定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组。该定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组包括：向心透平，其包含多片导叶；齿轮箱，包括相互啮合的高速齿轮和低速齿轮，其中，高速齿轮的齿轮轴与向心透平的叶轮轴连接；发电机组，其主轴和齿轮箱的低速齿轮的齿轮轴连接，其利用低速齿轮的齿轮轴输出的扭矩进行发电；以及电流输出模块，其将发电机组产生的电能向外输出。本实用新型通过向心透平将天然气能量回收，产生电能，从而解决能源浪费的问题。
【专利说明】定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及机电行业流体发电机【技术领域】，尤其涉及一种定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组。
【背景技术】
[0002]近年来，随着天然气的广泛应用，天然气的消费量不断攀升。对天然气压力能进行回收并利用其进行发电成为本领域内的研发热点。目前，并没有对天然气压力能进行回收的装置。
[0003]此外，天然气用气量具有阶段性，在一天中用气量的峰谷比较大，天然气输送主网的压力基本恒定，用户端管网的压力也基本保持不变，故天然气压力能回收装置需要适应不同天然气流量并保持用户管网的压力基本恒定，现有的向心透平膨胀发电机组根本不能满足此类要求。
实用新型内容
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，以实现对天然气压力能的有效回收。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组包括:向心透平10，其包含多片导叶；齿轮箱20，包括相互啮合的高速齿轮21和低速齿轮22，其中，高速齿轮的齿轮轴与向心透平10的叶轮轴连接；发电机组30，其主轴和齿轮箱20的低速齿轮的齿轮轴连接，其利用低速齿轮的齿轮轴输出的扭矩进行发电；以及电流输出模块40，其将发电机组30产生的电能向外输出。
[0008]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，向心透平10和齿轮箱20的连接部位采用干气密封结构15进行密封，密封气为氮气。
[0009]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，高速齿轮21的齿轮轴与向心透平10的叶轮轴直接连接。
[0010]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，高速齿轮的齿轮轴采用径向轴承；在高速齿轮的齿的两侧分别设置推力盘23，该推力盘23的下方与低速齿轮的齿的两侧相接触，高速齿轮所承受的轴向力通过该推力盘23传递给低速齿轮；在低速齿轮的两侧设置止推轴承24，由推力盘23传递而来的轴向力由该止推轴承24抵消。
[0011]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，向心透平10包括:多片导叶；以及导叶角度调节部件14，其对多片导叶的角度进行调整。
[0012]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，发电机组包括:励磁电流调节模块31，其调节发电机组30中发电机的励磁电流，进而改变向心透平10的载荷。
[0013]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，电流输出模块40包括:正常输出通路，将发电机组30产生的电能直接向外输出；以及整流输出通路，将发电机组30产生的电能整流为额定频率后向外输出；其中，正常输出通路和整流输出通路其中之一连通，其中另一断开，从而将发电机组30产生的电能向外输出。
[0014]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中，正常输出通路包括:第一电磁开关41，其前端连接至发电机组30的功率输出端，其后端连接至定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端；整流输出通路包括:整流器42，其前端通过第二电磁开关43连接至发电机组30的功率输出端，其后端通过第三电磁开关44连接至定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端，其对流经的电流进行频率调整。
[0015]优选地，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组还包括:流量传感器11，设置于向心透平10的入口或出口 ；入口压力传感器12和出口压力传感器13，分别设置于向心透平10的入口和出口 ；以及转速传感器25，其对低速齿轮的齿轮轴、高速齿轮的齿轮轴，或发电机组30的主轴，的转速进行检测。
[0016](三)有益效果
[0017]从上述技术方案可以看出，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组具有以下有益效果:
[0018](I)通过向心透平将天然气能量回收，产生电能，从而解决能源浪费的问题；
[0019](2)干气密封结构对向心透平轮背进行密封，并根据向心透平导叶后天然气压力自动调节密封气压力，可保证不同工况下的密封效果；
[0020](3)高速齿轮的齿轮轴与向心透平的叶轮轴直接相连，相比于传统的向心透平和齿轮箱的连接，省略了连轴器和两套轴承，使整个机组的功耗降低，发电量增加；
[0021](4)对向心透平导叶和转速调节，保证向心透平膨胀比恒定；
[0022](5)发电机产生电能有两个通路输送给用电端，根据转速传感器信号自动调节，保持电能频率恒定；
[0023](6)向心透平轴向力通过高速齿轮轴传递给低速齿轮轴，减少止推轴承功耗，提高机组发电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为根据本实用新型实施例定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的结构示意图；
[0025]图2为图1所示定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中控制器的控制流程。
[0026]【主要元件符号说明】
[0027]10-向心透平；
[0028]11-流量传感器； 12、13-压力传感器；
[0029]14-导叶调节部件；15-干气密封结构；
[0030]20-齿轮箱；
[0031]21-高速齿轮； 22-低速齿轮；
[0032]23-推力盘；24-低速止推轴承；
[0033]25-转速传感器；
[0034]30-发电机组；
[0035]31-励磁电流调节模块；
[0036]40-电流输出模块；
[0037]42-整流器； 41、43、44-电磁开关；
[0038]45-控制器。
【具体实施方式】
[0039]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0040]本实用新型利用天然气主网和用户管网的压差，通过向心透平产生机械轴功带动发电机产生电能，通过调节向心透平导叶开度和转速，保持向心透平的膨胀比恒定，根据向心透平的转速，控制发电机与用电端的通路，保持输出电能频率恒定。
[0041]在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组。图1为根据本实用新型实施例定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的结构示意图。如图1所示，本实施例定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组包括:向心透平10，其包含多片导叶，其入口连接至天然气主网，其出口连接至用户管网；齿轮箱20，包括相互啮合的高速齿轮21和低速齿轮22，其中高速齿轮21的齿轮轴与向心透平10的叶轮轴连接；发电机组30，其主轴和齿轮箱20的低速齿轮的齿轮轴连接；电流输出模块40，其将发电机组30产生的电能向外输出。
[0042]本实施例定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组通过向心透平将天然气能量回收，产生电能，实现了对天然气压力能的有效回收，从而解决能源浪费的问题
[0043]以下对本实施例定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的各个组成部分进行详细说明。
[0044]本实施例中，该向心透平10包括:多片导叶以及对该多片导叶的角度进行调整的导叶角度调节部件14。其中，在该向心透平的入口设置入口流量传感器11和入口压力传感器12，其出口设置出口压力传感器13。
[0045]现有技术中，具有导叶角度调节功能的向心透平在现有技术中已经出现，此处不再对其进行详细描述。
[0046]本实施例中流量传感器也可以布置在向心透平的出口，本领域技术人员应当明白，在向心透平入口和出口布置流量传感器所实现的流量测量功能是一样的，故向心透平出口设置流量传感器也在本实用新型的保护范围之内。
[0047]向心透平10的叶轮轴连接至齿轮箱20的高速齿轮的齿轮轴上。在向心透平10与齿轮箱的连接部位，采用干气密封结构，防止向心透平10内的天然气向外泄露。其中，该干气密封结构15采用氮气作为密封气,该氮气的压力比向心透平叶轮背部的压力稍高。
[0048]在齿轮箱20中，高速齿轮的齿轮轴与向心透平的叶轮轴直接相连，相比于传统的向心透平和齿轮箱的连接，省略了连轴器和两套轴承，使整个机组的功耗降低，发电量增加。
[0049]在向心透平的工作过程中，叶轮会产生沿出口向外的轴向力。由于向心透平的叶轮轴与齿轮箱高速齿轮的齿轮轴相连接，该轴向力传递给了高速齿轮的齿轮轴。一般情况下，高速齿轮的齿轮轴的两侧采用高速止推轴承来消除该轴向力，然而这样会导致功率损耗过大。
[0050]本实施例中，高速齿轮的齿轮轴采用径向轴承，在高速齿轮的齿的两侧分别设置推力盘23，该推力盘的下方与低速齿轮齿的两侧相接触。高速齿轮所承受的轴向力通过该推力盘传递给低速齿轮。在低速齿轮的两侧设置低速止推轴承24。由推力盘23传递而来的轴向力由该低速止推轴承来抵消。
[0051]本领域技术人员可以看得出来，同样的轴向力情况下，低速止推轴承所产生的功耗比高速止推轴承所产生的功耗要小的多，通过将高速齿轮的齿轮轴承受的轴向力传递给低速齿轮，进而由低速止推轴承来抵消，可以大大的减小功率损耗，提高机组效率。
[0052]发电机组30为励磁电流可调的发电机组，其主轴和齿轮箱20低速齿轮的齿轮轴相连，用于利用低速齿轮的齿轮轴输出的扭矩进行发电。通过励磁电流调节模块31为调节发电机的励磁电流，改变向心透平载荷的大小，从而调节向心透平的转速。
[0053]在齿轮箱20的外壳上设置有转速传感器25，以检测低速齿轮的齿轮轴的转速。本领域技术人员应当清楚，该转速传感器同样可以设置在发电机组主轴处或高速齿轮的齿轮轴上，同样能够实现本实用新型。
[0054]电流输出模块40,用于将发电机组产生的电能向外输出，包括:正常输出通路、整流输出通路以及控制器45。
[0055]请参照图1，正常输出通路包括:第一电磁开关41，其前端连接至发电机组30的功率输出端，其后端连接至定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端。整流输出通路包括:整流器42，其前端通过第二电磁开关43连接至发电机组30的功率输出端，其后端通过第三电磁开关44连接至定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端，用于对发电机组产生的电能转换为预定频率。
[0056]在整流输出通路中，当发电机产生的电能偏离额定频率时，整流器将电能的频率转换为电网的额定频率50Hz或60Hz。为了避免对整流器造成不利影响，在整流器和前端和后端均设置电磁开关，但本实用新型并不以此为限。在本实用新型其他实施例中，也可以在整流器的前端或后端只设置一个电磁开关，同样能够实现本实用新型。
[0057]控制器，其信号输入端连接至所述入口流量传感器11、入口压力传感器12、出口压力传感器13、转速传感器25，其信号输出端连接至所述导叶角度调节部件14、励磁电流调节模块31、第一电磁开关41、第二电磁开关43和第三电磁开关44，用于由入口压力传感器和出口压力传感器计算向心透平的实际膨胀比，并通过调整所述导叶角度调节部件、励磁电流调节模块、正常输出通路、整流输出通路，使所述实际膨胀比与向心透平的预设膨胀比相比，在预设范围内浮动。
[0058]图2为图1所示定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组中控制器的控制流程。如图2所示，控制器的控制流程如下:
[0059]步骤A，依据入口流量传感器11获取向心透平的实际流量Qk ；
[0060]步骤B，将实际流量Qk与向心透平的设计流量Qd做对比，当向心透平的实际流量Qe在设计流量Qd的100% -120%范围内，执行步骤C ；当向心透平的实际流量Qk在设计流量Qd的80 % -100 %范围内，执行步骤D ;当向心透平的实际流量Qk在设计流量Qd的80 %以下，执行E ;
[0061]步骤C，导叶角度调节部件14发出指令，令其增加导叶的开度，来保持向心透平的膨胀比恒定，并通过正常输出通路向外界输出电能；
[0062]本步骤中，随着流量增加，向心透平的膨胀比将增加，需要通过增大向心透平导叶开度来减小向心透平膨胀比，保持向心透平的膨胀比恒定
[0063]该通过导叶进行调节的步骤C具体包括:
[0064]子步骤Cl，向导叶角度调节部件14发出指令，令其按照预设的角度粗调步长逐渐增加导叶开度，将向心透平的实际膨胀比调整至预设膨胀比的粗调范围内；
[0065]该子步骤Cl的粗调中，粗调步长的导叶角度开度的调节幅度为1°，其具体包括:
[0066]子分步骤Cla,向导叶角度调节部件14发出指令,令其增加向心透平导叶角度1° ;
[0067]子分步骤Clb，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取增大向心透平导叶角度后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较；
[0068]子分步骤Clc，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，重新执行子步骤Cla、Clb ；
[0069]子分步骤Cld，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，则向导叶角度调节部件14发出指令，令其减小向心透平导叶角度1°。
[0070]本子分步骤中，上一次导叶角度下向心透平膨胀机进出口膨胀比比设计膨胀比大，增加第一粗调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比小，然后向心透平导叶开度回到上一次的导叶开度。
[0071]子步骤C2，向导叶角度调节部件14发出指令，令其按照预设的角度细调步长逐渐增加导叶开度，将向心透平的实际膨胀比调整至预设膨胀比细调范围内；
[0072]该子步骤C2的细调中，细调步长的导叶角度开度的调节幅度为第一粗调步长调节幅度的1/10，其具体包括:
[0073]子分步骤C2a，向导叶角度调节部件14发出指令，令其增加向心透平导叶角度0.1。；
[0074]子分步骤C2b，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取增大向心透平导叶角度后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较；
[0075]子分步骤C2c，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，重新执行子步骤C2a、C2b ；
[0076]子分步骤C2d，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，则向导叶角度调节部件14发出指令，令其减小向心透平导叶角度0.1°。
[0077]同样，本子分步骤中，上一次导叶角度向心透平膨胀机进出口膨胀比比设计膨胀比大，增加细调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比小，然后向心透平导叶开度回到上一次的导叶开度
[0078]至此，以此方式，逐步减小导叶的调节幅度，增大导叶开度，使得向心透平进出口的实际膨胀比与设计膨胀比的误差在1%以内，调节结束。
[0079]此外，通过正常输出通路向外界输出电能通过控制第一电磁开关41打开，第二电磁开关43和44关闭实现。
[0080]步骤D，向导叶角度调节部件14发出指令，令其通过减小导叶的开度，来保持向心透平的膨胀比恒定，通过正常输出通路向外界输出电能；
[0081]本步骤中，随着流量减小，向心透平的膨胀比将降低，需要通过减小向心透平导叶开度来增加向心透平膨胀比，保持向心透平的膨胀比恒定。
[0082]该通过导叶进行调节的步骤D具体包括:
[0083]子步骤D1，向导叶角度调节部件14发出指令，令其按照预设的角度粗调步长逐渐减小导叶开度，第一粗调步长的导叶角度开度的调节幅度为1°，将向心透平的实际膨胀比调整至预设膨胀比的粗调范围内；
[0084]子分步骤Dla，向导叶角度调节部件14发出指令，令其减小向心透平导叶角度1° ;
[0085]子分步骤Dlb，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取减小向心透平导叶角度后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较；
[0086]子分步骤Dlc，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，重新执行子步骤Dla、Dlb ；
[0087]子分步骤Did，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，则向导叶角度调节部件14发出指令，令其增大向心透平导叶角度1° ;
[0088]本子分步骤中，上一次导叶角度下向心透平膨胀机进出口膨胀比设计膨胀比小，减小第一粗调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比大，然后向心透平导叶开度回到上一次的导叶开度。
[0089]子步骤D2，向导叶角度调节部件14发出指令，令其按照预设的细调步长逐渐减小导叶开度，细调步长的导叶角度开度的调节幅度为第一粗调步长调节幅度的1/10，将向心透平的实际膨胀比对应的导叶角度与预设膨胀比对应的导叶角度调整值0.1°范围内；
[0090]子分步骤D2a，向导叶角度调节部件14发出指令，令其减小向心透平导叶角度0.1。；
[0091]子分步骤D2b，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取减小向心透平导叶角度后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较；
[0092]子分步骤D2c，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，重新执行子步骤D2a、D2b ；
[0093]子分步骤D2d，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，则向导叶角度调节部件14发出指令，令其增大向心透平导叶角度0.1°。
[0094]同样，本子分步骤中，上一次导叶角度向心透平膨胀机进出口膨胀比设计膨胀比小，增加细调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比大，然后向心透平导叶开度回到上一次的导叶开度。
[0095]至此，以此方式，逐步减小导叶的调节幅度，减小导叶开度，使得向心透平进出口的实际膨胀比与设计膨胀比的误差在1%以内，调节结束。
[0096]此外，通过正常输出通路向外界输出电能通过控制第一电磁开关41打开，第二电磁开关43和44关闭实现。
[0097]步骤E:向励磁电流调节模块31发出指令，令其减小励磁电流，从而减小发电机组30的负载，通过发电机组的转速间接调节向心透平的转速，通过增加向心透平的转速保持向心透平的膨胀比不变，并由整流输出通路输出电能。
[0098]本步骤中，随着流量减小，向心透平的膨胀比将减小，需要通过增大向心透平转速来增加向心透平膨胀比，保持向心透平的膨胀比恒定
[0099]该通过导叶进行调节的步骤E具体包括:
[0100]子步骤E1，向励磁电流调节模块31发出指令，令其按照预设的转速粗调步长增加发电机组中发电机的转速，进而增加向心透平转速，将向心透平的实际膨胀比调整至预设膨胀比的粗调范围内；
[0101]本子步骤El中，转速粗调步长的向心透平转速的调节幅度为50X (齿轮箱变数比N) r/min,具体包括:
[0102]子分步骤Ela，向励磁电流调节模块31发出指令，令其逐渐增加发电机组中发电机的转速增加50r/min，进而增加向心透平转速50X (齿轮箱变数比N)r/min ；
[0103]子分步骤Elb，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取增大向心透平转速后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较。
[0104]子分步骤Elc，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，重新执行子步骤Ela、Elb ；
[0105]子分步骤Eld，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，则向励磁电流调节模块31发出指令，令其增加发电机组中发电机的转速50r/min，进而减小向心透平转速50X (齿轮箱变数比 N) r/min ；
[0106]本子分步骤中，上一次向心透平转速下向心透平膨胀机进出口膨胀比比设计膨胀比小，增加转速粗调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比大，然后向心透平的转速回到上一次的转速。
[0107]子步骤E2，向励磁电流调节模块31发出指令，令其按照预设的转速细调步长增加发电机组中发电机的转速，进而增加向心透平转速，将向心透平的实际膨胀比对应的转速与预设膨胀比对应的转速调整在5X (齿轮箱变数比N)r/min范围内；
[0108]该子步骤E2中，细调步长的转速的调节幅度为转速粗调步长调节幅度的1/10，具体包括:
[0109]子分步骤E2a，向励磁电流调节模块31发出指令，令其增加发电机组中发电机的转速5r/min,进而增加向心透平转速5X (齿轮箱变数比N)r/min ；
[0110]子分步骤E2b，采集入口压力传感器12和出口压力传感器13的压力值，获取增大向心透平转速后向心透平进出口的压力值，获得向心透平的实际膨胀比，并与向心透平预设的膨胀比进行比较；
[0111]子分步骤E2c，如果实际膨胀比低于预设膨胀比，重新执行子步骤E2a、E2b ；
[0112]子分步骤E2d，如果实际膨胀比高于预设膨胀比，则向励磁电流调节模块31发出指令，令其减小发电机组中发电机的转速5r/min，进而减小向心透平转速5X (齿轮箱变数比 N)r/min。
[0113]同样，本子分步骤中，上一次转速下向心透平膨胀机进出口膨胀比比设计膨胀比小，增加细调步长后向心透平的膨胀比比设计膨胀比大，然后向心透平转速回到上一次的转速。
[0114]以此方式，逐步减小转速的调节幅度，增大向心透平转速，使得向心透平进出口的实际膨胀比与设计膨胀比的误差在1%以内，调节结束。
[0115]此外，上述的通过整流输出通路向外界输出电能，通过控制第一电磁开关41关闭，第二电磁开关43和44打开实现。
[0116]本领域技术人员应当了解，天然气管线的流量变化范围较大，而目前的向心透平在定膨胀比下的流量调节范围较小，目前的天然气膨胀发电机组都是根据管线的最小气量来进行配置，使得膨胀发电机组一直处在额定流量下工作，这将高峰时段多余的天然气的能量白白浪费，不能进行回收。通过本实用新型的结构形式，可以将不同气流的情况下的天然气压力能进行回收，同时也能保证天然气管线上恒定的膨胀比，根据天然气入口进气量，调节向心透平导叶或向心透平转速，实现向心透平出口压力恒定，保证该向心透平为定膨胀比的向心透平。
[0117]至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组有了清楚的认识。
[0118]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:电磁开关可以用普通开断路开关来代替。
[0119]综上所述，本实用新型定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组即实现天然气能量回收，又能满足不同气量的需求，适用于不同用户端的用气量需求，具有造价低、工作稳定、能源利用效率高等特点，具有广阔的应用前景。
[0120]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，包括: 向心透平(10)，其包含多片导叶； 齿轮箱(20)，包括相互啮合的高速齿轮(21)和低速齿轮(22)，其中，所述高速齿轮的齿轮轴与所述向心透平(10)的叶轮轴连接； 发电机组(30)，其主轴和所述齿轮箱(20)的低速齿轮的齿轮轴连接，其利用低速齿轮的齿轮轴输出的扭矩进行发电；以及 电流输出模块(40),其将所述发电机组(30)产生的电能向外输出。
2.根据权利要求1所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述向心透平(10)和齿轮箱(20)的连接部位采用干气密封结构(15)进行密封，其密封气为氮气。
3.根据权利要求1所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述高速齿轮(21)的齿轮轴与所述向心透平(10)的叶轮轴直接连接。
4.根据权利要求1所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述高速齿轮的齿轮轴采用径向轴承； 在高速齿轮的齿的两侧分别设置推力盘(23)，该推力盘(23)的下方与低速齿轮的齿的两侧相接触，所述高速齿轮所承受的轴向力通过该推力盘(23)传递给低速齿轮； 在低速齿轮的两侧设置止推轴承(24)，由所述推力盘(23)传递而来的轴向力由该止推轴承(24)抵消。
5.根据权利要求1所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述向心透平(10)包括: 所述多片导叶；以及 导叶角度调节部件(14)，其对所述多片导叶的角度进行调整。
6.根据权利要求5所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述发电机组包括: 励磁电流调节模块(31)，其调节所述发电机组(30)中发电机的励磁电流，进而改变所述向心透平(10)的载荷。
7.根据权利要求6所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，所述电流输出模块(40)包括: 正常输出通路，将发电机组(30)产生的电能直接向外输出；以及 整流输出通路，将发电机组(30)产生的电能整流为额定频率后向外输出； 其中，所述正常输出通路和整流输出通路其中之一连通，其中另一断开，从而将所述发电机组(30)产生的电能向外输出。
8.根据权利要求7所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于: 所述正常输出通路包括:第一电磁开关(41)，其前端连接至所述发电机组(30)的功率输出端，其后端连接至所述定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端； 所述整流输出通路包括:整流器(42)，其前端通过第二电磁开关(43)连接至发电机组(30)的功率输出端，其后端通过第三电磁开关(44)连接至所述定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组的功率输出端，其对流经的电流进行频率调整。
9.根据权利要求7所述的定膨胀比天然气向心透平膨胀发电机组，其特征在于，还包 括: 流量传感器(11)，设置于所述向心透平(10)的入口或出口 ； 入口压力传感器(12)和出口压力传感器(13)，分别设置于所述向心透平(10)的入口和出口 ；以及 转速传感器(25)，其对低速齿轮的齿轮轴、高速齿轮的齿轮轴，或发电机组(30)的主轴，的转速进行检测。
【文档编号】F01D11/06GK204041129SQ201420447747
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】张雪辉, 陈海生, 朱阳历, 李文, 左志涛, 谭春青 申请人:中国科学院工程热物理研究所