一种用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组的制作方法

本技术涉及天然气压差发电，尤其涉及一种用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组。

背景技术：

1、天然气输送是利用压缩机增压的办法，将天然气通过管网输送到各级用户，这一过程中根据用户的不同压力需求，需要通过减压阀对天然气进行减压，该过程中存在着巨大的压力能的浪费。利用该压力能进行能量回收的办法是利用天然气压差进行发电。

2、天然气压差发电的核心设备是天然气膨胀发电机组。现有的膨胀机组有四种类型：

3、1、螺杆膨胀机组：为容积式膨胀机，气流伴随螺杆转子之间或螺杆转子与齿轮间在协调旋转过程中的齿间容积的变化，沿轴向流动，达到膨胀降压的目的。螺杆转子具有复杂的三维结构，加工难度大。螺杆膨胀机系统需要增加油气分离器，即把排出的天然气与润滑油进行分离。系统组成由螺杆机+发电机+润滑油系统+动密封系统(机械密封系统)+油气分离器。机组效率低、噪音大、设备占地空间大、天然气易泄漏和设备维护成本高。

4、2、透平膨胀机组：透平为速度式膨胀机，气流通过透平喷嘴提高流速，推动叶轮旋转带动发电机发电。机组由透平膨胀机(以下均简称为透平)+减速机+发电机+润滑油系统+动密封系统(机械密封系统)组成。相较螺杆膨胀机透平本身效率较高，噪音小，但由于机组内连接的设备较多，导致设备间的传动损失较大，天然气易泄漏和设备维护成本高。

5、3、使用油轴承的透平与发电机同轴机组：将透平叶轮与发电机同轴布置，省去中间减速机连接，相较前两种机组系统得到一定简化且减少了传动损失，但由于仍存在润滑油系统和动密封系统(机械密封系统)，动密封失效后导致的天然气泄漏风险仍然存在，而使用油轴承，则限制了透平和发电机转速的提高，从限制了机组效率的提高。

6、4、使用磁悬浮轴承的透平与发电机同轴机组：将透平叶轮与高速永磁同步发电机同轴布置，轴承使用磁悬浮轴承，在透平与高速永磁发电机之间增加动密封系统(干气密封系统)，高速永磁发电机通过独立的冷却水系统进行冷却。该机组由于将透平与发电机同轴布置，省去了减速机，减少传动损失和设备数量，使用高速永磁同步发电机，使得机组具备高转速从而获得高效率，使用磁悬浮轴承省去了润滑系统，机组占地相较前三种机组小，但在透平与高速永磁发电机之间增加的动密封系统如果失效仍然会造成天然气的泄漏，使得该类机组无法实现天然气的零泄漏，存在泄漏的安全隐患，同时在高成本的磁浮高速发电机组的基础上又增加了成本较高的动密封系统(干气密封系统)和独立的电机冷却系统，使得该类型机组系统仍较复杂且缺乏成本经济性的优势。

7、综上所述，天然气压差发电领域缺乏一款能实现发电效率高、系统简单易维护、设备占地空间小、天然气零泄漏、成本经济性优势的天然气压差发电机机组。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种天然气压差发电用透平与发电机同轴机组，从而解决现有技术中存在的前述问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，包括同轴布设的透平设备和高速永磁同步发电机和排气管；

4、所述透平设备包括进气室、静叶内缸体、静叶盘、连接盘、叶轮和蜗壳；所述进气室的出气端与所述蜗壳的进气端同轴固定连接，所述进气室的出气端和所述蜗壳的进气端分别同轴固定连接有静叶盘和连接盘，所述静叶盘与所述连接盘在轴向方向上存在一定间隙；所述静叶内缸体的外壁与所述进气室的内壁固定连接且两者之间存在一定间隙，所述静叶内缸体与所述静叶盘在轴向方向上存在一定间隙，所述叶轮的一端伸展在所述静叶内缸体的内部，所述叶轮的另一端依次穿过所述静叶盘和所述连接盘与发电机转子的输入端固定连接；所述叶轮的外壁与所述静叶盘和所述连接盘的内周壁之间均存在一定间隙；

5、所述高速永磁同步发电机包括前磁轴承组件、电机机壳、发电机定子、散热套、发电机转子和后磁轴承组件；

6、所述发电机转子的输入端和输出端分别与所述前磁轴承组件和所述后磁轴承组件相连，所述前磁轴承组件和所述后磁轴承组件分别与所述散热套的进气端端面和出气端端面固定连接，且两者分别与所述散热套的进气端端面和所述出气端端面之间存在一定间隙；所述散热套设置在所述电机机壳内并与所述电机机壳同轴过盈配合，所述散热套套设在所述发电机定子的外周侧且两者过盈配合；

7、所述散热套的进气端沿其周向设置有多个贯穿其进气端端面和出气端端面的冷却通道，所述冷却通道平行于所述散热套的轴线，所述发电机定子套设在所述发电机转子的外周且两者之间在径向存在一定间隙，所述散热套上沿其周向设置有多个贯穿其进气端和出气端的冷却通道，所述冷却通道平行于其轴线；

8、所述蜗壳的出气端与所述电机机壳的进气端固定连接，所述电机机壳的出气端与所述排气管的进气端固定连接。

9、优选的，所述散热套上设置有散热片，所述散热片位于所述冷却通道内。

10、优选的，所述前磁轴承组件和所述后磁轴承组件均采用磁悬浮轴承，所述发电机转子的两端分别与前磁轴承组件和所述后磁轴承组件间隙配合。

11、优选的，所述静叶内缸体的外壁沿其周向间隔设置有多个向外延伸的连接臂，相邻两个连接臂的静叶内缸体的外壁与进气室的内壁之间存在一定间隙。

12、优选的，所述叶轮经拉杆螺栓与所述发电机转子的输入端固定连接。

13、优选的，所述排气管的出气端与蜗壳的进气端之间、所述蜗壳的出气端与所述电机机壳的进气端之间、所述电机机壳的出气端与所述排气管的进气端之间均采用o型圈密封。

14、本实用新型的有益效果是：1、取消传统机组中的动密封设置，透平设备与发电机内部连通，在透平设备中做功后的天然气气流直接进入发电机中对发电机进行冷却，之后经排气管排出到下游管道中，避免因动密封失效造成天然气泄漏，也能二次利用天然气气流实现对发电机的冷却降温。2、透平设备与发电机同轴设置，省去了传动设备，减少了传动损失和设备占地空间。3、采用磁悬浮轴承，能够实现透平高速高效的特性，且省去了润滑油系统，减少设备维护成本。

技术特征：

1.一种用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：包括同轴布设的透平设备和高速永磁同步发电机和排气管；

2.根据权利要求1所述的用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：所述散热套上设置有散热片，所述散热片位于所述冷却通道内。

3.根据权利要求1所述的用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：所述前磁轴承组件和所述后磁轴承组件均采用磁悬浮轴承，所述发电机转子的两端分别与前磁轴承组件和所述后磁轴承组件间隙配合。

4.根据权利要求1所述的用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：所述静叶内缸体的外壁沿其周向间隔设置有多个向外延伸的连接臂，相邻两个连接臂的静叶内缸体的外壁与进气室的内壁之间存在一定间隙。

5.根据权利要求1所述的用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：所述叶轮经拉杆螺栓与所述发电机转子的输入端固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，其特征在于：所述排气管的出气端与蜗壳的进气端之间、所述蜗壳的出气端与所述电机机壳的进气端之间、所述电机机壳的出气端与所述排气管的进气端之间均采用o型圈密封。

技术总结
本技术提供了一种用于天然气压差发电的透平与发电机同轴机组，包括同轴布设的透平设备和高速永磁同步发电机和排气管，透平设备与高速永磁同步发电机同轴设置，透平设备与高速永磁同步发电机内部连通，高速永磁同步发电机内部与排气管连通。优点是：取消传统机组中的动密封设置，透平设备与发电机内部连通，在透平设备中做功后的天然气气流直接进入发电机中对发电机进行冷却，之后经排气管排出到下游管道中，避免因动密封失效造成天然气泄漏，也能二次利用天然气气流实现对发电机的冷却降温。

技术研发人员：宋本帅,石磊,周佳,丁振东,候可兰,朱刚
受保护的技术使用者：浙江博旭新能源科技有限公司
技术研发日：20230511
技术公布日：2024/1/15