一种利用天然气管道内置发电用于调节流量的装置的制作方法

本发明涉及天然气管网压力能利用领域，具体涉及一种利用天然气内置发电用于调节流量的装置。

背景技术：

目前看来，随着天然气综合利用技术的开发和国家的大力支持，天然气的使用趋于大众化，使用方式千变万化，用途也各有不同。相应的，为了及时应对接踵而来的各种突发状况，天然气的设备也需要向智能化、精细化的方向改进完善。当天然气应用于某些对流量有很高要求的设备时，必须保证气体长时间的稳定输送，为避免流动断断续续的、起伏波动很大的情况出现，我们需要设计一种装置来克服这一难题。

采取天然气管道内置发电的方式，巧妙地利用天然气自身的能量来调节流量。既解决现实中存在的流动波动太大的问题，又可以符合能量利用最大化的优势，保障工作时间上的连续，呼应国家提倡的节约能源的倡议。

天然气在管网中输送时，携带着庞大的能量，可以设计一个方案将这一股能量利用合适的装置来满足操作要求，并应对天然气运输以及使用时出现的突发状况。常见的压力能利用装置会耗费巨大的人力物力，从经济性和现场操作的角度考虑，都不是上上选。所以，选择一种结构简单、安装方便的装置具有现实可行意义，既提高了天然气运输的便捷性和安全性，又能满足设备的要求和数据指标，还积极响应了国家的节约能源的号召，做到“经济，安全，绿色”的高标准。

技术实现要素：

本发明针对天然气运输及使用时可能会产生的间断和流动波动太大的问题，而提供了一种利用天然气管道内置发电用于流量调节的装置，相比其他的方法，不仅解决了上述问题，还最大限度的节省了人力物力财力。

本发明为达到上述要求而采用的技术方案是：

一种利用天然气管道内置发电用于调节流量的装置，包括外壳系统，发电系统，流量调节系统，

所述的外壳系统包括壳体、设置在所述壳体两端的法兰；

所述的发电系统包括固定在所述壳体内的叶轮式发电机构、设置在所述壳体外且电路连接所述叶轮式发电机构输出端的能量储存转化设备，所述叶轮式发电机构的转轴最前端设置有用于引导气流提高发电效率的螺纹导流头；

所述的流量调节系统包括plc、设置在所述壳体中部的流量调节阀、设置在流量调节阀上游的第一压力变送器和第一温度变送器、设置在流量调节阀下游的第二压力变送器、第二温度变送器和流量计，所述流量调节系统由能量储存转化设备供电，所述plc通过电路分别连接第一压力变送器和第一温度变送器、流量调节阀、第二压力变送器、第二温度变送器和流量计，用于根据实时检测的天然气流体参数动态调整流量调节阀。

进一步地，所述的叶轮式发电机构包括发电机、叶轮、电机固定套，所述的发电机通过电机固定套固定设置在壳体内，所述叶轮固定在所述发电机转轴的前端，所述发电机后端设置有密封接线柱，所述密封接线柱与能量储存转化设备之间通过导线电路连接。

进一步地，所述的发电机为防爆电机。

进一步地，所述叶轮的叶片数目为9～11，叶片与轴线的夹角是58°～65°。

进一步地，所述能量储存转化设备包括保护壳、设置在所述保护壳内的锂电池，所述保护壳外设置有保护漆。

进一步地，所述的螺纹导流头呈锥形，所述螺纹导流头中心设置有螺纹导流头接口，所述螺纹导流头接口内设置有连接叶轮式发电机构转轴的内螺纹，所述螺纹导流头的外圆锥面设置有起导流作用的外螺纹。

进一步地，所述的螺纹导流头的锥度为15°~25°，所述的外螺纹采用粗牙螺纹，其螺距范围是3.0~4.0mm，所述外螺纹的旋向与叶轮式发电机构旋转方向相同，外螺纹选择合适的螺距，螺距过大会导致气体缓冲不充分，不会与叶轮大面积的接触，发电机的效率和发电量还有待提升；螺距过小的话，气体会过度湍动，造成对叶轮很强的冲击，减少叶轮的使用寿命，3.0~4.0mm的螺距可以令气体和叶片最大面积的接触，提高发电机的运行效率和发电量。

进一步地，所述的流量调节阀主体为自力式流量控制阀，包括：阀壳、上下相对设置在阀壳内的自动式阀塞和套筒式阀塞、感压膜、弹簧、温压一体感应器、与自动式阀塞滑动配合的直线轴承、气室、开度调节窗、流量显示窗、电源接口、温度显示器、压力显示器，所述温压一体感应器设置在自动式阀塞上且分别与温度显示器、压力显示器电路连接，套筒式阀塞的底部连接感压膜和弹簧，所述自动式阀塞的顶端还相对地设置有电磁铁和永磁铁，所述电磁铁与所述plc控制连接且通电时的磁极与永磁铁相反。

进一步地，所述的plc根据检测的下游当前天然气流体参数与流量调节阀预设的天然气流体参数的差值实时调整电磁铁的电流大小使当前天然气流体参数与预设的天然气流体参数的差值保持在正常波动范围内。

进一步地，所述实时调整电磁铁的电流大小使当前天然气流体参数与预设的天然气流体参数的差值保持在正常波动范围内的步骤具体包括：当差值大于设定阈值上限时，则通过增加电磁铁的电流大小减少自动式阀塞和套筒式阀塞之间的开度；当差值小于设定阈值下限时，则通过减少电磁铁的电流大小增加自动式阀塞和套筒式阀塞之间的开度；若差值位于设定阈值范围内时，则电磁铁的电流大小保持不变。

相比现有技术，本发明的优势体现在：

1、本装置通过含内外置双螺纹的螺纹导流头与叶轮垂直连接。选取外螺纹螺距3.0~4.0mm，螺距过大会导致气体缓冲不充分，不会与叶轮大面积的接触，发电机的效率和发电量还有待提升；螺距过小的话，气体会过度湍动，造成对叶轮很强的冲击，减少叶轮的使用寿命，3.0~4.0mm的螺距可令气体和叶片最大面积的接触，提高发电机的运行效率和发电量；

2、本装置采用的电机固定套起到固定和保护双重作用，本身由不锈钢制作而成，耐腐蚀性强，可长期使用；

3、本装置采用能量储存转化设备，可以对流量调节系统提供连续的能量，此外，还可以向其他耗能元件提供能量；

4、本装置利用天然气压力能发电，灵活利用富能量的气体，节约能源资源；

5、本装置采用管道内置安装，设备简单，而且安装灵活，可作为一个独立的模块，自主性强，安全性高，减少了冗杂的人工检修和外部勘察的工作；

6、本装置的叶轮的叶片数目是奇数，铝合金材质，并且综合考虑其安装角度与气体的接触角度，使得能最大化的提高发电机的工作量，同时还保证了叶轮的寿命；

7、本装置还有一个优势，由于改进型的流量调节阀的作用，使得气体的流动波动起伏消除显著，间接地减少了气体对天然气管道的侵蚀，增加了天然气管道的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的利用天然气管道内置发电用于流量调节的装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的流量调节阀的结构示意图。

图3是本发明实施例的螺纹导流头。

图中所示：1-法兰；2-壳体；3-能量储存转化设备；4-导线；5-流量调节阀；6-天然气管道；7-螺纹导流头；8-叶轮；9-发电机；10-电机固定套；11-plc；12-密封接线柱；13-第一压力变送器；14-第一温度变送器；15-第二压力变送器；16-第二温度变送器；17-流量计；18-阀壳；19-自动式阀塞；20-套筒式阀塞；21-感压膜；22-弹簧；23-温压一体感应器；24-直线轴承；25-气室；26-开度调节窗；27-流量显示窗；28-电源；29-温度显示器；30-压力显示器；31-电磁铁；32-永磁铁；33-内螺纹；34-外螺纹；35-螺纹导流头接口。

具体实施方式

现将本发明的技术方案进行清晰、完全的描述并，通过结合附图，让本发明的实施例的目的、技术方案和优点更形象和直观，但本发明的实施方式不限于此。未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1所示，一种利用天然气管道内置发电用于调节流量的装置，包括外壳系统，发电系统，流量调节系统，

所述的外壳系统包括壳体2、设置在所述壳体2两端的法兰1，所述法兰1用于连接壳体2和天然气管道6；

所述的发电系统包括固定在所述壳体2内的叶轮式发电机构、设置在所述壳体2外且电路连接所述叶轮式发电机构输出端的能量储存转化设备3，所述叶轮式发电机构的转轴最前端设置有用于引导气流提高发电效率的螺纹导流头7；

所述的流量调节系统包括plc11、设置在所述壳体2中部的流量调节阀5、设置在流量调节阀5上游的第一压力变送器13和第一温度变送器14、设置在流量调节阀5下游的第二压力变送器15、第二温度变送器16和流量计17，所述流量调节系统由能量储存转化设备3供电，实现电能的自给自足，减少对外界电能的依赖；所述plc11通过电路分别连接第一压力变送器13和第一温度变送器14、流量调节阀5、第二压力变送器15、第二温度变送器16和流量计17，用于根据实时检测的天然气流体参数动态调整流量调节阀5，本实施例中，plc11采用西门子公司的s7-200微型plc。

具体而言，所述的叶轮式发电机构包括发电机9、叶轮8、电机固定套10，所述的发电机9为防爆电机，通过不锈钢的电机固定套10固定设置在壳体2内，不锈钢材质的电机固定套10分为上、下两部分，其上部分固定于壳体2，下部分则大面积的覆盖在发电机9表面。所述发电机9的转轴的前方顺序安装着螺纹导流头7与叶轮8，发电机9产生电压并发出电流，通过导线4传到能量储存转化设备3，之后进一步应用于流量调节阀5和plc11等其他的耗能设备。

所述叶轮8固定在所述发电机9转轴的前端，所述发电机9后端设置有密封接线柱12，所述密封接线柱12与能量储存转化设备3之间通过导线4电路连接。

具体而言，所述叶轮8的叶片数目为9～11，叶片与轴线的夹角是58°～65°，能最大化的提高发电机9的工作量，同时还保证了叶轮8的寿命。

具体而言，所述能量储存转化设备3包括保护壳、设置在所述保护壳内的锂电池，所述保护壳外设置有保护漆，锂电池体积小，电流密度大，技术成熟成本低，维护也方便可靠，当然，根据实际工况，也可以选用其他可替代的蓄电池。

如图3所示，所述的螺纹导流头7呈锥形，所述螺纹导流头7中心设置有螺纹导流头接口35，所述螺纹导流头接口35内设置有连接叶轮式发电机构转轴的内螺纹33，所述螺纹导流头7的外圆锥面设置有起导流作用的外螺纹34。内螺纹33采用细牙螺纹，能够使螺纹导流头7和转轴更加紧密的结合，防止因为天然气的长时间冲击而有较大的松动甚至脱落；外螺纹34采用粗牙螺纹，根据天然气的流量和螺纹导流头的长度，使天然气能有一个合适的缓冲，与叶轮进行最大面积的接触，从而使发电机最大程度的供应电量，故采用的螺距范围是3.0~4.0mm。

具体而言，所述的螺纹导流头7的锥度为15°~25°，所述的外螺纹采用粗牙螺纹，其螺距范围是3.0~4.0mm，所述外螺纹34的旋向与叶轮式发电机构旋转方向相同。外螺纹选择合适的螺距，螺距过大会导致气体缓冲不充分，不会与叶轮大面积的接触，发电机的效率和发电量还有待提升；螺距过小的话，气体会过度湍动，造成对叶轮很强的冲击，损伤叶轮，减少叶轮的使用寿命，经过大量的实验表明3.0~4.0mm的螺距可以令气体和叶片最大面积的接触，提高发电机的运行效率和发电量，同时也不会成对叶轮很强的冲击。

如图2所示，所述的流量调节阀5主体为自力式流量控制阀，包括：阀壳18、上下相对设置在阀壳18内的自动式阀塞19和套筒式阀塞20、感压膜21、弹簧22、温压一体感应器23、与自动式阀塞19滑动配合的直线轴承24、气室25、开度调节窗26、流量显示窗27、电源接口28、温度显示器29、压力显示器30，所述温压一体感应器23设置在自动式阀塞19上且分别与温度显示器29、压力显示器30电路连接，套筒式阀塞20的底部连接感压膜21和弹簧22，和常规的自力式流量控制阀一样，所述流量显示窗27，温度显示器30，压力显示器29能够实时显示内部的参数值，在接通流量调节阀5的电源28后，调节开度调节窗26，设定流量值，即通过设定控制自动式阀塞19的位置来调节流量，当气体进入气室25后，感压膜21感知压力波动，由弹簧22来控制套筒式阀塞20的上下浮动，实现常规的流量调节，当时，常规的靠控制套筒式阀塞20的上下浮动来调节流量的方式存在一定误差，也即设定的流量与实际下游的流量并不相符，对于一些对下游流体参数精度要求较高的场合，这样的误差会对设备的正常运行带来极大的破坏和危险性，因此，本实施例的流量调节阀5进行了若干改进，即所述自动式阀塞19的顶端还相对地设置有电磁铁31和永磁铁32，其中，电磁铁31固定在阀壳18上，永磁铁32固定在自动式阀塞19的顶端，随自动式阀塞19上下移动，所述电磁铁31与所述plc11控制连接且通电时的磁极与永磁铁32相反。

本实施例中，为了进一步提高调节精度，结合对流量调节阀5的创造性的改进，所述的plc11根据检测的下游当前天然气流体参数与流量调节阀5预设的天然气流体参数的差值实时调整电磁铁31的电流大小使当前天然气流体参数与预设的天然气流体参数的差值保持在正常波动范围内，当气体通过流量调节阀5时，流量调节阀5可消除气体的压力偏差、流量偏差等，显著减小气体流动时的起伏波动。

具体而言，所述实时调整电磁铁31的电流大小使当前天然气流体参数与预设的天然气流体参数的差值保持在正常波动范围内的步骤具体包括：当差值大于设定阈值上限时，则通过增加电磁铁31的电流大小减少自动式阀塞19和套筒式阀塞20之间的开度；当差值小于设定阈值下限时，则通过减少电磁铁31的电流大小增加自动式阀塞19和套筒式阀塞20之间的开度；若差值位于设定阈值范围内时，则电磁铁31的电流大小保持不变。由于电磁铁31由感应线圈和铁芯组成，通电之后，会产生一个与下方的永磁铁32磁性相反的磁场，因此，电磁铁31的电流越大，产生的反方向磁性越大，即电磁铁31与永磁铁32的排斥力越大，推动自动式阀塞19下移；当电磁铁31的电流变小时，永磁铁32将吸附电磁铁31的铁芯，使自动式阀塞19上移，从而实现调节自动式阀塞19的上下移动，由此，通过控制电磁铁31电流大小即可达到进一步调节流量的效果。可以看出，所述plc11、装置前后的温度、压力变送器和流量计，流量调节阀5，一起构成一个控制闭合回路，除了流量调节阀5自身的调节作用外，当反馈到plc11的流体流动参数在允许的范围内小幅度波动时，plc11也会做出相应的电流调整，使自动式阀塞19也能动态参与其中，做到实时调节，进一步提高调节精度，杜绝误差过大对下游系统造成破坏的现象。

本发明能够全面考虑管网压力能得综合利用，采用内置发电的方式克服气体输送和应用时常见的问题，合理有效的利用能源；流量调节阀5可以由上、下两部分阀塞共同调节，又能够及时的反馈流动状况，可以更精确的实现流量的调节；螺纹导流头的构造，可以使能量得到最大化的利用；设备安装简单，便于操作，造价低且使用寿命长，省去繁琐的人工监修和维护，具有很高的实际应用价值和市场前景。

本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。