一种燃气管道内置的流量过载自动调节发电装置的制作方法

本实用新型属于天然气压力能利用领域，涉及一种燃气管道内置的带流量过载自动调节的发电装置。

背景技术：

目前在燃气管网管理过程中，不能及时对事故进行很好的预警，在应对燃气管道大面积泄漏、爆炸等危机事故面前，管理调度手段苍白无力。完整的燃气管网监控系统对于燃气运营的正常进行非常重要。一个自动化程度高，功能完善的监控系统可以极大地提高工作效率，保证燃气运营安全、可靠的运行。

要实现全网监控，需要在一定间隔范围内设置监控仪表，而监控仪表需要电力维持运行。由于监控点多且很多位于偏远地区，为仪表特地牵拉一根电线成本太高，且审批复杂，故急需找到一种能就地给仪表提供电能的方法。

天然气管网的压力远高于用户所需要的压力，蕴藏有巨大的压力能，利用压力能就地发电供仪表使用是一种切实可行的方案。传统的压力能利用装置占地面积太大且需要工作人员操作，不普遍适用于为仪表供电。因此，开发一种结构简单的管道内置防爆发电机具有现实可行意义，能在低成本的条件下满足类仪表功能需求，并能灵活的运输安装在各种已有燃气管网的地方。

中国实用新型专利申请CN 101280723A针对高压天然气分输站、城市门站等降压过程中造成巨大能量损失的问题，公开了一种天然气管网压力能在燃气轮机作功领域的回收利用方法及装置。该实用新型选用涡流管完成天然气降压调压过程，用低温天然气流冷却压气机的进气，使进气质量流量增大，因而可大大提高燃气轮机的经济性，使压力能得到了有效的利用，但该专利未利用压力能进行发电。中国实用新型专利申请CN 101245956A将天然气压力能用于膨胀发电、液化天然气自身重质组分（比如C₂，C₃等）以及将压力能转换成冷能作进一步应用。该实用新型以较低的运行成本将压力能转换成冷能，通过冷媒供调压站周边的冷库、冷水空调、废旧橡胶深冷粉碎等冷量用户使用，或制成冰块、干冰产品外运销售等，从而取得巨大经济效益，提高能源利用效率。但该实用新型未涉及发电，且因该实用新型所提方法较为理论化，工业实际应用受限较大。中国实用新型专利申请CN 101852529 A公开了一种利用天然气管网压力能制冷用于冷库和冷水空调工艺的高效利用方法，但同样该技术未涉及压力能发电过程。上述这些专利技术都是通过特定设备有效回收天然气管网压力能的技术方法，且发电时要求天然气压力降和流量相对稳定，制冷时一般要求制冷温度较低，故而存在一定的局限性。中国实用新型专利申请CN203430574U公开了一种利用小型天然气管网压力能发电的装置，但该专利主要针对调压站、计量站等这些可间断、封闭性、小功率（1-5KW）的小型用户。因此，不论是从发电功率，占地面积和设备、运行成本来考虑，该专利都不适合用于管网仪表发电，特别是偏远地区管网仪表发电。

上述现有专利均未涉及针对仪表功率发电的小型天然气管网发电，而目前管网仪表因其各种特殊地理位置和很小的用电需求，搭建电网或现有的压力能利用装置，经济性和灵活性都太差。中国实用新型专利申请CN105065066A公开了一种管道到内置的发电装置，但该装置并未考虑到燃气流量的波动问题。下游用气量的波动导致管道内天然气流量的波动，剧烈的流量波动会对管道内置发电装置的叶轮和发电机造成损坏。一旦损坏，就需要切断相应上游管段重新更换，这不但费时费力，还放散大量的天然气造成浪费。因此，用于管网仪表供电的管道内置发电装置不仅要结构简单成本低廉，能灵活的运输安装在各种已有燃气管网的地方，还应具备相应的流量过载调节功能，保证管道内置发电装置的长期稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对智能化管网建设所需的仪表的供能问题，提供了一种利用燃气管网压力能发电，就地供能仪表的结构简单，占地面积小，一次启动后无需人员操作，自带流量过载调节功能的燃气管道内置发电装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种燃气管道内置的流量过载自动调节发电装置，包括：燃气管道发电装置、连接设置于所述燃气管道发电装置进气端的流量过载调节装置，所述流量过载调节装置包括流量过载调节装置接管式外壳设置于所述流量过载调节装置接管式外壳两端的法兰、设置在所述流量过载调节装置接管式外壳内的流量过载调节部件。

进一步地，所述的流量过载调节部件包括：基座板、固定连接基座板与流量过载调节装置接管式外壳内壁的流量过载调节装置固定铁条、通过转轴自由转动地连接所述基座板的若干金属调节片、焊接设置在所述基座板中心的套杆、套设在所述套杆上的连接环，所述连接环上连接有与金属调节片的数量相一致的弹簧，每根所述弹簧一端连接在连接环上，另一端连接在相应的金属调节片上。

进一步地，所述的若干金属调节片整体呈伞状，在闭合状态下各金属调节片与套杆呈20⁰～45⁰的夹角。

进一步地，所述的金属调节片的数量为2～7片，各金属调节片沿旋转方向均匀分布。

进一步地，所述燃气管道发电装置包括发电装置接管式外壳、设置在所述发电装置接管式外壳两端的法兰、设置在所述发电装置接管式外壳内的防爆发电部件、设置在所述发电装置接管式外壳外壁上的具有防爆和密封功能的导线接线接口。

进一步地，所述的防爆发电部件包括通过发电机套筒固定铁条固定在所述发电装置接管式外壳内壁上的发电机金属套筒、通过螺栓固定设置在发电机金属套筒内的防爆发电机、连接设置在所述防爆发电机转轴上的叶轮。

进一步地，所述的导线接线接口包括设有内螺纹的中空螺纹柱、通过外螺纹固定连接在所述螺纹柱上的高压密封接线柱，所述高压密封接线柱的输入端通过内导线连接所述防爆发电机的电力输出端，输出端通过外导线连接稳压器。

进一步地，所述叶轮4的进气面距离所述发电装置接管式外壳进气端法兰的接口端面0～10mm；流量过载调节装置安装固定后，流量过载调节部件前端距离所述流量过载调节装置接管式外壳进气端法兰的接口端面0～10mm。

进一步地，当发电装置接管式外壳内的天然气压力大于等于0.4MPa时，叶轮为9～13片叶片的高压管道叶轮；当发电装置接管式外壳内的天然气压力低于0.4MPa时，叶轮为5～8片叶片的低压管道叶轮。

进一步地，所述叶轮的叶片为平底弧形，叶片沿轮毂均匀排列，同时所述叶轮的叶片进口叶片角为35^O～45°，出口叶片角为-5^O～-15°，叶片在叶根处不重叠。

相比现有技术，本实用新型自带流量过载自动调节功能，流量增大时流量过载调节装置的金属调节片开度增大，使气体流动过程中阻力增大，从而避免流量剧烈波动造成叶轮和防爆发电机的损坏。当流量通过燃气流过叶轮时的压力带动叶轮旋转，叶轮与防爆发电机转轴相连，带动转轴旋转发电，导线连接稳压装置，将不同流速下发出的电压稳定在设置范围内，从而实现了压力能到电能的转化，结构简单，安装方便，占地少，能在低成本且长期稳定的条件下满足类仪表功能需求，并能灵活的运输安装在各种已有燃气管网的地方。

附图说明

图1为燃气管道发电装置的总体结构示意图。

图2为图1中A向视图。

图3为流量过载调节装置的总体结构示意图。

图4为图3中B向视图。

图5为本实用新型实施例二的变径接管结构示意图。

图中所示为：1-发电装置接管式外壳；2-第一法兰；3-第二法兰；4-叶轮；5-发电机金属套筒；6-螺栓；7-螺纹柱；8-防爆发电机；9-内导线；10-高压密封接线柱；11-第三法兰；12-变径管；13-第四法兰；14-外导线；15-稳压器；16-流量过载调节装置接管式外壳；17-连接环；18-第五法兰；19-第六法兰；20-金属调节片；21-流量过载调节装置固定铁条；22-套杆；23-基座板；24-弹簧；25-发电机套筒固定铁条。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

在本实用新型的一个实施例中，如图1至图4所示，一种燃气管道内置的流量过载自动调节发电装置，包括：

燃气管道发电装置、连接设置于所述燃气管道发电装置进气端的流量过载调节装置，所述流量过载调节装置包括流量过载调节装置接管式外壳16、设置于所述流量过载调节装置接管式外壳16两端的第五法兰18和第六法兰19、设置在所述流量过载调节装置接管式外壳16内的流量过载调节部件。

具体而言，所述的流量过载调节部件包括：基座板23、固定连接基座板23与流量过载调节装置接管式外壳16内壁的流量过载调节装置固定铁条21、通过转轴自由转动地连接所述基座板23的若干金属调节片20、焊接设置在所述基座板23中心的套杆22、套设在所述套杆22上的连接环17，所述连接环17上连接有与金属调节片20的数量相一致的弹簧24，本实施例为3根，每根所述弹簧24一端连接在连接环17上，另一端连接在相应的金属调节片20上。

具体而言，所述的若干金属调节片20整体呈伞状，各金属调节片20的外边缘呈圆弧形，金属调节片20的设计比例根据所需数量决定，数量为2～7片，各金属调节片20沿旋转方向均匀分布，本实施例中为3片，在闭合状态下各金属调节片20与套杆22呈20⁰～45⁰的夹角。

金属调节片20可自由转动，基座板23为正多边形，其边的数量与金属调节片20的数量一致，基座板23焊接在流量过载调节装置接管式外壳16内壁上的流量过载调节装置固定铁条21上。

当燃气管道内的流量增大时，流量过载调节装置的金属调节片20开度增大，即各金属调节片20与套杆22的夹角增大，减少燃气管道内的燃气流经截面，使气体流动过程中阻力增大，从而避免流量剧烈波动造成叶轮4和防爆发电机8的损坏，当流量恢复至正常时，各金属调节片20在弹簧24的作用下，开度减少，即各金属调节片20与套杆22的夹角变小，增大燃气管道内的燃气流经截面，保证燃气以合适的流量顺利流过叶轮4和防爆发电机8。

所述的流量过载调节部件安装后，流量过载调节部件前端距离所述流量过载调节装置接管式外壳16进气端法兰的接口端面0～10mm。

具体而言，所述燃气管道发电装置包括发电装置接管式外壳1、设置在所述发电装置接管式外壳1两端的第一法兰2和第二法兰3、设置在所述发电装置接管式外壳1内的防爆发电部件、设置在所述发电装置接管式外壳1外壁上的具有防爆和密封功能的导线接线接口，其中第二法兰3与第五法兰18相连，第六法兰19与来气端燃气管道法兰相连，第一法兰2与下游端燃气管道的法兰相连。

具体而言，所述的防爆发电部件包括通过发电机套筒固定铁条25固定在所述发电装置接管式外壳1内壁上的发电机金属套筒5、通过螺栓6固定设置在发电机金属套筒5内的防爆发电机8、连接设置在所述防爆发电机8转轴上的叶轮4。

所述的导线接线接口包括设有内螺纹的中空螺纹柱7、通过外螺纹固定连接在所述螺纹柱7上的高压密封接线柱10，所述高压密封接线柱10的输入端通过内导线9连接所述防爆发电机8的电力输出端，输出端通过外导线14连接稳压器15。所述中空螺纹柱7设置在发电装置接管式外壳1上，中空螺纹柱7带内螺纹的，高压密封接线柱10输入端带有外螺纹，二者通过螺纹连接。所述高压密封接线柱10输入端的金属接口与防爆发电机8电力输出端之间连接有内导线9，所述高压密封接线柱10输出端的金属接口通过外导线14连接稳压器15。

所述发电机金属套筒5两侧对称设置有两个焊接在发电装置接管式外壳1内壁上的发电机套筒固定铁条25，所述的发电机套筒固定铁条25上设置有限制防爆发电机8轴向位置的螺纹孔，所述发电机金属套筒5上还设置有旋入螺栓6的螺纹孔，通过旋入螺栓6的深度来调节发电机金属套筒5空间大小，从而限制和固定防爆发电机8的径向位置。当叶轮4与防爆电机8安装固定后，叶轮4的进气面距离第二法兰3的接口端面0～10mm。

所述叶轮4通过内螺纹与防爆电机8转轴的外螺纹相连接，所述叶轮4的内螺纹的旋向与叶轮4工作时的旋转方向同向，这样避免了叶轮在工作过程中松动。流经的燃气气流靠作用在叶轮4上的压力使叶轮4发生转动，压力能转化为机械能，叶轮4带动防爆发电机8转轴转动，将机械能转化为电能；当流经叶轮4的燃气流速慢时，叶轮4转速慢，防爆发电机8发电电压低；当流经叶轮4的燃气流速快时，叶轮4转速快，防爆发电机8发电电压高，通过稳压器15将发电电压稳定在设定范围内，供监控仪表使用。

具体而言，当发电装置接管式外壳1内的天然气压力大于等于0.4MPa时，叶轮4为9～13片叶片的高压管道叶轮；当发电装置接管式外壳1内的天然气压力低于0.4MPa时，叶轮4为5～8片叶片的低压管道叶轮。

具体而言，所述叶轮4的叶片为平底弧形，叶片沿轮毂均匀排列，同时所述叶轮4的叶片进口叶片角为35^O～45°，出口叶片角为-5^O～-15°，叶片在叶根处不重叠。

在本实用新型的另一个实施例中，如图5所示，所述发电装置接管式外壳1与流量过载调节装置接管式外壳16通过第二法兰3与第五法兰18相连，连接好的接管式外壳两端与天然气管道之间各连接有一个变径接管，所述变径接管均包括变径管12、分别设置在所述变径管12大端的第三法兰11和和小端的第四法兰13，安装时，一个变径接管的第四法兰13与来气端燃气管道法兰相连，第三法兰11与流量过载调节装置接管式外壳16的第六法兰19相连接，另一个变径接管的第三法兰11与发电装置接管式外壳1的第一法兰2相连接，第四法兰13与下游端燃气管道法兰相连。当接管式外壳的直径与燃气管道直径相差太大时，在两者之间设置变径管，接口之间都用法兰连接，这样方便了装置的安装，同时体积小，占地面积小，方便了装置的运输。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型装置成管段状，可直接安装在现有管道上（置换原有管段），占地面积小，运输安装灵活。

（2）本实用新型一次启动后无需人员操作，可用于偏远地区，运行成本低。

（3）本实用新型装置结构简单，设备少，易加工，投资成本低。

（4）本实用新型自带流量过载自动调节功能，可通过所需限制的流量选择弹簧的劲度系数，保证了装置的长期稳定运行。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。