定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組。該定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組包括：向心透平，其包含多片導葉；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行發(fā)電；以及電流輸出模塊，其將發(fā)電機組產(chǎn)生的電能向外輸出。本實用新型通過向心透平將天然氣能量回收，產(chǎn)生電能，從而解決能源浪費的問題。
【專利說明】定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及機電行業(yè)流體發(fā)電機【技術領域】，尤其涉及一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著天然氣的廣泛應用，天然氣的消費量不斷攀升。對天然氣壓力能進行回收并利用其進行發(fā)電成為本領域內(nèi)的研發(fā)熱點。目前，并沒有對天然氣壓力能進行回收的裝置。
[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)電機組根本不能滿足此類要求。
實用新型內(nèi)容
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本實用新型提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組，以實現(xiàn)對天然氣壓力能的有效回收。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組包括:向心透平10，其包含多片導葉；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行發(fā)電；以及電流輸出模塊40，其將發(fā)電機組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0008]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，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進行密封，密封氣為氮氣。
[0009]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，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，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，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)設置止推軸承24，由推力盤23傳遞而來的軸向力由該止推軸承24抵消。
[0011]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，向心透平10包括:多片導葉；以及導葉角度調(diào)節(jié)部件14，其對多片導葉的角度進行調(diào)整。
[0012]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，發(fā)電機組包括:勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31，其調(diào)節(jié)發(fā)電機組30中發(fā)電機的勵磁電流，進而改變向心透平10的載荷。
[0013]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，電流輸出模塊40包括:正常輸出通路，將發(fā)電機組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)電機組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0014]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組中，正常輸出通路包括:第一電磁開關41，其前端連接至發(fā)電機組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43連接至發(fā)電機組30的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關44連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的功率輸出端，其對流經(jīng)的電流進行頻率調(diào)整。
[0015]優(yōu)選地，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組還包括:流量傳感器11，設置于向心透平10的入口或出口 ；入口壓力傳感器12和出口壓力傳感器13，分別設置于向心透平10的入口和出口 ；以及轉(zhuǎn)速傳感器25，其對低速齒輪的齒輪軸、高速齒輪的齒輪軸，或發(fā)電機組30的主軸，的轉(zhuǎn)速進行檢測。
[0016](三)有益效果
[0017]從上述技術方案可以看出，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機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，從而解決能源浪費的問題；
[0019](2)干氣密封結(jié)構(gòu)對向心透平輪背進行密封，并根據(jù)向心透平導葉后天然氣壓力自動調(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，使整個機組的功耗降低，發(fā)電量增加；
[0021](4)對向心透平導葉和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，保證向心透平膨脹比恒定；
[0022](5)發(fā)電機產(chǎn)生電能有兩個通路輸送給用電端，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器信號自動調(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，提高機組發(fā)電效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為根據(jù)本實用新型實施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的結(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)電機組中控制器的控制流程。
[0026]【主要元件符號說明】
[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)電機組；
[0035]31-勵磁電流調(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；
[0038]45-控制器。
【具體實施方式】
[0039]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。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。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應的值。
[0040]本實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)生機械軸功帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能，通過調(diào)節(jié)向心透平導葉開度和轉(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)電機與用電端的通路，保持輸出電能頻率恒定。
[0041]在本實用新型的一個示例性實施例中，提供了一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組。圖1為根據(jù)本實用新型實施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組包括:向心透平10，其包含多片導葉，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)電機組30產(chǎn)生的電能向外輸出。
[0042]本實施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組通過向心透平將天然氣能量回收，產(chǎn)生電能，實現(xiàn)了對天然氣壓力能的有效回收，從而解決能源浪費的問題
[0043]以下對本實施例定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的各個組成部分進行詳細說明。
[0044]本實施例中，該向心透平10包括:多片導葉以及對該多片導葉的角度進行調(diào)整的導葉角度調(diào)節(jié)部件14。其中，在該向心透平的入口設置入口流量傳感器11和入口壓力傳感器12，其出口設置出口壓力傳感器13。
[0045]現(xiàn)有技術中，具有導葉角度調(diào)節(jié)功能的向心透平在現(xiàn)有技術中已經(jīng)出現(xiàn)，此處不再對其進行詳細描述。
[0046]本實施例中流量傳感器也可以布置在向心透平的出口，本領域技術人員應當明白，在向心透平入口和出口布置流量傳感器所實現(xiàn)的流量測量功能是一樣的，故向心透平出口設置流量傳感器也在本實用新型的保護范圍之內(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采用氮氣作為密封氣,該氮氣的壓力比向心透平葉輪背部的壓力稍高。
[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，使整個機組的功耗降低，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消除該軸向力，然而這樣會導致功率損耗過大。
[0050]本實施例中，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)設置低速止推軸承24。由推力盤23傳遞而來的軸向力由該低速止推軸承來抵消。
[0051]本領域技術人員可以看得出來，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，進而由低速止推軸承來抵消，可以大大的減小功率損耗，提高機組效率。
[0052]發(fā)電機組30為勵磁電流可調(diào)的發(fā)電機組，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行發(fā)電。通過勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31為調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，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的外殼上設置有轉(zhuǎn)速傳感器25，以檢測低速齒輪的齒輪軸的轉(zhuǎn)速。本領域技術人員應當清楚，該轉(zhuǎn)速傳感器同樣可以設置在發(fā)電機組主軸處或高速齒輪的齒輪軸上，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型。
[0054]電流輸出模塊40,用于將發(fā)電機組產(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]請參照圖1，正常輸出通路包括:第一電磁開關41，其前端連接至發(fā)電機組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43連接至發(fā)電機組30的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關44連接至定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的功率輸出端，用于對發(fā)電機組產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為預定頻率。
[0056]在整流輸出通路中，當發(fā)電機產(chǎn)生的電能偏離額定頻率時，整流器將電能的頻率轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的額定頻率50Hz或60Hz。為了避免對整流器造成不利影響，在整流器和前端和后端均設置電磁開關，但本實用新型并不以此為限。在本實用新型其他實施例中，也可以在整流器的前端或后端只設置一個電磁開關，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型。
[0057]控制器，其信號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，其信號輸出端連接至所述導葉角度調(diào)節(jié)部件14、勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31、第一電磁開關41、第二電磁開關43和第三電磁開關44，用于由入口壓力傳感器和出口壓力傳感器計算向心透平的實際膨脹比，并通過調(diào)整所述導葉角度調(diào)節(jié)部件、勵磁電流調(diào)節(jié)模塊、正常輸出通路、整流輸出通路，使所述實際膨脹比與向心透平的預設膨脹比相比，在預設范圍內(nèi)浮動。
[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獲取向心透平的實際流量Qk ；
[0060]步驟B，將實際流量Qk與向心透平的設計流量Qd做對比，當向心透平的實際流量Qe在設計流量Qd的100% -120%范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟C ；當向心透平的實際流量Qk在設計流量Qd的80 % -100 %范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟D ;當向心透平的實際流量Qk在設計流量Qd的80 %以下，執(zhí)行E ;
[0061]步驟C，導葉角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其增加導葉的開度，來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葉開度來減小向心透平膨脹比，保持向心透平的膨脹比恒定
[0063]該通過導葉進行調(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，令其按照預設的角度粗調(diào)步長逐漸增加導葉開度，將向心透平的實際膨脹比調(diào)整至預設膨脹比的粗調(diào)范圍內(nèi)；
[0065]該子步驟Cl的粗調(diào)中，粗調(diào)步長的導葉角度開度的調(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葉角度后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較；
[0068]子分步驟Clc，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Cla、Clb ；
[0069]子分步驟Cld，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，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葉角度1°。
[0070]本子分步驟中，上一次導葉角度下向心透平膨脹機進出口膨脹比比設計膨脹比大，增加第一粗調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比小，然后向心透平導葉開度回到上一次的導葉開度。
[0071]子步驟C2，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預設的角度細調(diào)步長逐漸增加導葉開度，將向心透平的實際膨脹比調(diào)整至預設膨脹比細調(diào)范圍內(nèi)；
[0072]該子步驟C2的細調(diào)中，細調(diào)步長的導葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為第一粗調(diào)步長調(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葉角度后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較；
[0075]子分步驟C2c，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟C2a、C2b ；
[0076]子分步驟C2d，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，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葉角度0.1°。
[0077]同樣，本子分步驟中，上一次導葉角度向心透平膨脹機進出口膨脹比比設計膨脹比大，增加細調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比小，然后向心透平導葉開度回到上一次的導葉開度
[0078]至此，以此方式，逐步減小導葉的調(diào)節(jié)幅度，增大導葉開度，使得向心透平進出口的實際膨脹比與設計膨脹比的誤差在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41打開，第二電磁開關43和44關閉實現(xiàn)。
[0080]步驟D，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其通過減小導葉的開度，來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葉開度來增加向心透平膨脹比，保持向心透平的膨脹比恒定。
[0082]該通過導葉進行調(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，令其按照預設的角度粗調(diào)步長逐漸減小導葉開度，第一粗調(diào)步長的導葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為1°，將向心透平的實際膨脹比調(diào)整至預設膨脹比的粗調(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葉角度后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較；
[0086]子分步驟Dlc，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Dla、Dlb ；
[0087]子分步驟Did，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，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葉角度1° ;
[0088]本子分步驟中，上一次導葉角度下向心透平膨脹機進出口膨脹比設計膨脹比小，減小第一粗調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比大，然后向心透平導葉開度回到上一次的導葉開度。
[0089]子步驟D2，向?qū)~角度調(diào)節(jié)部件14發(fā)出指令，令其按照預設的細調(diào)步長逐漸減小導葉開度，細調(diào)步長的導葉角度開度的調(diào)節(jié)幅度為第一粗調(diào)步長調(diào)節(jié)幅度的1/10，將向心透平的實際膨脹比對應的導葉角度與預設膨脹比對應的導葉角度調(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葉角度后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較；
[0092]子分步驟D2c，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟D2a、D2b ；
[0093]子分步驟D2d，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，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葉角度0.1°。
[0094]同樣，本子分步驟中，上一次導葉角度向心透平膨脹機進出口膨脹比設計膨脹比小，增加細調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比大，然后向心透平導葉開度回到上一次的導葉開度。
[0095]至此，以此方式，逐步減小導葉的調(diào)節(jié)幅度，減小導葉開度，使得向心透平進出口的實際膨脹比與設計膨脹比的誤差在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41打開，第二電磁開關43和44關閉實現(xiàn)。
[0097]步驟E:向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其減小勵磁電流，從而減小發(fā)電機組30的負載，通過發(fā)電機組的轉(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]該通過導葉進行調(diào)節(jié)的步驟E具體包括:
[0100]子步驟E1，向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其按照預設的轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長增加發(fā)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，進而增加向心透平轉(zhuǎn)速，將向心透平的實際膨脹比調(diào)整至預設膨脹比的粗調(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)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速增加50r/min，進而增加向心透平轉(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)速后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較。
[0104]子分步驟Elc，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟Ela、Elb ；
[0105]子分步驟Eld，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，則向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其增加發(fā)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速50r/min，進而減小向心透平轉(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進出口膨脹比比設計膨脹比小，增加轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比大，然后向心透平的轉(zhuǎn)速回到上一次的轉(zhuǎn)速。
[0107]子步驟E2，向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其按照預設的轉(zhuǎn)速細調(diào)步長增加發(fā)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，進而增加向心透平轉(zhuǎn)速，將向心透平的實際膨脹比對應的轉(zhuǎn)速與預設膨脹比對應的轉(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，細調(diào)步長的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)幅度為轉(zhuǎn)速粗調(diào)步長調(diào)節(jié)幅度的1/10，具體包括:
[0109]子分步驟E2a，向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其增加發(fā)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速5r/min,進而增加向心透平轉(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)速后向心透平進出口的壓力值，獲得向心透平的實際膨脹比，并與向心透平預設的膨脹比進行比較；
[0111]子分步驟E2c，如果實際膨脹比低于預設膨脹比，重新執(zhí)行子步驟E2a、E2b ；
[0112]子分步驟E2d，如果實際膨脹比高于預設膨脹比，則向勵磁電流調(diào)節(jié)模塊31發(fā)出指令，令其減小發(fā)電機組中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速5r/min，進而減小向心透平轉(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進出口膨脹比比設計膨脹比小，增加細調(diào)步長后向心透平的膨脹比比設計膨脹比大，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，使得向心透平進出口的實際膨脹比與設計膨脹比的誤差在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41關閉，第二電磁開關43和44打開實現(xiàn)。
[0116]本領域技術人員應當了解，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)電機組都是根據(jù)管線的最小氣量來進行配置，使得膨脹發(fā)電機組一直處在額定流量下工作，這將高峰時段多余的天然氣的能量白白浪費，不能進行回收。通過本實用新型的結(jié)構(gòu)形式，可以將不同氣流的情況下的天然氣壓力能進行回收，同時也能保證天然氣管線上恒定的膨脹比，根據(jù)天然氣入口進氣量，調(diào)節(jié)向心透平導葉或向心透平轉(zhuǎn)速，實現(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)合附圖對本實用新型實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領域技術人員應當對本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組有了清楚的認識。
[0118]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:電磁開關可以用普通開斷路開關來代替。
[0119]綜上所述，本實用新型定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組即實現(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，具有造價低、工作穩(wěn)定、能源利用效率高等特點，具有廣闊的應用前景。
[0120]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組，其特征在于，包括: 向心透平(10)，其包含多片導葉； 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行發(fā)電；以及 電流輸出模塊(40),其將所述發(fā)電機組(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)進行密封，其密封氣為氮氣。
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)設置止推軸承(24)，由所述推力盤(23)傳遞而來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)電機組，其特征在于，所述向心透平(10)包括: 所述多片導葉；以及 導葉角度調(diào)節(jié)部件(14)，其對所述多片導葉的角度進行調(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)電機組，其特征在于，所述發(fā)電機組包括: 勵磁電流調(diào)節(jié)模塊(31)，其調(diào)節(jié)所述發(fā)電機組(30)中發(fā)電機的勵磁電流，進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)電機組，其特征在于: 所述正常輸出通路包括:第一電磁開關(41)，其前端連接至所述發(fā)電機組(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(43)連接至發(fā)電機組(30)的功率輸出端，其后端通過第三電磁開關(44)連接至所述定膨脹比天然氣向心透平膨脹發(fā)電機組的功率輸出端，其對流經(jīng)的電流進行頻率調(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)電機組，其特征在于，還包 括: 流量傳感器(11)，設置于所述向心透平(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)，其對低速齒輪的齒輪軸、高速齒輪的齒輪軸，或發(fā)電機組(30)的主軸，的轉(zhuǎn)速進行檢測。
【文檔編號】F01D11/06GK204041129SQ201420447747
【公開日】2014年12月24日 申請日期: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, 朱陽歷, 李文, 左志濤, 譚春青 申請人:中國科學院工程熱物理研究所