专利名称：天然气发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种天然气发电机。
据我们了解，长庆气田地处人烟稀少，自然条件和地理环境恶劣的沙漠地带，集气站使用民用电很困难，所以目前所建40座集气站用电绝大部分都是天然气发电机所发出的电，所使用的发电机全部是从国外进口的。这些发电机在使用过程中主要存在以下几个问题(1)检修不方便，尤其是自动控制系统出现故障时，只能更换新的零配件，或请国外专家来现场处理，十分不便；(2)配件跟不上，组织购买配件周期长，影响气井生产；(3)配件价格昂贵，提高了生产成本。据采气厂反映，截止98底，从美国进口的天然气发电机共计38台，其中当时投入生产运行的仅有20多台，在一年时间里就有12台不能正常运行，要维修好这12台发电机和订购38台发电机组的零配件，总费用高达140多万元人民币。2000年订购进口发电机组的零配件费用高达200多万元人民币，同时部分零配件已国产化，订购国产化零配件费用高达166万元人民币。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种使天然气发电机所有零配件国产化，首次应用由车用汽油机改造的天然气发动机与发电机组配为天然气发电机，并自行设计了机组控制柜，使发电机输出电压和频率满足生产现场的需要，该机组可应用于有天然气或伴生气的油气田现场生产中，也可满足有天然气的城市供电需要的天然气发电机，本实用新型是这样实现的天然气发电机包括有发电机1、发动机控制柜2、发电机控制柜3、连接法兰4、天然气发动机5、副水箱6、主水箱7、机组底座8，机组底座8上有发电机1、发动机控制柜2、发电机控制柜3、连接法兰4、天然气发动机5、副水箱6、主水箱7，发动机控制柜2、发电机控制柜3依次与发电机1连接，天然气发动机5通过连接法兰4与发电机1连接，主水箱6与天然气发动机5联结，主水箱6上有副水箱7。
本实用新型还采用如下技术方案发电机1与天然气发动机之间有联轴器片。
联轴器片为弹性片。
发电机1由定子、转子、交流励磁机、旋转硅整流部件、自动电压调节器组成。
发动机由机体、曲柄连杆机构、传动机构、配气机构、天然气和空气供给部分、进排气部分、点火部分、燃烧部分、润滑部分组成。
自动控制部分由电控柜、测量仪表、传感器、电子调速器、交直流电源组成。
发电机控制柜3的前面板由水温仪表9、油压仪表10、转速仪表11、交流电源12、点火电源13组成，控制柜内有线路板、电子调速器，后面板上有三块表接传感器的三个航空插座(分别是X2、X3、X4)、交流电源插保险复合座(X1)、矩形插座(T1)。
本实用新型的优点在于1、经西北电力试验研究院室内测试和现场使用，结果证明该机组额定输出功率为30KW，电压为380/220V，频率为50HZ，电压稳态调整率为380/220±1％，频率稳态调整率为50±2.5％，各项技术性能参数达到设计要求，能满足集气站用电设备、自控系统、数椐传输等用电需求。
2、整机组均采用国产零配件。零配件容易组织，价格便宜，维修方便。
3、该机组采用车用汽油发动机改造并与国产发电机组配而成，各组件技术成熟，填补了我国天然气发电机组由车用汽油发动机改造的空白。
4、转速控制系统和设故障停车自动保护系统性能稳定可靠，保证了输出压力和频率的稳定，实现了机组自动保护，满足了气田现场生产的需要。
5、该机组不仅可应用于有天然气或伴生气的油气田现场生产中，也可满足有天然气的城市供电需要。
6、随着我国天然气工业的发展，“西气东输”工程的实施，天然气这种清洁燃料将遍及全国大、中城市。天然气发电机将会有更广阔有使用前景。
具体实施由四大部分组成发动机、联轴器片、发电机及自动控制部分。发动机由机体、曲柄连杆机构、传动机构、配气机构、天然气和空气供给部分、进排气部分、点火部分、燃烧部分、润滑部分等组成。发电机由定子、转子、交流励磁机、旋转硅整流装置、自动电压调节器等组成。自动控制部分由电控柜、测量仪表、传感器、电子调速器、交直流电源等组成。联轴器片是用来连接发动机与发电机，传送力矩的，该联轴器片设计为弹性片。该实用新型的整体结构图如
图1所示。
工作原理0.3～0.6MPa天然气经进气控制阀转化成一定压力和一定量的天然气，然后和空气按一定比例在混合器中充分混合，进入发动机的缸体内，经压缩、点燃、燃烧膨胀做功，推动曲柄连杆机构、传动机构运转。通过联轴器片带动发电机运转，发电机起动后，交流励磁机依靠其定子上的剩磁建立电压，该交流电经旋转整流器整流后，送入主发电机励磁绕组，使主发电建立电压。随着电机转速的上升，电压逐渐升高。当转速接近额定转速时，自动电压调节器A.V.R利用这个电压对交流励磁机提供励磁电流，使主发电机电压迅速上升，并稳定在额定值。天然气发电机工作原理见图2。
选用改造技术成熟国产汽油发动机，通过降低功率，使转速降至1500转/分，计算出功率与转速的关系，判断功率是否满足发电机所需的功率。汽油发动机的选用车用EQ6100型汽油发动机，其额定功率P＝99KW，额定转速n＝3000r/min。将其改造(由燃油改为燃气)后，再相应降低发动机功率，使其转速降至1500转/分后，经测试，该天然气发动机的额定功率为45KW，可与转速为1500转/分、功率为30KW的国产发电机组配。
设计发动机与发电机之间的连接配件。
天然气发电机组控制柜是专门为天然气发电机组而设计的。其功能是测量并显示天然气发动机工作时的一些重要参数(冷却水温度、机油压力、和发动机转速)；设置控制限值，当发动机超出或低于设定值时，可报警并自动停机，以保护发动机安全可靠地工作；同时还包括发动机电起动，蓄电池供电系统以及发电机对蓄电池充电系统。其特点参数测量精确，仪表数字显示，控制限值可改变，可靠性高，使用操作方便，控制全自动，并配有后备式UPS电源。
天然气发电机组控制柜外型如图3所示，其前面板由三块仪表(分别是水温、油压和转速)、点火锁、点火提前角显示表、交流电源开关、指示灯等组成。
控制柜内为线路板、电子调速器等仪表、仪器。控制柜主要工作原理图见图4A、图4B、图4C、图4D。
后面板(如图5所示)包括三块表接传感器的三个航空插座(分别是X2、X3、X4)、交流电源插保险复合座(X1)、矩形插座(T1)。其中T1矩形插座用来连接发动机上的点火线圈、发动机、发电机和电瓶，用于对发动机的控制X1交流电源插座接到UPS开关电源上，用地三块仪表的供电。
图5中，T1为20Pin矩形插座，X1为交流单相AC220V电源接到UPS电源的输出端，X2温度表传感器(5Pin)，X3压力传感器(5Pin)，X4转速传感器(7Pin)。
四块仪表测量、控制简介(1)冷却水温表测量范围0～200℃使用传感器Pt100铂热电阻，接线采用三线制当水温超过90℃时，系统切断点火电源和供气电磁阀，自动停止发动机，并报警。
(2)机油压力表测量范围0～1Mpa；使用传感器动圈式电阻传感器。
当油压小于0.1MPa时，系统切断点火电源和供气电磁阀，自动停止发动机，并报警。
(3)转速表测量范围0～9999r/min，使用传感器霍尔传感器当发动机转速超过1650r/min时，系统切断点火电源和供气电磁阀，自动停止发动机，并报警。
(4)电子调速器调速范围1500±2.5％r/min；使用传感器磁感应式。
电子调速器包括传感器、控制器和执行器，传感器把发动机实际转速的频率信号送到控制器中，与控制器中设定的频率信号相比，其差值形成一个驱动信号，驱动执行器电机运转，控制发动机节气门开度，当发电机负载不断变化时，电子调速器能保持天然气发动机输出转速在1500±2.5％r/min范围内变化。
天然气发动机控制柜，主要包括以下两个内容(1)转速控制系统。当发动机转矩与外界转矩开始失去平衡时，电子调速器能自动迅速调整供气量，使转矩与阻力矩重新平衡，保持输出频率和电压的稳定，满足现场生产的需要。该系统包括电子调速器、专用天然气混合器和供气调节阀。
(2)设故障停车自动保护系统。发动机上设置了超速、水温、油压三项保护，以保证发动机运转过程中出现超速(＞1650r/min)、水温过高(＞90℃)油压过低(＜0.1Mpa)的异常现象时，自动控制系统能连续发出报警声并自动切断进气气源，使发动机自动停机。
权利要求1.天然气发电机，包括有发电机(1)、发动机控制柜(2)、发电机控制柜(3)、连接法兰(4)、天然气发动机(5)、副水箱(6)、主水箱(7)、机组底座(8)，其特征在于机组底座(8)上有发电机(1)、发动机控制柜(2)、发电机控制柜(3)、连接法兰(4)、天然气发动机(5)、副水箱(6)、主水箱(7)，发动机控制柜(2)、发电机控制柜(3)依次与发电机(1)连接，天然气发动机(5)通过连接法兰(4)与发电机(1)连接，主水箱(6)与天然气发动机(5)联结，主水箱(6)上有副水箱(7)。
2.根据权利要求1所述的天然气发电机，其特征在于发电机(1)与天然气发动机(5)之间有联轴器片。
3.根据权利要求2所述的天然气发电机，其特征在于联轴器片为弹性片。
4.根据权利要求1所述的天然气发电机，其特征在于发电机1由定子、转子、交流励磁机、旋转硅整流部件、自动电压调节器组成。
5.根据权利要求1所述的天然气发电机，其特征在于发动机由机体、曲柄连杆机构、传动机构、配气机构、天然气和空气供给部分、进排气部分、点火部分、燃烧部分、润滑部分组成。
6.根据权利要求1所述的天然气发电机，其特征在于自动控制部分由电控柜、测量仪表、传感器、电子调速器、交直流电源组成。
7.根据权利要求1所述的天然气发电机，其特征在于发电机控制柜(3)的前面板由水温仪表(9)、油压仪表(10)、转速仪表(11)、交流电源(12)、点火电源(13)组成，控制柜内有线路板、电子调速器，后面板上有三块表接传感器的三个航空插座(X2)、(X3)、(X4)、交流电源插保险复合座(X1)、矩形插座(T1)。
专利摘要一种天然气发电机，由发电机1、发动机控制柜2、发电机控制柜3、天然气发动机5等组成，发动机控制柜2、发电机控制柜3依次与发电机1连接，天然气发动机5通过连接法兰4与发电机1连接，主水箱6与天然气发动机5联结，主水箱6上有副水箱7，该机组额定输出功率为30KW，电压为380/220V，频率为50Hz，电压稳态调整率为380/220±1％，频率稳态调整率为50±2.5％，各项技术性能参数达到设计要求，能满足集气站用电设备、自控系统、数椐传输等用电需求。
文档编号H02P9/04GK2601482SQ02204949
公开日2004年1月28日 申请日期2002年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者张书平, 徐勇, 赵粉霞, 张国庆, 程小莉, 桂捷 申请人:中国石油天然气股份有限公司