天然气门站降压梯级发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种天然气门站降压梯级发电系统。本实用新型包括高压天然气输送主管道和低压用气输出管道，高压天然气输送主管道和低压用气输出管道之间设有涡旋膨胀机组，涡旋膨胀机组的输入端连接高压天然气输送主管道、输出端连接低压用气输出管道，涡旋膨胀机组包括串联设置的多台涡旋膨胀发电机，低压用气输出管道在涡旋膨胀机组的输出端设有压力检测装置，压力检测装置、涡旋膨胀机组均电气连接于控制系统。本实用新型利用高压天然气输送主管道的压力能驱动涡旋膨胀机组，将压力能转化成机械能，再由机械能转换成电能，从而将高压天然气的压力能转变为电能，达到有效利用天然气压力能的目的。
【专利说明】
天然气门站降压梯级发电系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种天然气门站降压梯级发电系统，属于城市天然气门站系统技术领域。
【背景技术】
[0002]随着天然气管网的建设，当前世界输气管道发展的总的趋势是:长远距，大口径，高压力和网络化。目前各国的天然气的输送压力都在1.5MPa以上，有的甚至大于4.5MPa。
[0003]由于高压输送管线输送的高压天然气，在各个城市的天然气接受站，调压站都需要根据下游的用户的供气压力要求进行降压，然后才能供给普通用户使用。所以各个城市的天然气接受站和接受门站都设有调压站。高压天然气在调压站内进行调压，最终调节到
0.2MPa?0.5MPa。高压天然气在调压过程中，会产生很大的压力降(可达1.0MPa?4.0MPa之间)，释放大量的能量。现有技术对这部分能量没有加以利用，白白的浪费掉了。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种天然气门站降压梯级发电系统，在保证天然气压力降的同时，把这部分被释放的能量转换成电能加以利用，达到有效利用天然气压力能的目的。
[0005]为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是:天然气门站降压梯级发电系统，包括高压天然气输送主管道和低压用气输出管道，高压天然气输送主管道和低压用气输出管道之间设有涡旋膨胀机组，涡旋膨胀机组的输入端连接高压天然气输送主管道、输出端连接低压用气输出管道，涡旋膨胀机组包括串联设置的多台涡旋膨胀发电机，低压用气输出管道在涡旋膨胀机组的输出端设有压力检测装置，压力检测装置、涡旋膨胀机组均电气连接于控制系统。涡旋膨胀机组动力部分的天然气输出端通过压力检测装置监测压力，压力设定在低压端压力需要的范围，同时连接于控制系统。
[0006]进一步的是:涡旋膨胀发电机的电能输出端与电气连接于输变电装置，输变电装置电气连接于控制系统。
[0007]进一步的是:控制系统为PLC智能控制系统。PLC智能控制系统根据后端压力需求自动控制涡旋发电机组的运行数量，满足后端使用压力要求及流量要求。
[0008]进一步的是:涡旋膨胀发电机具有工作动盘，工作动盘包括隔板、分设于隔板前后两个表面的单元工作腔，两个单元工作腔以隔板为中心呈镜像对称，隔板的侧壁设有输出轴套，工作动盘通过输出轴套与传动轴配合连接。
[0009]进一步的是:工作动盘数量为多个，相邻两个工作动盘之间通过输出轴套配合定位转动轴连接后，由位于最前端或最末端的输出轴套与传动轴配合连接;隔板的侧壁还设有定位轴套，相邻两个工作动盘之间通过定位轴套配合定位轴连接。
[0010]进一步的是:每个工作动盘具有一件输出轴套、两件定位轴套，三者之间沿隔板圆周方向均匀间隔设置。[0011 ]进一步的是:涡旋膨胀发电机具有工作静盘，工作静盘具有涡旋槽工作腔，涡旋槽工作腔在其后背板中心处设置有工作腔进气口、在其后背板的边缘处设置有工作腔出气口，后背板内还布置有换热槽，换热槽具有换热槽进气口、换热槽出气口，换热槽进气口与工作腔出气口连通。
[0012]进一步的是:换热槽为圆环形，换热槽与涡旋槽工作腔沿同一中心轴线布置。
[0013]进一步的是:换热槽包含多个与涡旋槽工作腔同心设置的单元环形槽，相邻两个单元环形槽首尾连通，使得换热槽进气口、换热槽出气口之间形成单向气流通道。
[0014]本实用新型的有益效果是:实施时，用涡旋膨胀发电机替换原有的减压阀；或新项目直接上涡旋膨胀机组替代减压站。本实用新型利用高压天然气输送主管道的压力能驱动涡旋膨胀机组，将压力能转化成机械能，再由机械能转换成电能，从而将高压天然气的压力能转变为电能。涡旋膨胀发电机串联设置，梯级降压，级差相等，每级产生的电量相同，控制系统根据压力检测装置监测涡旋膨胀机组输出的天然气压力，从而控制涡旋膨胀机组的工作状态(投入运行的单元数量和负荷)，保证低压用气输出端压力符合城市天然气门站的入网压力要求。本实用新型可有效利用天然气压力能，通过本实用新型生产的电能不但为城市天然气门站系统提供其生产生活等所需要的电能，而且可以将这一稳定的电能提供给供电系统，真正达到清洁能源的效果。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构不意图；
[0016]图2为单元工作动盘的结构示意图；
[0017]图3为多个工作动盘组合的结构示意图；
[0018]图4为工作静盘的结构示意图；
[0019]图5为工作静盘的主视图；
[0020]图6为图5的右视图；
[0021]图7为图5的后视图；
[0022]图8为图5的B-B视图；
[0023]图9为图6的D-D视图；
[0024]图中标记:1-高压天然气输送主管道，2-低压用气输出管道，3-涡旋膨胀机组，4-压力检测装置，5-控制系统，6-输变电装置，7-工作动盘，71-隔板，72-单元工作腔，73-传动轴，74-输出轴套，75-定位转动轴，76-定位轴套，77-定位轴，8-工作静盘，81-涡旋槽工作腔，82-后背板，83-工作腔进气口，84-工作腔出气口，85-换热槽，86-换热槽进气口，87-换热槽出气口。
【具体实施方式】
[0025]为便于理解和实施本实用新型，选本实用新型的优选实施例结合附图作进一步说明。
[0026]如图1所示，本实用新型包括高压天然气输送主管道I和低压用气输出管道2，高压天然气输送主管道I和低压用气输出管道2之间设有涡旋膨胀机组3，涡旋膨胀机组3的输入端连接高压天然气输送主管道1、输出端连接低压用气输出管道2，涡旋膨胀机组3包括串联设置的多台涡旋膨胀发电机，低压用气输出管道2在涡旋膨胀机组3的输出端设有压力检测装置4，压力检测装置4、涡旋膨胀机组3均电气连接于控制系统5。
[0027]实施时，用涡旋膨胀发电机替换原有的减压阀；或新项目直接上涡旋膨胀机组替代减压站。本实用新型利用高压天然气输送主管道I的压力能驱动涡旋膨胀机组3，将压力能转化成机械能，再由机械能转换成电能，从而将高压天然气的压力能转变为电能。祸旋膨胀发电机串联设置，梯级降压，级差相等，每级产生的电量相同，同时由于采用梯级降压，不会产生大量的冷媒，不会造成新的能耗损失。控制系统5根据压力检测装置4监测涡旋膨胀机组3输出的天然气压力，从而控制涡旋膨胀机组3的工作状态(投入运行的单元数量和负荷)，保证低压用气输出端压力符合城市天然气门站的入网压力要求。本实用新型可有效利用天然气压力能，通过本实用新型生产的电能不但为城市天然气门站系统提供其生产生活等所需要的电能，而且可以将这一稳定的电能提供给供电系统，真正达到清洁能源的效果
[0028]其中，控制系统5优选为PLC智能控制系统。另外，涡旋膨胀发电机的电能输出端均电气连接于输变电装置6，输变电装置6电气连接于控制系统5，通过输变电装置6和控制系统5对本实用新型生产的电能进行统一调配，方便电能的使用。
[0029]如图2所示，作为对本实用新型的另一项改进，涡旋膨胀发电机具有工作动盘7，工作动盘7包括隔板71、分设于隔板71前后两个表面的单元工作腔72，两个单元工作腔72以隔板71为中心呈镜像对称，隔板71的侧壁设有输出轴套74，工作动盘7通过输出轴套74与传动轴73配合连接。采用镜像工作腔结构，一可以解决负荷平衡问题，二可以使工作能力提升一倍。
[0030]如图3所示，其中工作动盘7数量优选为多个，相邻两个工作动盘7之间通过输出轴套74配合定位转动轴75连接后，由位于最前端或最末端的输出轴套74与传动轴73配合连接;隔板71的侧壁还设有定位轴套76，相邻两个工作动盘7之间通过定位轴套76配合定位轴77连接。采用级联工作结构，可以使工作能力提升为原单一结构的N倍。工作动盘7数量优选为两个。
[0031]优选地，每个工作动盘7具有一件输出轴套74、两件定位轴套76，三者之间沿隔板71圆周方向均匀间隔设置，相当于三者之间相互间隔120°设置，使得结构更稳固可靠。
[0032]如图4?图9所示，作为对本实用新型的另一项改进，涡旋膨胀发电机具有工作静盘8，工作静盘8具有涡旋槽工作腔81，涡旋槽工作腔81在其后背板82中心处设置有工作腔进气口 83、在其后背板82的边缘处设置有工作腔出气口 84，后背板82内还布置有换热槽85，换热槽85具有换热槽进气口 86、换热槽出气口 87，换热槽进气口 86与工作腔出气口 84连通。
[0033]换热槽85优选结构为:换热槽85为圆环形，换热槽85与涡旋槽工作腔81沿同一中心轴线布置。
[0034]换热槽85另一优选结构为:换热槽85包含多个与涡旋槽工作腔81同心设置的单元环形槽，相邻两个单元环形槽首尾连通，使得换热槽进气口 86、换热槽出气口 87之间形成单向气流通道。
[0035]实施时，高压天然气从工作腔进气口83进入工作机组，在涡旋槽工作腔81中完成对工作动盘7(图中未展现工作动盘7)的驱动的同时释放压力，膨胀体积，然后从工作腔出气口 84进到换热槽85，最后从换热槽出气口 87排出工作机组。在工作过程中，工作动盘7底面、顶面与工作静盘8底面、顶面在工作中有相对运动，摩擦发热。高压气体压力下降，体积膨胀吸热后，温度要下降。摩擦产生的热量不能积聚在工作腔内，否则，温度会持续升高，影响正常工作。高压天然气进气温度本身并不高，降压过大并体积膨胀过大需要吸收大量热量(旋转涡轮膨胀机就是因为得不到足够的热量补充而导致温度达到冰点以下)。一个发热，一个吸热，独立的存在都需要采取措施加以消除的。本结构使得二者对冲，相互抵消，以至于不需要增加更复杂的手段来处理这两个问题。二者热量的交换在两个环节进行，一是涡旋槽工作腔81内气体膨胀的时侯交换一部分，二是通过涡旋槽工作腔81与换热槽85之间形成的隔板产生热传递交换。
【主权项】
1.天然气门站降压梯级发电系统，包括高压天然气输送主管道(I)和低压用气输出管道(2)，其特征在于:高压天然气输送主管道(I)和低压用气输出管道(2)之间设有涡旋膨胀机组(3)，涡旋膨胀机组(3)的输入端连接高压天然气输送主管道(1)、输出端连接低压用气输出管道(2)，涡旋膨胀机组(3)包括串联设置的多台涡旋膨胀发电机，低压用气输出管道(2)在涡旋膨胀机组(3)的输出端设有压力检测装置(4)，压力检测装置(4)、涡旋膨胀机组(3)均电气连接于控制系统(5)。2.如权利要求1所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:涡旋膨胀发电机的电能输出端均电气连接于输变电装置(6)，输变电装置(6)电气连接于控制系统(5)。3.如权利要求1所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:控制系统(5)为PLC智能控制系统。4.如权利要求1?3中任一项所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:涡旋膨胀发电机具有工作动盘(7)，工作动盘(7)包括隔板(71)、分设于隔板(71)前后两个表面的单元工作腔(72)，两个单元工作腔(72)以隔板(71)为中心呈镜像对称，隔板(71)的侧壁设有输出轴套(74)，工作动盘(7)通过输出轴套(74)与传动轴(73)配合连接。5.如权利要求4所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:工作动盘(7)数量为多个，相邻两个工作动盘(7)之间通过输出轴套(74)配合定位转动轴(75)连接后，由位于最前端或最末端的输出轴套(74)与传动轴(73)配合连接;隔板(71)的侧壁还设有定位轴套(76),相邻两个工作动盘(7)之间通过定位轴套(76)配合定位轴(77)连接。6.如权利要求5所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:每个工作动盘(7)具有一件输出轴套(74)、两件定位轴套(76)，三者之间沿隔板(71)圆周方向均匀间隔设置。7.如权利要求1?3中任一项所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:涡旋膨胀发电机具有工作静盘(8)，工作静盘(8)具有涡旋槽工作腔(81)，涡旋槽工作腔(81)在其后背板(82)中心处设置有工作腔进气口(83)、在其后背板(82)的边缘处设置有工作腔出气口(84)，后背板(82)内还布置有换热槽(85)，换热槽(85)具有换热槽进气口(86)、换热槽出气口(87)，换热槽进气口(86)与工作腔出气口(84)连通。8.如权利要求7所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:换热槽(85)为圆环形，换热槽(85)与涡旋槽工作腔(81)沿同一中心轴线布置。9.如权利要求7所述的天然气门站降压梯级发电系统，其特征在于:换热槽(85)包含多个与涡旋槽工作腔(81)同心设置的单元环形槽，相邻两个单元环形槽首尾连通，使得换热槽进气口(86)、换热槽出气口(87)之间形成单向气流通道。
【文档编号】F01C11/00GK205445685SQ201620228855
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】苟义昌, 严智谋
【申请人】昌恩能源科技成都有限公司