一种用于燃气管道内置发电的导流装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于燃气管道内置发电的导流装置，包括：导流管，管径由小到大均匀变化，小管径端为入口，大管径端为出口；所述导流管的内壁设置有若干相互平行的螺旋导流片，所述导流管两端设置有分别连接上下游管道的法兰；两端密封的中心圆管，由固定装置固定在导流管内部轴线位置，所述中心圆管外壁设置有若干相互平行的螺旋导流片。本发明专利技术使流体以垂直于叶轮叶片表面的角度冲击叶片表面，避免流体流经叶轮中心无效区域，并增强流体涡流效应，从而达到增大有效扫风面积，提高流体流速的效果，进而增大叶轮发电机理想发电功率。不仅有结构简单，易于维护的优点，而且操作弹性大，使用灵活，能适应多种工况。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃气管道内置发电的导流装置
本专利技术涉及一种导流装置，具体涉及一种用于燃气管道内置发电的导流装置。
技术介绍
目前，在天然气管网运营的过程中，拥有一个完整的天然气管网监控系统至关重要。高度自动化且能及时进行预警的天然气监控系统的存在，可以提高天然气管网的安全性和提高天然气公司的工作效率。电力供给是设置管道监控仪表实现全网监控的前提条件。由于监控点多且很多位于偏远地区，为此单独拉市电成本又极高且手续复杂，这时管网天然气压力能发电系统应运而生。若能充分回收利用这部分压力能进行发电，可以有效地解决这一用电难题。管道内置发电是天然气压力能利用方式之一，其原理类似风力发电，将流体的机械能转化为电能。而在叶轮发电过程中，由于叶轮旋转时流体会往叶轮中心汇聚，故使流体不能大面积通过叶轮，因此管道内置发电存在发电效率低的问题。针对提高风能利用效率这个课题，许多人提出导流装置以期提高风能利用率。中国技术专利CN205779458U公开了一种可提高风能利用率的导流装置，以改善风力发电机组所处风场为出发点进行设计，安装于现有的风力发电机组前。该装置不仅在现有风力发电厂中可得到广泛的应用，而且其采用轻质高强度聚合材料，经济性好，可实现在不增加过高初投资的情况下提高发电量。中国技术专利申请CN105041563A公开了一种垂直轴风力机叶片使用导流条技术提高风能利用的方法，通过在垂直轴风力机叶片上，沿叶片展向20％、40％、60％、80％各安装一个导流条，来控制风力机叶片气流的流经路径，改变气流的进入和离开叶片的角度，增加了叶片的升力，同时增大叶片切向力。具有降低风机起动风速,提高风能利用系数等优点。中国技术专利申请CN107013422A公开了一种低品位风能导流式万向汇聚加速装置，包括导流式万向集风罩、文丘里管加速装置和单向出风罩。该装置通过导流式万向集风罩，实现万向集风，并采用文丘里管加速装置，便于风力资源的汇聚及加速，实现了低品位风力发电，同时也实现了不需控制系统的装置内部风向控制。上述导流装置虽然能够起到提高风能利用率的作用，但由于收集大气风能的工况和燃气管道内置发电系统的工况截然不同，因此都不适用于燃气管道内置发电系统。所以针对管道内置发电的特性，需要参考工程上风能导流装置的原理，研究适用于燃气管道内置发电的导流装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上面提出的目前已有的燃气管道内置发电系统中的不足，提出一种用于燃气管道内置发电的导流装置，既能提高发电效率的同时，又兼具结构简单、易于维护以及操作弹性大的优点。本专利技术实现上述目的技术方案为：一种用于燃气管道内置发电的导流装置，包括：导流管，管径由小到大均匀变化，小管径端为入口，大管径端为出口；所述导流管的内壁设置有若干相互平行的螺旋导流片，所述导流管两端设置有分别连接上下游管道的法兰；两端密封的中心圆管，由固定装置固定在导流管内部轴线位置，所述中心圆管外壁设置有若干相互平行的螺旋导流片。进一步地，所述固定装置位于导流管的两端，包括若干呈辐射状均匀分布地连接在导流管内壁和中心圆管外壁之间圆柱形直杆，从而减少对气体的阻力。进一步地，所述螺旋导流片的数量与下游叶轮叶片数量相一致，保证气流尽可能均匀地冲击每个叶片。进一步地，所述导流管内壁上设有3～6条互相平行的螺旋导流片。进一步地，所述中心圆管外壁上设有3～6条互相平行的螺旋导流片。进一步地，所述螺旋导流片高度为2～5mm，确保对气流的引导效果。进一步地，所述导流管轴截面底角、叶片同叶轮轴线的夹角相一致，保证气流在所述螺旋导流片引导下垂直冲击叶片表面。进一步地，所述导流管轴截面底角30～60°。进一步地，所述螺旋导流片两端处的切线方向与所述导流管的径向夹角、叶片同叶轮轴线的夹角相一致，保证气流在所述螺旋导流片引导下垂直冲击叶片表面。进一步地，所述中心圆管的迎击天然气的一端设置有弹头形导流头，以降低阻力。本专利技术适用于小微型燃气管网压力能发电工艺装置，安装在叶轮发电机的前置位，通过改变流体流动状态以增大叶轮机械能，提高发电功率。本专利技术与现有技术和现状相比具有以下的有益效果：1、叶轮发电机功率提高。根据风能转换理论和贝茨理论所得出的发电设备理想有用功率公式，其中，在流体密度ρ以及发电机特性不变，即Cp不变的情况下，增大叶轮扫风面积sl以及提高流体流速V是两个提高功率的途径。本专利技术通过两个特征来提高发电效率。一个是喇叭状的导流管，由于导流管存在一定的锥度，流体流出导流管与导管中轴线是有一定角度的，这个角度恰好使流体可垂直冲击叶轮叶片表面，从而增大了叶轮扫风有效面积。除此之外，锥度的存在使得流体更多地击中叶轮离心端，能够提升叶轮的旋转速度，有更大的力矩去驱动发电机。另外一个特征是中心圆管。第一，它可以改变原本即将流经叶轮时中心部分的流体流向，避免流体的动能损失在无效的叶轮中心部分，使更多的流体流经叶片表面；第二，中心圆管外表面的螺旋线可以改变靠近中心位置流体的流向，以斜切角度流出，以垂直叶轮表面方向冲击叶轮，这两者都能有效增加叶轮扫风面积。根据前面提到的发电设备理想有用功率公式，其他条件不变，叶轮扫风面积与叶轮发电机功率成正比关系，因此叶轮扫风面积增加，叶轮发电机的功率也有所提高。因此，本专利技术能够有效提高叶轮发电机的发电功率。2、结构简单，易于维护。由于本专利技术原理简单，只需将上下游法兰与对应上下游管道进行连接即可安装使用，装卸方便，并且易于进行清洁检修，一旦出现问题能及时进行维护。3、操作弹性大。可根据实际工况下不同的叶轮数和叶轮与轴线的夹角，调整导流管的角度，中心圆管内壁的螺旋片数、螺距等其他相应尺寸，以达到最佳导流效果；且本专利技术装拆方便，便于流动，使用上更加灵活，能适应多种工况。附图说明图1为本专利技术实施例的一种用于燃气管道内置发电的导流装置结构示意图。图2为图1中A向视图(无法兰以及螺旋导流片)。图3为本专利技术实施例的一种燃气管道内置发电的导流装置三维立体图(无法兰)。图4为本专利技术实施例中装导流管前后扫风面积对比图。图5为本专利技术另一实施例的一种用于燃气管道内置发电的导流装置结构示意图。图中所示为：1-上游连接法兰；2-导流管；3-入口固定装置；4-中心圆管；5-下游连接法兰；6-出口固定装置；7-第一螺旋导流片；8-第二螺旋导流片；9-叶片；10-导流头。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。某管道内置发电工艺装置中稳态时天然气体积流量约750Nm3/h，管道直径为50mm，管道内天然气体积流量一定，但气体流速存在变化。管道内置发电机上的叶轮直径为75mm，叶轮轮盖直径20mm，叶片数量为6，叶片与轴线夹角为60°。针对上述工况，如图1至图3所示，一种用于燃气管道内置发电的导流装置，包括：导流管2，长度为52mm，管径由小到大均匀变化，小管径端为入口，入口管径为50mm，大管径端为出口，出口管径为80mm；所述导流管2的内壁设置有6条相互平行且高度为2～5mm的第一螺旋导流片7，所述导流管2两端设置有分别连接上下游管道的上游连接法兰1、下游连接法兰5；两端密封的中心圆管4，直径为20mm，由固定装置固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气管道内置发电的导流装置，其特征在于，包括：导流管(2)，管径由小到大均匀变化，小管径端为入口，大管径端为出口；所述导流管(2)的内壁设置有若干相互平行的螺旋导流片，所述导流管(2)两端设置有分别连接上下游管道的法兰；两端密封的中心圆管(4)，由固定装置固定在导流管(4)内部轴线位置，所述中心圆管(4)外壁设置有若干相互平行的螺旋导流片。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃气管道内置发电的导流装置，其特征在于，包括：导流管(2)，管径由小到大均匀变化，小管径端为入口，大管径端为出口；所述导流管(2)的内壁设置有若干相互平行的螺旋导流片，所述导流管(2)两端设置有分别连接上下游管道的法兰；两端密封的中心圆管(4)，由固定装置固定在导流管(4)内部轴线位置，所述中心圆管(4)外壁设置有若干相互平行的螺旋导流片。2.根据权利要求1所述的一种用于燃气管道内置发电的导流装置，其特征在于：所述固定装置位于导流管(2)的两端，包括若干呈辐射状均匀分布地连接在导流管(2)内壁和中心圆管(4)外壁之间圆柱形直杆。3.根据权利要求1所述的一种用于燃气管道内置发电的导流装置，其特征在于：所述螺旋导流片的数量与下游叶轮叶片数量相一致。4.根据权利要求3所述的一种用于燃气管道内置发电的导流装置，其特征在于：所述导流管内壁上设有3~6条互相平行的螺旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文东，黄晓烁，梁志杰，陈钰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44