天然氣門站降壓梯級發電系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種天然氣門站降壓梯級發電系統。本實用新型包括高壓天然氣輸送主管道和低壓用氣輸出管道，高壓天然氣輸送主管道和低壓用氣輸出管道之間設有渦旋膨脹機組，渦旋膨脹機組的輸入端連接高壓天然氣輸送主管道、輸出端連接低壓用氣輸出管道，渦旋膨脹機組包括串聯設置的多臺渦旋膨脹發電機，低壓用氣輸出管道在渦旋膨脹機組的輸出端設有壓力檢測裝置，壓力檢測裝置、渦旋膨脹機組均電氣連接于控制系統。本實用新型利用高壓天然氣輸送主管道的壓力能驅動渦旋膨脹機組，將壓力能轉化成機械能，再由機械能轉換成電能，從而將高壓天然氣的壓力能轉變為電能，達到有效利用天然氣壓力能的目的。
【專利說明】
天然氣門站降壓梯級發電系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種天然氣門站降壓梯級發電系統，屬于城市天然氣門站系統技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著天然氣管網的建設，當前世界輸氣管道發展的總的趨勢是:長遠距，大口徑，高壓力和網絡化。目前各國的天然氣的輸送壓力都在1.5MPa以上，有的甚至大于4.5MPa。
[0003]由于高壓輸送管線輸送的高壓天然氣，在各個城市的天然氣接受站，調壓站都需要根據下游的用戶的供氣壓力要求進行降壓，然后才能供給普通用戶使用。所以各個城市的天然氣接受站和接受門站都設有調壓站。高壓天然氣在調壓站內進行調壓，最終調節到
0.2MPa?0.5MPa。高壓天然氣在調壓過程中，會產生很大的壓力降(可達1.0MPa?4.0MPa之間)，釋放大量的能量。現有技術對這部分能量沒有加以利用，白白的浪費掉了。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種天然氣門站降壓梯級發電系統，在保證天然氣壓力降的同時，把這部分被釋放的能量轉換成電能加以利用，達到有效利用天然氣壓力能的目的。
[0005]為解決上述技術問題本實用新型所采用的技術方案是:天然氣門站降壓梯級發電系統，包括高壓天然氣輸送主管道和低壓用氣輸出管道，高壓天然氣輸送主管道和低壓用氣輸出管道之間設有渦旋膨脹機組，渦旋膨脹機組的輸入端連接高壓天然氣輸送主管道、輸出端連接低壓用氣輸出管道，渦旋膨脹機組包括串聯設置的多臺渦旋膨脹發電機，低壓用氣輸出管道在渦旋膨脹機組的輸出端設有壓力檢測裝置，壓力檢測裝置、渦旋膨脹機組均電氣連接于控制系統。渦旋膨脹機組動力部分的天然氣輸出端通過壓力檢測裝置監測壓力，壓力設定在低壓端壓力需要的范圍，同時連接于控制系統。
[0006]進一步的是:渦旋膨脹發電機的電能輸出端與電氣連接于輸變電裝置，輸變電裝置電氣連接于控制系統。
[0007]進一步的是:控制系統為PLC智能控制系統。PLC智能控制系統根據后端壓力需求自動控制渦旋發電機組的運行數量，滿足后端使用壓力要求及流量要求。
[0008]進一步的是:渦旋膨脹發電機具有工作動盤，工作動盤包括隔板、分設于隔板前后兩個表面的單元工作腔，兩個單元工作腔以隔板為中心呈鏡像對稱，隔板的側壁設有輸出軸套，工作動盤通過輸出軸套與傳動軸配合連接。
[0009]進一步的是:工作動盤數量為多個，相鄰兩個工作動盤之間通過輸出軸套配合定位轉動軸連接后，由位于最前端或最末端的輸出軸套與傳動軸配合連接;隔板的側壁還設有定位軸套，相鄰兩個工作動盤之間通過定位軸套配合定位軸連接。
[0010]進一步的是:每個工作動盤具有一件輸出軸套、兩件定位軸套，三者之間沿隔板圓周方向均勻間隔設置。[0011 ]進一步的是:渦旋膨脹發電機具有工作靜盤，工作靜盤具有渦旋槽工作腔，渦旋槽工作腔在其后背板中心處設置有工作腔進氣口、在其后背板的邊緣處設置有工作腔出氣口，后背板內還布置有換熱槽，換熱槽具有換熱槽進氣口、換熱槽出氣口，換熱槽進氣口與工作腔出氣口連通。
[0012]進一步的是:換熱槽為圓環形，換熱槽與渦旋槽工作腔沿同一中心軸線布置。
[0013]進一步的是:換熱槽包含多個與渦旋槽工作腔同心設置的單元環形槽，相鄰兩個單元環形槽首尾連通，使得換熱槽進氣口、換熱槽出氣口之間形成單向氣流通道。
[0014]本實用新型的有益效果是:實施時，用渦旋膨脹發電機替換原有的減壓閥；或新項目直接上渦旋膨脹機組替代減壓站。本實用新型利用高壓天然氣輸送主管道的壓力能驅動渦旋膨脹機組，將壓力能轉化成機械能，再由機械能轉換成電能，從而將高壓天然氣的壓力能轉變為電能。渦旋膨脹發電機串聯設置，梯級降壓，級差相等，每級產生的電量相同，控制系統根據壓力檢測裝置監測渦旋膨脹機組輸出的天然氣壓力，從而控制渦旋膨脹機組的工作狀態(投入運行的單元數量和負荷)，保證低壓用氣輸出端壓力符合城市天然氣門站的入網壓力要求。本實用新型可有效利用天然氣壓力能，通過本實用新型生產的電能不但為城市天然氣門站系統提供其生產生活等所需要的電能，而且可以將這一穩定的電能提供給供電系統，真正達到清潔能源的效果。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0016]圖2為單元工作動盤的結構示意圖；
[0017]圖3為多個工作動盤組合的結構示意圖；
[0018]圖4為工作靜盤的結構示意圖；
[0019]圖5為工作靜盤的主視圖；
[0020]圖6為圖5的右視圖；
[0021]圖7為圖5的后視圖；
[0022]圖8為圖5的B-B視圖；
[0023]圖9為圖6的D-D視圖；
[0024]圖中標記:1-高壓天然氣輸送主管道，2-低壓用氣輸出管道，3-渦旋膨脹機組，4-壓力檢測裝置，5-控制系統，6-輸變電裝置，7-工作動盤，71-隔板，72-單元工作腔，73-傳動軸，74-輸出軸套，75-定位轉動軸，76-定位軸套，77-定位軸，8-工作靜盤，81-渦旋槽工作腔，82-后背板，83-工作腔進氣口，84-工作腔出氣口，85-換熱槽，86-換熱槽進氣口，87-換熱槽出氣口。
【具體實施方式】
[0025]為便于理解和實施本實用新型，選本實用新型的優選實施例結合附圖作進一步說明。
[0026]如圖1所示，本實用新型包括高壓天然氣輸送主管道I和低壓用氣輸出管道2，高壓天然氣輸送主管道I和低壓用氣輸出管道2之間設有渦旋膨脹機組3，渦旋膨脹機組3的輸入端連接高壓天然氣輸送主管道1、輸出端連接低壓用氣輸出管道2，渦旋膨脹機組3包括串聯設置的多臺渦旋膨脹發電機，低壓用氣輸出管道2在渦旋膨脹機組3的輸出端設有壓力檢測裝置4，壓力檢測裝置4、渦旋膨脹機組3均電氣連接于控制系統5。
[0027]實施時，用渦旋膨脹發電機替換原有的減壓閥；或新項目直接上渦旋膨脹機組替代減壓站。本實用新型利用高壓天然氣輸送主管道I的壓力能驅動渦旋膨脹機組3，將壓力能轉化成機械能，再由機械能轉換成電能，從而將高壓天然氣的壓力能轉變為電能。禍旋膨脹發電機串聯設置，梯級降壓，級差相等，每級產生的電量相同，同時由于采用梯級降壓，不會產生大量的冷媒，不會造成新的能耗損失。控制系統5根據壓力檢測裝置4監測渦旋膨脹機組3輸出的天然氣壓力，從而控制渦旋膨脹機組3的工作狀態(投入運行的單元數量和負荷)，保證低壓用氣輸出端壓力符合城市天然氣門站的入網壓力要求。本實用新型可有效利用天然氣壓力能，通過本實用新型生產的電能不但為城市天然氣門站系統提供其生產生活等所需要的電能，而且可以將這一穩定的電能提供給供電系統，真正達到清潔能源的效果
[0028]其中，控制系統5優選為PLC智能控制系統。另外，渦旋膨脹發電機的電能輸出端均電氣連接于輸變電裝置6，輸變電裝置6電氣連接于控制系統5，通過輸變電裝置6和控制系統5對本實用新型生產的電能進行統一調配，方便電能的使用。
[0029]如圖2所示，作為對本實用新型的另一項改進，渦旋膨脹發電機具有工作動盤7，工作動盤7包括隔板71、分設于隔板71前后兩個表面的單元工作腔72，兩個單元工作腔72以隔板71為中心呈鏡像對稱，隔板71的側壁設有輸出軸套74，工作動盤7通過輸出軸套74與傳動軸73配合連接。采用鏡像工作腔結構，一可以解決負荷平衡問題，二可以使工作能力提升一倍。
[0030]如圖3所示，其中工作動盤7數量優選為多個，相鄰兩個工作動盤7之間通過輸出軸套74配合定位轉動軸75連接后，由位于最前端或最末端的輸出軸套74與傳動軸73配合連接;隔板71的側壁還設有定位軸套76，相鄰兩個工作動盤7之間通過定位軸套76配合定位軸77連接。采用級聯工作結構，可以使工作能力提升為原單一結構的N倍。工作動盤7數量優選為兩個。
[0031]優選地，每個工作動盤7具有一件輸出軸套74、兩件定位軸套76，三者之間沿隔板71圓周方向均勻間隔設置，相當于三者之間相互間隔120°設置，使得結構更穩固可靠。
[0032]如圖4?圖9所示，作為對本實用新型的另一項改進，渦旋膨脹發電機具有工作靜盤8，工作靜盤8具有渦旋槽工作腔81，渦旋槽工作腔81在其后背板82中心處設置有工作腔進氣口 83、在其后背板82的邊緣處設置有工作腔出氣口 84，后背板82內還布置有換熱槽85，換熱槽85具有換熱槽進氣口 86、換熱槽出氣口 87，換熱槽進氣口 86與工作腔出氣口 84連通。
[0033]換熱槽85優選結構為:換熱槽85為圓環形，換熱槽85與渦旋槽工作腔81沿同一中心軸線布置。
[0034]換熱槽85另一優選結構為:換熱槽85包含多個與渦旋槽工作腔81同心設置的單元環形槽，相鄰兩個單元環形槽首尾連通，使得換熱槽進氣口 86、換熱槽出氣口 87之間形成單向氣流通道。
[0035]實施時，高壓天然氣從工作腔進氣口83進入工作機組，在渦旋槽工作腔81中完成對工作動盤7(圖中未展現工作動盤7)的驅動的同時釋放壓力，膨脹體積，然后從工作腔出氣口 84進到換熱槽85，最后從換熱槽出氣口 87排出工作機組。在工作過程中，工作動盤7底面、頂面與工作靜盤8底面、頂面在工作中有相對運動，摩擦發熱。高壓氣體壓力下降，體積膨脹吸熱后，溫度要下降。摩擦產生的熱量不能積聚在工作腔內，否則，溫度會持續升高，影響正常工作。高壓天然氣進氣溫度本身并不高，降壓過大并體積膨脹過大需要吸收大量熱量(旋轉渦輪膨脹機就是因為得不到足夠的熱量補充而導致溫度達到冰點以下)。一個發熱，一個吸熱，獨立的存在都需要采取措施加以消除的。本結構使得二者對沖，相互抵消，以至于不需要增加更復雜的手段來處理這兩個問題。二者熱量的交換在兩個環節進行，一是渦旋槽工作腔81內氣體膨脹的時侯交換一部分，二是通過渦旋槽工作腔81與換熱槽85之間形成的隔板產生熱傳遞交換。
【主權項】
1.天然氣門站降壓梯級發電系統，包括高壓天然氣輸送主管道(I)和低壓用氣輸出管道(2)，其特征在于:高壓天然氣輸送主管道(I)和低壓用氣輸出管道(2)之間設有渦旋膨脹機組(3)，渦旋膨脹機組(3)的輸入端連接高壓天然氣輸送主管道(1)、輸出端連接低壓用氣輸出管道(2)，渦旋膨脹機組(3)包括串聯設置的多臺渦旋膨脹發電機，低壓用氣輸出管道(2)在渦旋膨脹機組(3)的輸出端設有壓力檢測裝置(4)，壓力檢測裝置(4)、渦旋膨脹機組(3)均電氣連接于控制系統(5)。2.如權利要求1所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:渦旋膨脹發電機的電能輸出端均電氣連接于輸變電裝置(6)，輸變電裝置(6)電氣連接于控制系統(5)。3.如權利要求1所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:控制系統(5)為PLC智能控制系統。4.如權利要求1?3中任一項所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:渦旋膨脹發電機具有工作動盤(7)，工作動盤(7)包括隔板(71)、分設于隔板(71)前后兩個表面的單元工作腔(72)，兩個單元工作腔(72)以隔板(71)為中心呈鏡像對稱，隔板(71)的側壁設有輸出軸套(74)，工作動盤(7)通過輸出軸套(74)與傳動軸(73)配合連接。5.如權利要求4所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:工作動盤(7)數量為多個，相鄰兩個工作動盤(7)之間通過輸出軸套(74)配合定位轉動軸(75)連接后，由位于最前端或最末端的輸出軸套(74)與傳動軸(73)配合連接;隔板(71)的側壁還設有定位軸套(76),相鄰兩個工作動盤(7)之間通過定位軸套(76)配合定位軸(77)連接。6.如權利要求5所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:每個工作動盤(7)具有一件輸出軸套(74)、兩件定位軸套(76)，三者之間沿隔板(71)圓周方向均勻間隔設置。7.如權利要求1?3中任一項所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:渦旋膨脹發電機具有工作靜盤(8)，工作靜盤(8)具有渦旋槽工作腔(81)，渦旋槽工作腔(81)在其后背板(82)中心處設置有工作腔進氣口(83)、在其后背板(82)的邊緣處設置有工作腔出氣口(84)，后背板(82)內還布置有換熱槽(85)，換熱槽(85)具有換熱槽進氣口(86)、換熱槽出氣口(87)，換熱槽進氣口(86)與工作腔出氣口(84)連通。8.如權利要求7所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:換熱槽(85)為圓環形，換熱槽(85)與渦旋槽工作腔(81)沿同一中心軸線布置。9.如權利要求7所述的天然氣門站降壓梯級發電系統，其特征在于:換熱槽(85)包含多個與渦旋槽工作腔(81)同心設置的單元環形槽，相鄰兩個單元環形槽首尾連通，使得換熱槽進氣口(86)、換熱槽出氣口(87)之間形成單向氣流通道。
【文檔編號】F01C11/00GK205445685SQ201620228855
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】茍義昌, 嚴智謀
【申請人】昌恩能源科技成都有限公司