定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組。該定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組包括：向心透平，其包含多片導(dǎo)葉；齒輪箱，包括相互嚙合的高速齒輪和低速齒輪，其中，高速齒輪的齒輪軸與向心透平的葉輪軸連接；發(fā)電機(jī)組，其主軸和齒輪箱的低速齒輪的齒輪軸連接，其利用低速齒輪的齒輪軸輸出的扭矩進(jìn)行發(fā)電；以及電流輸出模塊，其將發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能向外輸出。本實(shí)用新型通過向心透平將天然氣能量回收，產(chǎn)生電能，從而解決能源浪費(fèi)的問題。
【專利說明】定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及機(jī)電行業(yè)流體發(fā)電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著天然氣的廣泛應(yīng)用，天然氣的消費(fèi)量不斷攀升。對(duì)天然氣壓力能進(jìn)行回收并利用其進(jìn)行發(fā)電成為本領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)熱點(diǎn)。目前，并沒有對(duì)天然氣壓力能進(jìn)行回收的裝置。
[0003]此外，天然氣用氣量具有階段性，在一天中用氣量的峰谷比較大，天然氣輸送主網(wǎng)的壓力基本恒定，用戶端管網(wǎng)的壓力也基本保持不變，故天然氣壓力能回收裝置需要適應(yīng)不同天然氣流量并保持用戶管網(wǎng)的壓力基本恒定，現(xiàn)有的向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組根本不能滿足此類要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣壓力能的有效回收。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組包括:向心透平10，其包含多片導(dǎo)葉；齒輪箱20，包括相互嚙合的高速齒輪21和低速齒輪22，其中，高速齒輪的齒輪軸與向心透平10的葉輪軸連接；發(fā)電機(jī)組30，其主軸和齒輪箱20的低速齒輪的齒輪軸連接，其利用低速齒輪的齒輪軸輸出的扭矩進(jìn)行發(fā)電；以及電流輸出模塊40，其將發(fā)電機(jī)組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0008]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，向心透平10和齒輪箱20的連接部位采用干氣密封結(jié)構(gòu)15進(jìn)行密封，密封氣為氮?dú)狻?br>
[0009]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，高速齒輪21的齒輪軸與向心透平10的葉輪軸直接連接。
[0010]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，高速齒輪的齒輪軸采用徑向軸承；在高速齒輪的齒的兩側(cè)分別設(shè)置推力盤23，該推力盤23的下方與低速齒輪的齒的兩側(cè)相接觸，高速齒輪所承受的軸向力通過該推力盤23傳遞給低速齒輪；在低速齒輪的兩側(cè)設(shè)置止推軸承24，由推力盤23傳遞而來(lái)的軸向力由該止推軸承24抵消。
[0011]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，向心透平10包括:多片導(dǎo)葉；以及導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件14，其對(duì)多片導(dǎo)葉的角度進(jìn)行調(diào)整。
[0012]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，發(fā)電機(jī)組包括:勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31，其調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組30中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而改變向心透平10的載荷。
[0013]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，電流輸出模塊40包括:正常輸出通路，將發(fā)電機(jī)組30產(chǎn)生的電能直接向外輸出；以及整流輸出通路，將發(fā)電機(jī)組30產(chǎn)生的電能整流為額定頻率后向外輸出；其中，正常輸出通路和整流輸出通路其中之一連通，其中另一斷開，從而將發(fā)電機(jī)組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0014]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中，正常輸出通路包括:第一電磁開關(guān)41，其前端連接至發(fā)電機(jī)組30的功率輸出端，其后端連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端；整流輸出通路包括:整流器42，其前端通過第二電磁開關(guān)43連接至發(fā)電機(jī)組30的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關(guān)44連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端，其對(duì)流經(jīng)的電流進(jìn)行頻率調(diào)整。
[0015]優(yōu)選地，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組還包括:流量傳感器11，設(shè)置于向心透平10的入口或出口 ；入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13，分別設(shè)置于向心透平10的入口和出口 ；以及轉(zhuǎn)速傳感器25，其對(duì)低速齒輪的齒輪軸、高速齒輪的齒輪軸，或發(fā)電機(jī)組30的主軸，的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)。
[0016](三)有益效果
[0017]從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組具有以下有益效果:
[0018](I)通過向心透平將天然氣能量回收，產(chǎn)生電能，從而解決能源浪費(fèi)的問題；
[0019](2)干氣密封結(jié)構(gòu)對(duì)向心透平輪背進(jìn)行密封，并根據(jù)向心透平導(dǎo)葉后天然氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)密封氣壓力，可保證不同工況下的密封效果；
[0020](3)高速齒輪的齒輪軸與向心透平的葉輪軸直接相連，相比于傳統(tǒng)的向心透平和齒輪箱的連接，省略了連軸器和兩套軸承，使整個(gè)機(jī)組的功耗降低，發(fā)電量增加；
[0021](4)對(duì)向心透平導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，保證向心透平膨脹比恒定；
[0022](5)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能有兩個(gè)通路輸送給用電端，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持電能頻率恒定；
[0023](6)向心透平軸向力通過高速齒輪軸傳遞給低速齒輪軸，減少止推軸承功耗，提高機(jī)組發(fā)電效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1所示定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中控制器的控制流程。
[0026]【主要元件符號(hào)說明】
[0027]10-向心透平；
[0028]11-流量傳感器； 12、13-壓力傳感器；
[0029]14-導(dǎo)葉調(diào)節(jié)部件；15-干氣密封結(jié)構(gòu)；
[0030]20-齒輪箱；
[0031]21-高速齒輪； 22-低速齒輪；
[0032]23-推力盤；24-低速止推軸承；
[0033]25-轉(zhuǎn)速傳感器；
[0034]30-發(fā)電機(jī)組；
[0035]31-勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊；
[0036]40-電流輸出模塊；
[0037]42-整流器； 41、43、44-電磁開關(guān)；
[0038]45-控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0040]本實(shí)用新型利用天然氣主網(wǎng)和用戶管網(wǎng)的壓差，通過向心透平產(chǎn)生機(jī)械軸功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，通過調(diào)節(jié)向心透平導(dǎo)葉開度和轉(zhuǎn)速，保持向心透平的膨脹比恒定，根據(jù)向心透平的轉(zhuǎn)速，控制發(fā)電機(jī)與用電端的通路，保持輸出電能頻率恒定。
[0041]在本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組。圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組包括:向心透平10，其包含多片導(dǎo)葉，其入口連接至天然氣主網(wǎng)，其出口連接至用戶管網(wǎng)；齒輪箱20，包括相互嚙合的高速齒輪21和低速齒輪22，其中高速齒輪21的齒輪軸與向心透平10的葉輪軸連接；發(fā)電機(jī)組30，其主軸和齒輪箱20的低速齒輪的齒輪軸連接；電流輸出模塊40，其將發(fā)電機(jī)組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0042]本實(shí)施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組通過向心透平將天然氣能量回收，產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然氣壓力能的有效回收，從而解決能源浪費(fèi)的問題
[0043]以下對(duì)本實(shí)施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044]本實(shí)施例中，該向心透平10包括:多片導(dǎo)葉以及對(duì)該多片導(dǎo)葉的角度進(jìn)行調(diào)整的導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件14。其中，在該向心透平的入口設(shè)置入口流量傳感器11和入口壓力傳感器12，其出口設(shè)置出口壓力傳感器13。
[0045]現(xiàn)有技術(shù)中，具有導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)功能的向心透平在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)，此處不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0046]本實(shí)施例中流量傳感器也可以布置在向心透平的出口，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在向心透平入口和出口布置流量傳感器所實(shí)現(xiàn)的流量測(cè)量功能是一樣的，故向心透平出口設(shè)置流量傳感器也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0047]向心透平10的葉輪軸連接至齒輪箱20的高速齒輪的齒輪軸上。在向心透平10與齒輪箱的連接部位，采用干氣密封結(jié)構(gòu)，防止向心透平10內(nèi)的天然氣向外泄露。其中，該干氣密封結(jié)構(gòu)15采用氮?dú)庾鳛槊芊鈿?該氮?dú)獾膲毫Ρ认蛐耐钙饺~輪背部的壓力稍高。
[0048]在齒輪箱20中，高速齒輪的齒輪軸與向心透平的葉輪軸直接相連，相比于傳統(tǒng)的向心透平和齒輪箱的連接，省略了連軸器和兩套軸承，使整個(gè)機(jī)組的功耗降低，發(fā)電量增加。
[0049]在向心透平的工作過程中，葉輪會(huì)產(chǎn)生沿出口向外的軸向力。由于向心透平的葉輪軸與齒輪箱高速齒輪的齒輪軸相連接，該軸向力傳遞給了高速齒輪的齒輪軸。一般情況下，高速齒輪的齒輪軸的兩側(cè)采用高速止推軸承來(lái)消除該軸向力，然而這樣會(huì)導(dǎo)致功率損耗過大。
[0050]本實(shí)施例中，高速齒輪的齒輪軸采用徑向軸承，在高速齒輪的齒的兩側(cè)分別設(shè)置推力盤23，該推力盤的下方與低速齒輪齒的兩側(cè)相接觸。高速齒輪所承受的軸向力通過該推力盤傳遞給低速齒輪。在低速齒輪的兩側(cè)設(shè)置低速止推軸承24。由推力盤23傳遞而來(lái)的軸向力由該低速止推軸承來(lái)抵消。
[0051]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看得出來(lái)，同樣的軸向力情況下，低速止推軸承所產(chǎn)生的功耗比高速止推軸承所產(chǎn)生的功耗要小的多，通過將高速齒輪的齒輪軸承受的軸向力傳遞給低速齒輪，進(jìn)而由低速止推軸承來(lái)抵消，可以大大的減小功率損耗，提高機(jī)組效率。
[0052]發(fā)電機(jī)組30為勵(lì)磁電流可調(diào)的發(fā)電機(jī)組，其主軸和齒輪箱20低速齒輪的齒輪軸相連，用于利用低速齒輪的齒輪軸輸出的扭矩進(jìn)行發(fā)電。通過勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31為調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，改變向心透平載荷的大小，從而調(diào)節(jié)向心透平的轉(zhuǎn)速。
[0053]在齒輪箱20的外殼上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器25，以檢測(cè)低速齒輪的齒輪軸的轉(zhuǎn)速。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，該轉(zhuǎn)速傳感器同樣可以設(shè)置在發(fā)電機(jī)組主軸處或高速齒輪的齒輪軸上，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型。
[0054]電流輸出模塊40,用于將發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能向外輸出，包括:正常輸出通路、整流輸出通路以及控制器45。
[0055]請(qǐng)參照?qǐng)D1，正常輸出通路包括:第一電磁開關(guān)41，其前端連接至發(fā)電機(jī)組30的功率輸出端，其后端連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端。整流輸出通路包括:整流器42，其前端通過第二電磁開關(guān)43連接至發(fā)電機(jī)組30的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關(guān)44連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端，用于對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為預(yù)定頻率。
[0056]在整流輸出通路中，當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能偏離額定頻率時(shí)，整流器將電能的頻率轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的額定頻率50Hz或60Hz。為了避免對(duì)整流器造成不利影響，在整流器和前端和后端均設(shè)置電磁開關(guān)，但本實(shí)用新型并不以此為限。在本實(shí)用新型其他實(shí)施例中，也可以在整流器的前端或后端只設(shè)置一個(gè)電磁開關(guān)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型。
[0057]控制器，其信號(hào)輸入端連接至所述入口流量傳感器11、入口壓力傳感器12、出口壓力傳感器13、轉(zhuǎn)速傳感器25，其信號(hào)輸出端連接至所述導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件14、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31、第一電磁開關(guān)41、第二電磁開關(guān)43和第三電磁開關(guān)44，用于由入口壓力傳感器和出口壓力傳感器計(jì)算向心透平的實(shí)際膨脹比，并通過調(diào)整所述導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊、正常輸出通路、整流輸出通路，使所述實(shí)際膨脹比與向心透平的預(yù)設(shè)膨脹比相比，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)浮動(dòng)。
[0058]圖2為圖1所示定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組中控制器的控制流程。如圖2所示，控制器的控制流程如下:
[0059]步驟A，依據(jù)入口流量傳感器11獲取向心透平的實(shí)際流量Qk ；
[0060]步驟B，將實(shí)際流量Qk與向心透平的設(shè)計(jì)流量Qd做對(duì)比，當(dāng)向心透平的實(shí)際流量Qe在設(shè)計(jì)流量Qd的100% -120%范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟C ；當(dāng)向心透平的實(shí)際流量Qk在設(shè)計(jì)流量Qd的80 % -100 %范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟D ;當(dāng)向心透平的實(shí)際流量Qk在設(shè)計(jì)流量Qd的80 %以下，執(zhí)行E ;
[0061]步驟C，導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其增加導(dǎo)葉的開度，來(lái)保持向心透平的膨脹比恒定，并通過正常輸出通路向外界輸出電能；
[0062]本步驟中，隨著流量增加，向心透平的膨脹比將增加，需要通過增大向心透平導(dǎo)葉開度來(lái)減小向心透平膨脹比，保持向心透平的膨脹比恒定
[0063]該通過導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟C具體包括:
[0064]子步驟Cl，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的角度粗調(diào)步長(zhǎng)逐漸增加導(dǎo)葉開度，將向心透平的實(shí)際膨脹比調(diào)整至預(yù)設(shè)膨脹比的粗調(diào)范圍內(nèi)；
[0065]該子步驟Cl的粗調(diào)中，粗調(diào)步長(zhǎng)的導(dǎo)葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為1°，其具體包括:
[0066]子分步驟Cla,向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令,令其增加向心透平導(dǎo)葉角度1° ;
[0067]子分步驟Clb，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取增大向心透平導(dǎo)葉角度后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較；
[0068]子分步驟Clc，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Cla、Clb ；
[0069]子分步驟Cld，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，則向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其減小向心透平導(dǎo)葉角度1°。
[0070]本子分步驟中，上一次導(dǎo)葉角度下向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，增加第一粗調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比小，然后向心透平導(dǎo)葉開度回到上一次的導(dǎo)葉開度。
[0071]子步驟C2，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的角度細(xì)調(diào)步長(zhǎng)逐漸增加導(dǎo)葉開度，將向心透平的實(shí)際膨脹比調(diào)整至預(yù)設(shè)膨脹比細(xì)調(diào)范圍內(nèi)；
[0072]該子步驟C2的細(xì)調(diào)中，細(xì)調(diào)步長(zhǎng)的導(dǎo)葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為第一粗調(diào)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)幅度的1/10，其具體包括:
[0073]子分步驟C2a，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其增加向心透平導(dǎo)葉角度0.1。；
[0074]子分步驟C2b，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取增大向心透平導(dǎo)葉角度后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較；
[0075]子分步驟C2c，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟C2a、C2b ；
[0076]子分步驟C2d，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，則向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其減小向心透平導(dǎo)葉角度0.1°。
[0077]同樣，本子分步驟中，上一次導(dǎo)葉角度向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，增加細(xì)調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比小，然后向心透平導(dǎo)葉開度回到上一次的導(dǎo)葉開度
[0078]至此，以此方式，逐步減小導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)幅度，增大導(dǎo)葉開度，使得向心透平進(jìn)出口的實(shí)際膨脹比與設(shè)計(jì)膨脹比的誤差在1%以內(nèi)，調(diào)節(jié)結(jié)束。
[0079]此外，通過正常輸出通路向外界輸出電能通過控制第一電磁開關(guān)41打開，第二電磁開關(guān)43和44關(guān)閉實(shí)現(xiàn)。
[0080]步驟D，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其通過減小導(dǎo)葉的開度，來(lái)保持向心透平的膨脹比恒定，通過正常輸出通路向外界輸出電能；
[0081]本步驟中，隨著流量減小，向心透平的膨脹比將降低，需要通過減小向心透平導(dǎo)葉開度來(lái)增加向心透平膨脹比，保持向心透平的膨脹比恒定。
[0082]該通過導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟D具體包括:
[0083]子步驟D1，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的角度粗調(diào)步長(zhǎng)逐漸減小導(dǎo)葉開度，第一粗調(diào)步長(zhǎng)的導(dǎo)葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為1°，將向心透平的實(shí)際膨脹比調(diào)整至預(yù)設(shè)膨脹比的粗調(diào)范圍內(nèi)；
[0084]子分步驟Dla，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其減小向心透平導(dǎo)葉角度1° ;
[0085]子分步驟Dlb，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取減小向心透平導(dǎo)葉角度后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較；
[0086]子分步驟Dlc，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Dla、Dlb ；
[0087]子分步驟Did，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，則向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其增大向心透平導(dǎo)葉角度1° ;
[0088]本子分步驟中，上一次導(dǎo)葉角度下向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比設(shè)計(jì)膨脹比小，減小第一粗調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，然后向心透平導(dǎo)葉開度回到上一次的導(dǎo)葉開度。
[0089]子步驟D2，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的細(xì)調(diào)步長(zhǎng)逐漸減小導(dǎo)葉開度，細(xì)調(diào)步長(zhǎng)的導(dǎo)葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為第一粗調(diào)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)幅度的1/10，將向心透平的實(shí)際膨脹比對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉角度與預(yù)設(shè)膨脹比對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉角度調(diào)整值0.1°范圍內(nèi)；
[0090]子分步驟D2a，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其減小向心透平導(dǎo)葉角度0.1。；
[0091]子分步驟D2b，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取減小向心透平導(dǎo)葉角度后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較；
[0092]子分步驟D2c，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟D2a、D2b ；
[0093]子分步驟D2d，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，則向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其增大向心透平導(dǎo)葉角度0.1°。
[0094]同樣，本子分步驟中，上一次導(dǎo)葉角度向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比設(shè)計(jì)膨脹比小，增加細(xì)調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，然后向心透平導(dǎo)葉開度回到上一次的導(dǎo)葉開度。
[0095]至此，以此方式，逐步減小導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)幅度，減小導(dǎo)葉開度，使得向心透平進(jìn)出口的實(shí)際膨脹比與設(shè)計(jì)膨脹比的誤差在1%以內(nèi)，調(diào)節(jié)結(jié)束。
[0096]此外，通過正常輸出通路向外界輸出電能通過控制第一電磁開關(guān)41打開，第二電磁開關(guān)43和44關(guān)閉實(shí)現(xiàn)。
[0097]步驟E:向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其減小勵(lì)磁電流，從而減小發(fā)電機(jī)組30的負(fù)載，通過發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速間接調(diào)節(jié)向心透平的轉(zhuǎn)速，通過增加向心透平的轉(zhuǎn)速保持向心透平的膨脹比不變，并由整流輸出通路輸出電能。
[0098]本步驟中，隨著流量減小，向心透平的膨脹比將減小，需要通過增大向心透平轉(zhuǎn)速來(lái)增加向心透平膨脹比，保持向心透平的膨脹比恒定
[0099]該通過導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟E具體包括:
[0100]子步驟E1，向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長(zhǎng)增加發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而增加向心透平轉(zhuǎn)速，將向心透平的實(shí)際膨脹比調(diào)整至預(yù)設(shè)膨脹比的粗調(diào)范圍內(nèi)；
[0101]本子步驟El中，轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長(zhǎng)的向心透平轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)幅度為50X (齒輪箱變數(shù)比N) r/min,具體包括:
[0102]子分步驟Ela，向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其逐漸增加發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加50r/min，進(jìn)而增加向心透平轉(zhuǎn)速50X (齒輪箱變數(shù)比N)r/min ；
[0103]子分步驟Elb，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取增大向心透平轉(zhuǎn)速后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較。
[0104]子分步驟Elc，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Ela、Elb ；
[0105]子分步驟Eld，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，則向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其增加發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速50r/min，進(jìn)而減小向心透平轉(zhuǎn)速50X (齒輪箱變數(shù)比 N) r/min ；
[0106]本子分步驟中，上一次向心透平轉(zhuǎn)速下向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比小，增加轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，然后向心透平的轉(zhuǎn)速回到上一次的轉(zhuǎn)速。
[0107]子步驟E2，向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其按照預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速細(xì)調(diào)步長(zhǎng)增加發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而增加向心透平轉(zhuǎn)速，將向心透平的實(shí)際膨脹比對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)膨脹比對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整在5X (齒輪箱變數(shù)比N)r/min范圍內(nèi)；
[0108]該子步驟E2中，細(xì)調(diào)步長(zhǎng)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)幅度為轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)幅度的1/10，具體包括:
[0109]子分步驟E2a，向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其增加發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速5r/min,進(jìn)而增加向心透平轉(zhuǎn)速5X (齒輪箱變數(shù)比N)r/min ；
[0110]子分步驟E2b，采集入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13的壓力值，獲取增大向心透平轉(zhuǎn)速后向心透平進(jìn)出口的壓力值，獲得向心透平的實(shí)際膨脹比，并與向心透平預(yù)設(shè)的膨脹比進(jìn)行比較；
[0111]子分步驟E2c，如果實(shí)際膨脹比低于預(yù)設(shè)膨脹比，重新執(zhí)行子步驟E2a、E2b ；
[0112]子分步驟E2d，如果實(shí)際膨脹比高于預(yù)設(shè)膨脹比，則向勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其減小發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速5r/min，進(jìn)而減小向心透平轉(zhuǎn)速5X (齒輪箱變數(shù)比 N)r/min。
[0113]同樣，本子分步驟中，上一次轉(zhuǎn)速下向心透平膨脹機(jī)進(jìn)出口膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比小，增加細(xì)調(diào)步長(zhǎng)后向心透平的膨脹比比設(shè)計(jì)膨脹比大，然后向心透平轉(zhuǎn)速回到上一次的轉(zhuǎn)速。
[0114]以此方式，逐步減小轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)幅度，增大向心透平轉(zhuǎn)速，使得向心透平進(jìn)出口的實(shí)際膨脹比與設(shè)計(jì)膨脹比的誤差在1%以內(nèi)，調(diào)節(jié)結(jié)束。
[0115]此外，上述的通過整流輸出通路向外界輸出電能，通過控制第一電磁開關(guān)41關(guān)閉，第二電磁開關(guān)43和44打開實(shí)現(xiàn)。
[0116]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，天然氣管線的流量變化范圍較大，而目前的向心透平在定膨脹比下的流量調(diào)節(jié)范圍較小，目前的天然氣膨脹發(fā)電機(jī)組都是根據(jù)管線的最小氣量來(lái)進(jìn)行配置，使得膨脹發(fā)電機(jī)組一直處在額定流量下工作，這將高峰時(shí)段多余的天然氣的能量白白浪費(fèi)，不能進(jìn)行回收。通過本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)形式，可以將不同氣流的情況下的天然氣壓力能進(jìn)行回收，同時(shí)也能保證天然氣管線上恒定的膨脹比，根據(jù)天然氣入口進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)向心透平導(dǎo)葉或向心透平轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)向心透平出口壓力恒定，保證該向心透平為定膨脹比的向心透平。
[0117]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0118]此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如:電磁開關(guān)可以用普通開斷路開關(guān)來(lái)代替。
[0119]綜上所述，本實(shí)用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組即實(shí)現(xiàn)天然氣能量回收，又能滿足不同氣量的需求，適用于不同用戶端的用氣量需求，具有造價(jià)低、工作穩(wěn)定、能源利用效率高等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0120]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括: 向心透平(10)，其包含多片導(dǎo)葉； 齒輪箱(20)，包括相互嚙合的高速齒輪(21)和低速齒輪(22)，其中，所述高速齒輪的齒輪軸與所述向心透平(10)的葉輪軸連接； 發(fā)電機(jī)組(30)，其主軸和所述齒輪箱(20)的低速齒輪的齒輪軸連接，其利用低速齒輪的齒輪軸輸出的扭矩進(jìn)行發(fā)電；以及 電流輸出模塊(40),其將所述發(fā)電機(jī)組(30)產(chǎn)生的電能向外輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述向心透平(10)和齒輪箱(20)的連接部位采用干氣密封結(jié)構(gòu)(15)進(jìn)行密封，其密封氣為氮?dú)狻?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述高速齒輪(21)的齒輪軸與所述向心透平(10)的葉輪軸直接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述高速齒輪的齒輪軸采用徑向軸承； 在高速齒輪的齒的兩側(cè)分別設(shè)置推力盤(23)，該推力盤(23)的下方與低速齒輪的齒的兩側(cè)相接觸，所述高速齒輪所承受的軸向力通過該推力盤(23)傳遞給低速齒輪； 在低速齒輪的兩側(cè)設(shè)置止推軸承(24)，由所述推力盤(23)傳遞而來(lái)的軸向力由該止推軸承(24)抵消。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述向心透平(10)包括: 所述多片導(dǎo)葉；以及 導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)部件(14)，其對(duì)所述多片導(dǎo)葉的角度進(jìn)行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)組包括: 勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模塊(31)，其調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)組(30)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而改變所述向心透平(10)的載荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述電流輸出模塊(40)包括: 正常輸出通路，將發(fā)電機(jī)組(30)產(chǎn)生的電能直接向外輸出；以及 整流輸出通路，將發(fā)電機(jī)組(30)產(chǎn)生的電能整流為額定頻率后向外輸出； 其中，所述正常輸出通路和整流輸出通路其中之一連通，其中另一斷開，從而將所述發(fā)電機(jī)組(30)產(chǎn)生的電能向外輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于: 所述正常輸出通路包括:第一電磁開關(guān)(41)，其前端連接至所述發(fā)電機(jī)組(30)的功率輸出端，其后端連接至所述定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端； 所述整流輸出通路包括:整流器(42)，其前端通過第二電磁開關(guān)(43)連接至發(fā)電機(jī)組(30)的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關(guān)(44)連接至所述定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組的功率輸出端，其對(duì)流經(jīng)的電流進(jìn)行頻率調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機(jī)組，其特征在于，還包 括: 流量傳感器(11)，設(shè)置于所述向心透平(10)的入口或出口 ； 入口壓力傳感器(12)和出口壓力傳感器(13)，分別設(shè)置于所述向心透平(10)的入口和出口 ；以及 轉(zhuǎn)速傳感器(25)，其對(duì)低速齒輪的齒輪軸、高速齒輪的齒輪軸，或發(fā)電機(jī)組(30)的主軸，的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】F01D11/06GK204041129SQ201420447747
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】張雪輝, 陳海生, 朱陽(yáng)歷, 李文, 左志濤, 譚春青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所