量過載自動調節發電裝置的制作方法

本實用新型屬于天然氣壓力能利用領域，涉及一種燃氣管道內置的帶流量過載自動調節的發電裝置。

背景技術：

目前在燃氣管網管理過程中，不能及時對事故進行很好的預警，在應對燃氣管道大面積泄漏、爆炸等危機事故面前，管理調度手段蒼白無力。完整的燃氣管網監控系統對于燃氣運營的正常進行非常重要。一個自動化程度高，功能完善的監控系統可以極大地提高工作效率，保證燃氣運營安全、可靠的運行。

要實現全網監控，需要在一定間隔范圍內設置監控儀表，而監控儀表需要電力維持運行。由于監控點多且很多位于偏遠地區，為儀表特地牽拉一根電線成本太高，且審批復雜，故急需找到一種能就地給儀表提供電能的方法。

天然氣管網的壓力遠高于用戶所需要的壓力，蘊藏有巨大的壓力能，利用壓力能就地發電供儀表使用是一種切實可行的方案。傳統的壓力能利用裝置占地面積太大且需要工作人員操作，不普遍適用于為儀表供電。因此，開發一種結構簡單的管道內置防爆發電機具有現實可行意義，能在低成本的條件下滿足類儀表功能需求，并能靈活的運輸安裝在各種已有燃氣管網的地方。

中國實用新型專利申請CN 101280723A針對高壓天然氣分輸站、城市門站等降壓過程中造成巨大能量損失的問題，公開了一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法及裝置。該實用新型選用渦流管完成天然氣降壓調壓過程，用低溫天然氣流冷卻壓氣機的進氣，使進氣質量流量增大，因而可大大提高燃氣輪機的經濟性，使壓力能得到了有效的利用，但該專利未利用壓力能進行發電。中國實用新型專利申請CN 101245956A將天然氣壓力能用于膨脹發電、液化天然氣自身重質組分（比如C₂，C₃等）以及將壓力能轉換成冷能作進一步應用。該實用新型以較低的運行成本將壓力能轉換成冷能，通過冷媒供調壓站周邊的冷庫、冷水空調、廢舊橡膠深冷粉碎等冷量用戶使用，或制成冰塊、干冰產品外運銷售等，從而取得巨大經濟效益，提高能源利用效率。但該實用新型未涉及發電，且因該實用新型所提方法較為理論化，工業實際應用受限較大。中國實用新型專利申請CN 101852529 A公開了一種利用天然氣管網壓力能制冷用于冷庫和冷水空調工藝的高效利用方法，但同樣該技術未涉及壓力能發電過程。上述這些專利技術都是通過特定設備有效回收天然氣管網壓力能的技術方法，且發電時要求天然氣壓力降和流量相對穩定，制冷時一般要求制冷溫度較低，故而存在一定的局限性。中國實用新型專利申請CN203430574U公開了一種利用小型天然氣管網壓力能發電的裝置，但該專利主要針對調壓站、計量站等這些可間斷、封閉性、小功率（1-5KW）的小型用戶。因此，不論是從發電功率，占地面積和設備、運行成本來考慮，該專利都不適合用于管網儀表發電，特別是偏遠地區管網儀表發電。

上述現有專利均未涉及針對儀表功率發電的小型天然氣管網發電，而目前管網儀表因其各種特殊地理位置和很小的用電需求，搭建電網或現有的壓力能利用裝置，經濟性和靈活性都太差。中國實用新型專利申請CN105065066A公開了一種管道到內置的發電裝置，但該裝置并未考慮到燃氣流量的波動問題。下游用氣量的波動導致管道內天然氣流量的波動，劇烈的流量波動會對管道內置發電裝置的葉輪和發電機造成損壞。一旦損壞，就需要切斷相應上游管段重新更換，這不但費時費力，還放散大量的天然氣造成浪費。因此，用于管網儀表供電的管道內置發電裝置不僅要結構簡單成本低廉，能靈活的運輸安裝在各種已有燃氣管網的地方，還應具備相應的流量過載調節功能，保證管道內置發電裝置的長期穩定運行。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于，針對智能化管網建設所需的儀表的供能問題，提供了一種利用燃氣管網壓力能發電，就地供能儀表的結構簡單，占地面積小，一次啟動后無需人員操作，自帶流量過載調節功能的燃氣管道內置發電裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種燃氣管道內置的流量過載自動調節發電裝置，包括：燃氣管道發電裝置、連接設置于所述燃氣管道發電裝置進氣端的流量過載調節裝置，所述流量過載調節裝置包括流量過載調節裝置接管式外殼設置于所述流量過載調節裝置接管式外殼兩端的法蘭、設置在所述流量過載調節裝置接管式外殼內的流量過載調節部件。

進一步地，所述的流量過載調節部件包括：基座板、固定連接基座板與流量過載調節裝置接管式外殼內壁的流量過載調節裝置固定鐵條、通過轉軸自由轉動地連接所述基座板的若干金屬調節片、焊接設置在所述基座板中心的套桿、套設在所述套桿上的連接環，所述連接環上連接有與金屬調節片的數量相一致的彈簧，每根所述彈簧一端連接在連接環上，另一端連接在相應的金屬調節片上。

進一步地，所述的若干金屬調節片整體呈傘狀，在閉合狀態下各金屬調節片與套桿呈20⁰～45⁰的夾角。

進一步地，所述的金屬調節片的數量為2～7片，各金屬調節片沿旋轉方向均勻分布。

進一步地，所述燃氣管道發電裝置包括發電裝置接管式外殼、設置在所述發電裝置接管式外殼兩端的法蘭、設置在所述發電裝置接管式外殼內的防爆發電部件、設置在所述發電裝置接管式外殼外壁上的具有防爆和密封功能的導線接線接口。

進一步地，所述的防爆發電部件包括通過發電機套筒固定鐵條固定在所述發電裝置接管式外殼內壁上的發電機金屬套筒、通過螺栓固定設置在發電機金屬套筒內的防爆發電機、連接設置在所述防爆發電機轉軸上的葉輪。

進一步地，所述的導線接線接口包括設有內螺紋的中空螺紋柱、通過外螺紋固定連接在所述螺紋柱上的高壓密封接線柱，所述高壓密封接線柱的輸入端通過內導線連接所述防爆發電機的電力輸出端，輸出端通過外導線連接穩壓器。

進一步地，所述葉輪4的進氣面距離所述發電裝置接管式外殼進氣端法蘭的接口端面0～10mm；流量過載調節裝置安裝固定后，流量過載調節部件前端距離所述流量過載調節裝置接管式外殼進氣端法蘭的接口端面0～10mm。

進一步地，當發電裝置接管式外殼內的天然氣壓力大于等于0.4MPa時，葉輪為9～13片葉片的高壓管道葉輪；當發電裝置接管式外殼內的天然氣壓力低于0.4MPa時，葉輪為5～8片葉片的低壓管道葉輪。

進一步地，所述葉輪的葉片為平底弧形，葉片沿輪轂均勻排列，同時所述葉輪的葉片進口葉片角為35^O～45°，出口葉片角為-5^O～-15°，葉片在葉根處不重疊。

相比現有技術，本實用新型自帶流量過載自動調節功能，流量增大時流量過載調節裝置的金屬調節片開度增大，使氣體流動過程中阻力增大，從而避免流量劇烈波動造成葉輪和防爆發電機的損壞。當流量通過燃氣流過葉輪時的壓力帶動葉輪旋轉，葉輪與防爆發電機轉軸相連，帶動轉軸旋轉發電，導線連接穩壓裝置，將不同流速下發出的電壓穩定在設置范圍內，從而實現了壓力能到電能的轉化，結構簡單，安裝方便，占地少，能在低成本且長期穩定的條件下滿足類儀表功能需求，并能靈活的運輸安裝在各種已有燃氣管網的地方。

附圖說明

圖1為燃氣管道發電裝置的總體結構示意圖。

圖2為圖1中A向視圖。

圖3為流量過載調節裝置的總體結構示意圖。

圖4為圖3中B向視圖。

圖5為本實用新型實施例二的變徑接管結構示意圖。

圖中所示為：1-發電裝置接管式外殼；2-第一法蘭；3-第二法蘭；4-葉輪；5-發電機金屬套筒；6-螺栓；7-螺紋柱；8-防爆發電機；9-內導線；10-高壓密封接線柱；11-第三法蘭；12-變徑管；13-第四法蘭；14-外導線；15-穩壓器；16-流量過載調節裝置接管式外殼；17-連接環；18-第五法蘭；19-第六法蘭；20-金屬調節片；21-流量過載調節裝置固定鐵條；22-套桿；23-基座板；24-彈簧；25-發電機套筒固定鐵條。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。

在本實用新型的一個實施例中，如圖1至圖4所示，一種燃氣管道內置的流量過載自動調節發電裝置，包括：

燃氣管道發電裝置、連接設置于所述燃氣管道發電裝置進氣端的流量過載調節裝置，所述流量過載調節裝置包括流量過載調節裝置接管式外殼16、設置于所述流量過載調節裝置接管式外殼16兩端的第五法蘭18和第六法蘭19、設置在所述流量過載調節裝置接管式外殼16內的流量過載調節部件。

具體而言，所述的流量過載調節部件包括：基座板23、固定連接基座板23與流量過載調節裝置接管式外殼16內壁的流量過載調節裝置固定鐵條21、通過轉軸自由轉動地連接所述基座板23的若干金屬調節片20、焊接設置在所述基座板23中心的套桿22、套設在所述套桿22上的連接環17，所述連接環17上連接有與金屬調節片20的數量相一致的彈簧24，本實施例為3根，每根所述彈簧24一端連接在連接環17上，另一端連接在相應的金屬調節片20上。

具體而言，所述的若干金屬調節片20整體呈傘狀，各金屬調節片20的外邊緣呈圓弧形，金屬調節片20的設計比例根據所需數量決定，數量為2～7片，各金屬調節片20沿旋轉方向均勻分布，本實施例中為3片，在閉合狀態下各金屬調節片20與套桿22呈20⁰～45⁰的夾角。

金屬調節片20可自由轉動，基座板23為正多邊形，其邊的數量與金屬調節片20的數量一致，基座板23焊接在流量過載調節裝置接管式外殼16內壁上的流量過載調節裝置固定鐵條21上。

當燃氣管道內的流量增大時，流量過載調節裝置的金屬調節片20開度增大，即各金屬調節片20與套桿22的夾角增大，減少燃氣管道內的燃氣流經截面，使氣體流動過程中阻力增大，從而避免流量劇烈波動造成葉輪4和防爆發電機8的損壞，當流量恢復至正常時，各金屬調節片20在彈簧24的作用下，開度減少，即各金屬調節片20與套桿22的夾角變小，增大燃氣管道內的燃氣流經截面，保證燃氣以合適的流量順利流過葉輪4和防爆發電機8。

所述的流量過載調節部件安裝后，流量過載調節部件前端距離所述流量過載調節裝置接管式外殼16進氣端法蘭的接口端面0～10mm。

具體而言，所述燃氣管道發電裝置包括發電裝置接管式外殼1、設置在所述發電裝置接管式外殼1兩端的第一法蘭2和第二法蘭3、設置在所述發電裝置接管式外殼1內的防爆發電部件、設置在所述發電裝置接管式外殼1外壁上的具有防爆和密封功能的導線接線接口，其中第二法蘭3與第五法蘭18相連，第六法蘭19與來氣端燃氣管道法蘭相連，第一法蘭2與下游端燃氣管道的法蘭相連。

具體而言，所述的防爆發電部件包括通過發電機套筒固定鐵條25固定在所述發電裝置接管式外殼1內壁上的發電機金屬套筒5、通過螺栓6固定設置在發電機金屬套筒5內的防爆發電機8、連接設置在所述防爆發電機8轉軸上的葉輪4。

所述的導線接線接口包括設有內螺紋的中空螺紋柱7、通過外螺紋固定連接在所述螺紋柱7上的高壓密封接線柱10，所述高壓密封接線柱10的輸入端通過內導線9連接所述防爆發電機8的電力輸出端，輸出端通過外導線14連接穩壓器15。所述中空螺紋柱7設置在發電裝置接管式外殼1上，中空螺紋柱7帶內螺紋的，高壓密封接線柱10輸入端帶有外螺紋，二者通過螺紋連接。所述高壓密封接線柱10輸入端的金屬接口與防爆發電機8電力輸出端之間連接有內導線9，所述高壓密封接線柱10輸出端的金屬接口通過外導線14連接穩壓器15。

所述發電機金屬套筒5兩側對稱設置有兩個焊接在發電裝置接管式外殼1內壁上的發電機套筒固定鐵條25，所述的發電機套筒固定鐵條25上設置有限制防爆發電機8軸向位置的螺紋孔，所述發電機金屬套筒5上還設置有旋入螺栓6的螺紋孔，通過旋入螺栓6的深度來調節發電機金屬套筒5空間大小，從而限制和固定防爆發電機8的徑向位置。當葉輪4與防爆電機8安裝固定后，葉輪4的進氣面距離第二法蘭3的接口端面0～10mm。

所述葉輪4通過內螺紋與防爆電機8轉軸的外螺紋相連接，所述葉輪4的內螺紋的旋向與葉輪4工作時的旋轉方向同向，這樣避免了葉輪在工作過程中松動。流經的燃氣氣流靠作用在葉輪4上的壓力使葉輪4發生轉動，壓力能轉化為機械能，葉輪4帶動防爆發電機8轉軸轉動，將機械能轉化為電能；當流經葉輪4的燃氣流速慢時，葉輪4轉速慢，防爆發電機8發電電壓低；當流經葉輪4的燃氣流速快時，葉輪4轉速快，防爆發電機8發電電壓高，通過穩壓器15將發電電壓穩定在設定范圍內，供監控儀表使用。

具體而言，當發電裝置接管式外殼1內的天然氣壓力大于等于0.4MPa時，葉輪4為9～13片葉片的高壓管道葉輪；當發電裝置接管式外殼1內的天然氣壓力低于0.4MPa時，葉輪4為5～8片葉片的低壓管道葉輪。

具體而言，所述葉輪4的葉片為平底弧形，葉片沿輪轂均勻排列，同時所述葉輪4的葉片進口葉片角為35^O～45°，出口葉片角為-5^O～-15°，葉片在葉根處不重疊。

在本實用新型的另一個實施例中，如圖5所示，所述發電裝置接管式外殼1與流量過載調節裝置接管式外殼16通過第二法蘭3與第五法蘭18相連，連接好的接管式外殼兩端與天然氣管道之間各連接有一個變徑接管，所述變徑接管均包括變徑管12、分別設置在所述變徑管12大端的第三法蘭11和和小端的第四法蘭13，安裝時，一個變徑接管的第四法蘭13與來氣端燃氣管道法蘭相連，第三法蘭11與流量過載調節裝置接管式外殼16的第六法蘭19相連接，另一個變徑接管的第三法蘭11與發電裝置接管式外殼1的第一法蘭2相連接，第四法蘭13與下游端燃氣管道法蘭相連。當接管式外殼的直徑與燃氣管道直徑相差太大時，在兩者之間設置變徑管，接口之間都用法蘭連接，這樣方便了裝置的安裝，同時體積小，占地面積小，方便了裝置的運輸。

相對于現有技術，本實用新型的優點在于：

（1）本實用新型裝置成管段狀，可直接安裝在現有管道上（置換原有管段），占地面積小，運輸安裝靈活。

（2）本實用新型一次啟動后無需人員操作，可用于偏遠地區，運行成本低。

（3）本實用新型裝置結構簡單，設備少，易加工，投資成本低。

（4）本實用新型自帶流量過載自動調節功能，可通過所需限制的流量選擇彈簧的勁度系數，保證了裝置的長期穩定運行。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。