一种轴流内置式天然气管道发电装置

本发明涉及发电设备，尤其涉及一种轴流内置式天然气管道发电装置。

背景技术：

1、在天然气开采过程中，处于井底的天然气压力通常会非常高，然而，在天然地面管输的压力仅为6～10mpa，对于多余的压力，则需通过井口节流阀将其节流释放掉，从而达到地面管输工艺压力值，这部分释放的天然气压能并未获得有效利用，而仅是后期燃烧天然气利用其化学能，这无行中造成天然气压能的浪费。

2、在天然气压力能转换的研究过程中，可借助发电装置将天然气的压力能有效转化为电能，有效的促进了新能源的生产，从而降低发电过程中的碳排放。但是，天然气中含有大量的酸性腐蚀气体与少量固体杂质，容易对发电装置内部造成一定的电化学腐蚀或冲蚀，并且现有各类技术装置都未能完全彻底解决低成本、高可靠性的天然气高压动密封与内置电机保护这一关键技术难题。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明的目的是提供一种轴流内置式天然气管道发电装置，本发明采用如下技术方案：

2、本发明提供了一种轴流内置式天然气管道发电装置，包括壳体系统、电磁感应系统、前端密封系统和转子驱动系统；

3、所述壳体系统包括发电机外壳，所述发电机外壳上设置有注油口，所述发电机外壳的后端一体成型有后端管口，所述发电机外壳的前端设置有可拆卸的前壳盖，所述前壳盖的前端设置有前端管口；

4、所述电磁感应系统包括转子套，所述转子套转动连接在所述发电机外壳中，所述转子套的外壁上设置有永磁体，所述永磁体的外侧套有电机线圈，所述电机线圈通过过盈配合安装于所述发电机外壳的内壁面上；

5、所述前端密封系统包括线圈压盖，所述线圈压盖位于所述电机线圈的前端且抵在所述电机线圈上，所述线圈压盖的端面上开设有多个贯通的油液引导孔，所述线圈压盖的外壁上开设有贯通的油液连通孔，所述油液连通孔与所述注油口对接后，将油液引流至所述电机线圈所处的空间区域；所述线圈压盖的前端设置有电机顶盖，所述电机顶盖密封固定在所述发电机外壳上，所述电机顶盖的内圈壁面与所述转子套转动密封连接，所述电机顶盖在朝向所述线圈压盖的一端面上开设有环形密封槽，所述环形密封槽的槽口与所述油液引导孔相对应，所述环形密封槽中设置有密封橡胶件，所述电机顶盖的端面上开设有多个贯通的天然气引导孔，所述天然气引导孔与所述环形密封槽连通；

6、所述转子驱动系统设置在所述转子套中，所述转子驱动系统包括叶轮轴，所述叶轮轴上间隔设置有多个中部叶轮，所述中部叶轮与所述转子套卡接固定。

7、优选的，所述发电机外壳中由前至至后依次设置有外壳第一台阶孔壁、外壳第二台阶孔壁和外壳第三台阶孔壁；所述电机线圈通过过盈配合安装在所述外壳第一台阶孔壁中；所述转子套的后部通过后端轴承组件转动连接在所述外壳第二台阶孔壁中；所述转子套的后端部通过后端高压填料动密封与外壳第三台阶孔壁密封连接。

8、优选的，所述后端轴承组件包括后端滚动轴承和后端推力轴承，所述后端滚动轴承的外圈与所述外壳第二台阶孔壁套装配合，所述后端滚动轴承的内圈与所述转子套的外壁套装配合，所述后端推力轴承的后端面抵在所述外壳第二台阶孔壁的轴肩上，所述后端推力轴承的前端面通过后端定位套抵在所述后端滚动轴承的内圈上。

9、优选的，所述注油口中螺纹连接有注油口螺栓；

10、所述前壳盖与所述发电机外壳之间设置有高压透镜静密封；

11、所述后端推力轴承与所述后端高压填料动密封之间设置有后端压环。

12、优选的，所述永磁体包括磁钢套，所述磁钢套上设置有硅钢片组；

13、所述磁钢套的外壁上间隔开设有多个用于放置所述硅钢片组的片组凹槽，所述片组凹槽的前端为敞口结构，所述片组凹槽的前端敞口处设置有硅钢片压盖，所述硅钢片压盖连接在所述磁钢套上，且所述硅钢片压盖的前端面抵在所述线圈压盖上。

14、优选的，所述转子套的前部通过前端轴承组件转动连接在所述前端密封系统中；

15、所述前端轴承组件包括前端滚动轴承和前端推力轴承，所述前端滚动轴承的外圈与所述线圈压盖的内圈壁套装配合，所述前端滚动轴承的内圈与所述转子套的外壁套装配合，所述前端推力轴承的前端面抵在电机顶盖上，所述后端推力轴承的后端面通过前端定位套抵在所述前端滚动轴承的内圈上。

16、优选的，所述电机顶盖的外圈壁与所述电机外壳内壁之间设置有o型密封圈；

17、所述电机顶盖的内圈壁上由前至后依次设置有顶盖第一台阶孔壁和顶盖第二台阶孔壁,所述顶盖第二台阶孔壁与所述转子套外壁之间设置有前端高压动密封，所述顶盖第一台阶孔壁处设置有前端动密封压盖，所述前端动密封压盖抵在所述前端高压动密封上。

18、优选的，所述密封橡胶件包括环形密封面，所述环形密封面的一面为弧形凸面，另一面为弧形凹面，所述环形密封面的内圈设置有内环密封边，所述环形密封面的外圈设置有外环密封边；

19、所述环形密封面的弧形凸面朝向所述天然气引导孔，所述环形密封面的弧形凹面朝向所述油液引导孔；所述内环密封边和外环密封边均被挤压在所述线圈压盖与电机顶盖之间。

20、优选的，所述叶轮轴由多个轴节构成，相邻两个所述轴节之间通过联轴器连接；

21、每个所述轴节上均设置有所述中部叶轮，相邻两个所述中部叶轮之间设置有叶轮定位套筒；

22、位于外端的所述轴节通过所述联轴器可连接拓展叶轮。

23、优选的，所述中部叶轮的外壁上设置有凸块，所述转子套的内壁沿轴线方向上设置有滑槽，所述凸块与所述滑槽滑动卡接配合，所述滑槽的一端为封闭结构，一端为敞口结构，所述转子套在所述滑槽的敞口侧设置有叶轮压盖，所述叶轮压盖抵在位于外侧所述中部叶轮上。

24、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

25、本发明利用天然气井口处的压能进行压能转化发电，将传统工艺中节流浪费的压力能转化为清洁的电能，实现新能源开发，轴流内置式天然气管道发电装置其设计为一个发电短接的形式，将驱动叶轮与内转子深度融合，其结构简单、可靠性高、总体积较小；可根据实际工况，合理组装发电短接的串/并联数量，从而实现单元模块式设计功能；同时，轴流内置式天然气管道发电装置拥有密封保护系统，可有效解决内置电机免受外部天然气冲蚀与电化学腐蚀等问题，密封保护系统中的密封橡胶件可有效平衡外部天然气与内部变压器油的压力。

技术特征：

1.一种轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述发电机外壳(101)中由前至至后依次设置有外壳第一台阶孔壁(101-1)、外壳第二台阶孔壁(101-2)和外壳第三台阶孔壁(101-3)；所述电机线圈(204)通过过盈配合安装在所述外壳第一台阶孔壁(101-1)中；所述转子套(201)的后部通过后端轴承组件(5)转动连接在所述外壳第二台阶孔壁(101-2)中；所述转子套(201)的后端部通过后端高压填料动密封(6)与外壳第三台阶孔壁(101-3)密封连接。

3.根据权利要求2所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述后端轴承组件(5)包括后端滚动轴承(501)和后端推力轴承(502)，所述后端滚动轴承(501)的外圈与所述外壳第二台阶孔壁(101-2)套装配合，所述后端滚动轴承(501)的内圈与所述转子套(201)的外壁套装配合，所述后端推力轴承(502)的后端面抵在所述外壳第二台阶孔壁(101-2)的轴肩上，所述后端推力轴承(502)的前端面通过后端定位套(503)抵在所述后端滚动轴承(501)的内圈上。

4.根据权利要求3所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述注油口(102)中螺纹连接有注油口螺栓(102-1)；

5.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述永磁体包括磁钢套(202)，所述磁钢套(202)上设置有硅钢片组(203)；所述磁钢套(202)的外壁上间隔开设有多个用于放置所述硅钢片组(203)的片组凹槽(202-1)，所述片组凹槽(202-1)的前端为敞口结构，所述片组凹槽(202-1)的前端敞口处设置有硅钢片压盖(205)，所述硅钢片压盖(205)连接在所述磁钢套(202)上，且所述硅钢片压盖(205)的前端面抵在所述线圈压盖(301)上。

6.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述转子套(201)的前部通过前端轴承组件(8)转动连接在所述前端密封系统(3)中；

7.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述电机顶盖(304)的外圈壁与所述电机外壳(101)内壁之间设置有o型密封圈(9)；

8.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述密封橡胶件(306)包括环形密封面(306-1)，所述环形密封面(306-1)的一面为弧形凸面，另一面为弧形凹面，所述环形密封面(306-1)的内圈设置有内环密封边(306-2)，所述环形密封面(306-1)的外圈设置有外环密封边(306-3)；

9.根据权利要求1所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述叶轮轴(401)由多个轴节(401-1)构成，相邻两个所述轴节(401-1)之间通过联轴器(401-2)连接；

10.根据权利要求9所述的轴流内置式天然气管道发电装置，其特征在于：所述中部叶轮(402)的外壁上设置有凸块(402-1)，所述转子套(201)的内壁沿轴线方向上设置有滑槽(201-1)，所述凸块(402-1)与所述滑槽(201-1)滑动卡接配合，所述滑槽(201-1)的一端为封闭结构，一端为敞口结构，所述转子套(201)在所述滑槽(201-1)的敞口侧设置有叶轮压盖(405)，所述叶轮压盖(405)抵在位于外侧所述中部叶轮(402)上。

技术总结
本发明公开了一种轴流内置式天然气管道发电装置，涉及发电设备技术领域，其包括壳体系统、电磁感应系统、前端密封系统和转子驱动系统；壳体系统将管道式发电机串联于天然气输气管线中，并将天然气引入转子驱动系统，通过转子驱动系统带动电磁感应系统达到切割磁感线的目的，进而实现将天然压力能转化为电能，前端密封系统将用于发电的电磁感应系统前部隔绝在管内天然气之外。本发明利用天然气井口处的压能进行压能转化发电，将传统工艺中节流浪费的压力能转化为清洁的电能，实现新能源开发，同时，密封系统可使内置电机免受外部天然气冲蚀与电化学腐蚀。

技术研发人员：龚银春,任连城,谢帅,董超群,郭正伟,刘建勋,冷民涵,王博,谭志勇,黄飞亚,帅波
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13