申请/专利权人：上海海洋大学

申请日：2018-12-04

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN109404235B

主分类号：F03G7/04

分类号：F03G7/04;F01D15/10;F01D9/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本发明提供了一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，发电装置的两端与输气输油管道相连，发电装置包括：减压罩，减压罩呈碗状，两端分别与输气输油管道相连；涡轮装置，涡轮装置大体呈碗状并安装在减压罩内，涡轮装置包括同轴的前端固定环、后端固定环以及在前端固定环、后端固定环之间的转动环，前端固定环、后端固定环保持静止且转动环可转动，前端固定环、后端固定环以及转动环的外径上均设置有若干沿沿管道流向分布的导向叶片；发电机，安装在减压罩内，发电机的电机驱动轴与转动环的转轴相连；温差能发电组件，温差能发电组件的两端与减压罩两端的输气输油管道相连。本发明能在管道减压的过程中进行高效发电。

主权项：1.一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，所述发电装置的两端与输气输油管道相连，所述发电装置包括：减压罩，所述减压罩呈一头大一头小的碗状，减压罩的两端分别通过法兰与输气输油管道相连；涡轮装置，所述涡轮装置大体呈碗状并安装在减压罩内，所述涡轮装置包括同轴的前端固定环、后端固定环以及在前端固定环、后端固定环之间的转动环，前端固定环、后端固定环保持静止且转动环可转动，前端固定环、后端固定环以及转动环的外径上均设置有若干沿沿管道流向分布的导向叶片，前端固定环、后端固定环以及转动环上的导向叶片均为弧形叶片；前端固定环、后端固定环的导向叶片的弯曲方向相同，且转动环的导向叶片的弯曲方向与前端后端固定环的导向叶片的弯曲方向相反；发电机，安装在减压罩内，发电机的电机驱动轴与所述转动环的转轴相连；温差能发电组件，所述温差能发电组件的两端与减压罩两端的输气输油管道相连。

全文数据：一种温差能发电的涡轮式余压发电装置技术领域本发明涉及一种余压能发电装置，具体来说，是一种温差能发电的涡轮式余压发电装置。背景技术天然气作为一种高效、清洁、低碳的能源，在我国能源结构中的地位越来越重要。国家明确提出；到2020年，我国天然气消费量将达到10％。加快天然气工业发展是建设清洁、低碳、安全、高效的现代能源系统的必由之路。在中国，这也是改善空气质量，实现绿色低碳生活的有效途径。管道运输是天然气长距离输运最普遍也最有效的方式，国内西气东输、川气东送、中俄天然气管道、中缅天然气管道等输气工程相继建设投入运行。目前我国长输天然气大多采用高压管输方式，压力都在10MPa以上，输送的高压天然气经调压站降至中压标准进入城市燃气管网，再借助于调压站箱将压力降至低压后供用户使用。天然气在调压过程中释放出大量的压力能，同时温度迅速降低，产生大量冷能。目前该部分压差能并没有相关工艺收集应用，造成了资源的极大浪费，同时急剧降温对调压设备的安全运行构成威胁。传统天然气燃气轮机分布式能源系统存在冷热电负荷不平衡，机组运行工况范围窄、效率低等缺点。实际应用中常按照“以热定电”或“以电定热”等模式设计和运行，天然气综合利用效率和供能稳定性较低，从而限制了其大规模应用。因此，如何利用新的策略和思路来提升天然气综合利用效率以及供能稳定性是目前亟待解决的问题。现今的温差能发电的涡轮式余压发电装置存在以下一些不足：1.现有的温差能发电的涡轮式余压发电装置利用天然气管道中多余流体压力进行发电时，其转换效率较低，压力损失较大，并且余压发电装置的安装过程较为繁琐，安装稳定性较差。2.现有的温差能发电的涡轮式余压发电装置难以利用余压转换时产生的温差进行发电，降低了余压发电装置的能量利用效率。发明内容本发明提供了一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，能在管道减压的过程中利用其能量进行高效发电。具体方案如下：一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，所述发电装置的两端与输气输油管道相连，所述发电装置包括：减压罩，所述减压罩呈一头大一头小的碗状，两端分别与输气输油管道相连；涡轮装置，所述涡轮装置大体呈碗状并安装在减压罩内，所述涡轮装置包括同轴的前端固定环、后端固定环以及在前端固定环、后端固定环之间的转动环，前端固定环、后端固定环保持静止且转动环可转动，前端固定环、后端固定环以及转动环的外径上均设置有若干沿沿管道流向分布的导向叶片；发电机，安装在减压罩内，发电机的电机驱动轴与所述转动环的转轴相连；温差能发电组件，所述温差能发电组件的两端与减压罩两端的输气输油管道相连。进一步的，减压罩的两端分别通过法兰与输气输油管道相连。进一步的，前端固定环、后端固定环分别通过支撑法兰固定在减压罩内，且转动环的转轴穿过支撑法兰的轴孔与电机驱动轴相连；所述支撑法兰配备有支撑脚。进一步的，转动环的转轴通过联轴器与电机驱动轴相连。进一步的，前端固定环、后端固定环以及转动环上的导向叶片均为弧形叶片；前端固定环、后端固定环的导向叶片的弯曲方向相同，且转动环的导向叶片的弯曲方向与前端后端固定环的导向叶片的弯曲方向相反。本发明的有益效果在于：1采用管壁式涡轮余压发电涡轮，在两端的固定涡轮之间安装转动涡轮，在转动涡轮的一侧固定连接发电机输入轴，使得余压发电装置能够高效吸收多余的管道压力并转换为电能，降低了压力损失，并且余压发电涡轮安装时只需将固定法兰安装在管壁内即可，安装方便且安装稳定性好。2在余压发电装置两侧的管道安装温差能发电装置，将管壁内的温差转换为电能，提高了装置的发电转换效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明提供的一种温差能发电的涡轮式余压发电装置的示意图；图2为温差能发电的涡轮式余压发电装置的简要示意图；图3为涡轮式余压发电装置的截面图；图4为涡轮装置的立体图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。本发明提供了一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，所述发电装置的两端与输气输油管道5相连，所述发电装置包括：减压罩11，所述减压罩11呈一头大一头小的碗状，两端分别与输气输油管道5相连；涡轮装置30，所述涡轮装置30大体呈碗状并安装在减压罩11内，所述涡轮装置30包括同轴的前端固定环30、后端固定环50以及在前端固定环30、后端固定环50之间的转动环40，前端固定环30、后端固定环50保持静止且转动环40可转动，前端固定环30、后端固定环50以及转动环40的外径上均设置有若干沿沿管道流向分布的导向叶片；发电机12，安装在减压罩11内，发电机12的电机驱动轴与所述转动环40的转轴相连；温差能发电组件15，所述温差能发电组件15的两端与减压罩11两端的输气输油管道5相连。在本发明一可选的实施例中，减压罩11的两端分别通过法兰与输气输油管道5相连。减压罩11开口端较大的一端设置有端盖4，利用端盖4通过法兰与在本发明一可选的实施例中，前端固定环30、后端固定环50分别通过支撑法兰固定在减压罩11内，且转动环40的转轴穿过支撑法兰的轴孔与电机驱动轴相连。如图所示，前端固定环30前端固定在支撑法兰9上，支撑法兰9配置有支撑脚9a；同样的，后端固定环50前端固定在支撑法兰10上，支撑法兰10也配备有支撑脚图中未示出。发电机12通过电机固定法兰13固定在减压罩11内。在本发明一可选的实施例中，转动环40的转轴8通过联轴器14与电机驱动轴相连。转轴8安装在轴承6上并配置有固定挡圈7。在本发明一可选的实施例中，前端固定环30、后端固定环50以及转动环40上的导向叶片均为弧形叶片；前端固定环30、后端固定环50的导向叶片的弯曲方向相同，且转动环40的导向叶片的弯曲方向与前端固定环30后端固定环50的导向叶片的弯曲方向相反。图4示出了在一实施例中涡轮装置的示意图，前端固定环30、后端固定环50以及转动环40的外圈分别设置有弧形叶片1、弧形叶片2、弧形叶片3，弧形叶片1和弧形叶片3向左弯曲，弧形叶片2则向右弯曲。采用这种设计，使得管道内的气体液体流经减压罩时，由于弧形叶片2与前后端的弧形叶片1、弧形叶片3导向方向相反，从而驱动转动环40高速转动，使得余压发电装置能够高效吸收多余的管道压力并转换为电能，降低了压力损失，并且余压发电涡轮安装时只需将固定法兰安装在管壁内即可，安装方便且安装稳定性好。此外，根据焦耳-汤姆逊效应可以得知，温降随压降的变化而变化，一般情况下，压降1MPa，温降2～3℃。因此我们以此为依据，在减压罩11两侧的管道5安装温差能发电组件15，将管壁内的温差转换为电能，进一步提高了装置的发电转换效率。以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

权利要求：1.一种温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，所述发电装置的两端与输气输油管道相连，所述发电装置包括：减压罩，所述减压罩呈一头大一头小的碗状，两端分别与输气输油管道相连；涡轮装置，所述涡轮装置大体呈碗状并安装在减压罩内，所述涡轮装置包括同轴的前端固定环、后端固定环以及在前端固定环、后端固定环之间的转动环，前端固定环、后端固定环保持静止且转动环可转动，前端固定环、后端固定环以及转动环的外径上均设置有若干沿沿管道流向分布的导向叶片；发电机，安装在减压罩内，发电机的电机驱动轴与所述转动环的转轴相连；温差能发电组件，所述温差能发电组件的两端与减压罩两端的输气输油管道相连。2.如权利要求1所述的温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，减压罩的两端分别通过法兰与输气输油管道相连。3.如权利要求1所述的温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，前端固定环、后端固定环分别通过支撑法兰固定在减压罩内，且转动环的转轴穿过支撑法兰的轴孔与电机驱动轴相连；所述支撑法兰配备有支撑脚。4.如权利要求1所述的温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，转动环的转轴通过联轴器与电机驱动轴相连。5.如权利要求1所述的温差能发电的涡轮式余压发电装置，其特征在于，前端固定环、后端固定环以及转动环上的导向叶片均为弧形叶片；前端固定环、后端固定环的导向叶片的弯曲方向相同，且转动环的导向叶片的弯曲方向与前端后端固定环的导向叶片的弯曲方向相反。

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