天然氣發電機的製作方法
2023-05-06 20:35:46 1
專利名稱：天然氣發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種天然氣發電機。
據我們了解，長慶氣田地處人煙稀少，自然條件和地理環境惡劣的沙漠地帶，集氣站使用民用電很困難，所以目前所建40座集氣站用電絕大部分都是天然氣發電機所發出的電，所使用的發電機全部是從國外進口的。這些發電機在使用過程中主要存在以下幾個問題(1)檢修不方便，尤其是自動控制系統出現故障時，只能更換新的零配件，或請國外專家來現場處理，十分不便；(2)配件跟不上，組織購買配件周期長，影響氣井生產；(3)配件價格昂貴，提高了生產成本。據採氣廠反映，截止98底，從美國進口的天然氣發電機共計38臺，其中當時投入生產運行的僅有20多臺，在一年時間裡就有12臺不能正常運行，要維修好這12臺發電機和訂購38臺發電機組的零配件，總費用高達140多萬元人民幣。2000年訂購進口發電機組的零配件費用高達200多萬元人民幣，同時部分零配件已國產化，訂購國產化零配件費用高達166萬元人民幣。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種使天然氣發電機所有零配件國產化，首次應用由車用汽油機改造的天然氣發動機與發電機組配為天然氣發電機，並自行設計了機組控制櫃，使發電機輸出電壓和頻率滿足生產現場的需要，該機組可應用於有天然氣或伴生氣的油氣田現場生產中，也可滿足有天然氣的城市供電需要的天然氣發電機，本實用新型是這樣實現的天然氣發電機包括有發電機1、發動機控制櫃2、發電機控制櫃3、連接法蘭4、天然氣發動機5、副水箱6、主水箱7、機組底座8，機組底座8上有發電機1、發動機控制櫃2、發電機控制櫃3、連接法蘭4、天然氣發動機5、副水箱6、主水箱7，發動機控制櫃2、發電機控制櫃3依次與發電機1連接，天然氣發動機5通過連接法蘭4與發電機1連接，主水箱6與天然氣發動機5聯結，主水箱6上有副水箱7。
本實用新型還採用如下技術方案發電機1與天然氣發動機之間有聯軸器片。
聯軸器片為彈性片。
發電機1由定子、轉子、交流勵磁機、旋轉矽整流部件、自動電壓調節器組成。
發動機由機體、曲柄連杆機構、傳動機構、配氣機構、天然氣和空氣供給部分、進排氣部分、點火部分、燃燒部分、潤滑部分組成。
自動控制部分由電控櫃、測量儀表、傳感器、電子調速器、交直流電源組成。
發電機控制櫃3的前面板由水溫儀表9、油壓儀表10、轉速儀表11、交流電源12、點火電源13組成，控制櫃內有線路板、電子調速器，後面板上有三塊表接傳感器的三個航空插座(分別是X2、X3、X4)、交流電源插保險複合座(X1)、矩形插座(T1)。
本實用新型的優點在於1、經西北電力試驗研究院室內測試和現場使用，結果證明該機組額定輸出功率為30KW，電壓為380/220V，頻率為50HZ，電壓穩態調整率為380/220±1％，頻率穩態調整率為50±2.5％，各項技術性能參數達到設計要求，能滿足集氣站用電設備、自控系統、數椐傳輸等用電需求。
2、整機組均採用國產零配件。零配件容易組織，價格便宜，維修方便。
3、該機組採用車用汽油發動機改造並與國產發電機組配而成，各組件技術成熟，填補了我國天然氣發電機組由車用汽油發動機改造的空白。
4、轉速控制系統和設故障停車自動保護系統性能穩定可靠，保證了輸出壓力和頻率的穩定，實現了機組自動保護，滿足了氣田現場生產的需要。
5、該機組不僅可應用於有天然氣或伴生氣的油氣田現場生產中，也可滿足有天然氣的城市供電需要。
6、隨著我國天然氣工業的發展，「西氣東輸」工程的實施，天然氣這種清潔燃料將遍及全國大、中城市。天然氣發電機將會有更廣闊有使用前景。
具體實施由四大部分組成發動機、聯軸器片、發電機及自動控制部分。發動機由機體、曲柄連杆機構、傳動機構、配氣機構、天然氣和空氣供給部分、進排氣部分、點火部分、燃燒部分、潤滑部分等組成。發電機由定子、轉子、交流勵磁機、旋轉矽整流裝置、自動電壓調節器等組成。自動控制部分由電控櫃、測量儀表、傳感器、電子調速器、交直流電源等組成。聯軸器片是用來連接發動機與發電機，傳送力矩的，該聯軸器片設計為彈性片。該實用新型的整體結構圖如
圖1所示。
工作原理0.3～0.6MPa天然氣經進氣控制閥轉化成一定壓力和一定量的天然氣，然後和空氣按一定比例在混合器中充分混合，進入發動機的缸體內，經壓縮、點燃、燃燒膨脹做功，推動曲柄連杆機構、傳動機構運轉。通過聯軸器片帶動發電機運轉，發電機起動後，交流勵磁機依靠其定子上的剩磁建立電壓，該交流電經旋轉整流器整流後，送入主發電機勵磁繞組，使主發電建立電壓。隨著電機轉速的上升，電壓逐漸升高。當轉速接近額定轉速時，自動電壓調節器A.V.R利用這個電壓對交流勵磁機提供勵磁電流，使主發電機電壓迅速上升，並穩定在額定值。天然氣發電機工作原理見圖2。
選用改造技術成熟國產汽油發動機，通過降低功率，使轉速降至1500轉/分，計算出功率與轉速的關係，判斷功率是否滿足發電機所需的功率。汽油發動機的選用車用EQ6100型汽油發動機，其額定功率P＝99KW，額定轉速n＝3000r/min。將其改造(由燃油改為燃氣)後，再相應降低發動機功率，使其轉速降至1500轉/分後，經測試，該天然氣發動機的額定功率為45KW，可與轉速為1500轉/分、功率為30KW的國產發電機組配。
設計發動機與發電機之間的連接配件。
天然氣發電機組控制櫃是專門為天然氣發電機組而設計的。其功能是測量並顯示天然氣發動機工作時的一些重要參數(冷卻水溫度、機油壓力、和發動機轉速)；設置控制限值，當發動機超出或低於設定值時，可報警並自動停機，以保護髮動機安全可靠地工作；同時還包括發動機電起動，蓄電池供電系統以及發電機對蓄電池充電系統。其特點參數測量精確，儀表數字顯示，控制限值可改變，可靠性高，使用操作方便，控制全自動，並配有後備式UPS電源。
天然氣發電機組控制櫃外型如圖3所示，其前面板由三塊儀表(分別是水溫、油壓和轉速)、點火鎖、點火提前角顯示錶、交流電源開關、指示燈等組成。
控制櫃內為線路板、電子調速器等儀表、儀器。控制櫃主要工作原理圖見圖4A、圖4B、圖4C、圖4D。
後面板(如圖5所示)包括三塊表接傳感器的三個航空插座(分別是X2、X3、X4)、交流電源插保險複合座(X1)、矩形插座(T1)。其中T1矩形插座用來連接發動機上的點火線圈、發動機、發電機和電瓶，用於對發動機的控制X1交流電源插座接到UPS開關電源上，用地三塊儀表的供電。
圖5中，T1為20Pin矩形插座，X1為交流單相AC220V電源接到UPS電源的輸出端，X2溫度表傳感器(5Pin)，X3壓力傳感器(5Pin)，X4轉速傳感器(7Pin)。
四塊儀表測量、控制簡介(1)冷卻水溫表測量範圍0～200℃使用傳感器Pt100鉑熱電阻，接線採用三線制當水溫超過90℃時，系統切斷點火電源和供氣電磁閥，自動停止發動機，並報警。
(2)機油壓力表測量範圍0～1Mpa；使用傳感器動圈式電阻傳感器。
當油壓小於0.1MPa時，系統切斷點火電源和供氣電磁閥，自動停止發動機，並報警。
(3)轉速表測量範圍0～9999r/min，使用傳感器霍爾傳感器當發動機轉速超過1650r/min時，系統切斷點火電源和供氣電磁閥，自動停止發動機，並報警。
(4)電子調速器調速範圍1500±2.5％r/min；使用傳感器磁感應式。
電子調速器包括傳感器、控制器和執行器，傳感器把發動機實際轉速的頻率信號送到控制器中，與控制器中設定的頻率信號相比，其差值形成一個驅動信號，驅動執行器電機運轉，控制發動機節氣門開度，當發電機負載不斷變化時，電子調速器能保持天然氣發動機輸出轉速在1500±2.5％r/min範圍內變化。
天然氣發動機控制櫃，主要包括以下兩個內容(1)轉速控制系統。當發動機轉矩與外界轉矩開始失去平衡時，電子調速器能自動迅速調整供氣量，使轉矩與阻力矩重新平衡，保持輸出頻率和電壓的穩定，滿足現場生產的需要。該系統包括電子調速器、專用天然氣混合器和供氣調節閥。
(2)設故障停車自動保護系統。發動機上設置了超速、水溫、油壓三項保護，以保證發動機運轉過程中出現超速(＞1650r/min)、水溫過高(＞90℃)油壓過低(＜0.1Mpa)的異常現象時，自動控制系統能連續發出報警聲並自動切斷進氣氣源，使發動機自動停機。
權利要求1.天然氣發電機，包括有發電機(1)、發動機控制櫃(2)、發電機控制櫃(3)、連接法蘭(4)、天然氣發動機(5)、副水箱(6)、主水箱(7)、機組底座(8)，其特徵在於機組底座(8)上有發電機(1)、發動機控制櫃(2)、發電機控制櫃(3)、連接法蘭(4)、天然氣發動機(5)、副水箱(6)、主水箱(7)，發動機控制櫃(2)、發電機控制櫃(3)依次與發電機(1)連接，天然氣發動機(5)通過連接法蘭(4)與發電機(1)連接，主水箱(6)與天然氣發動機(5)聯結，主水箱(6)上有副水箱(7)。
2.根據權利要求1所述的天然氣發電機，其特徵在於發電機(1)與天然氣發動機(5)之間有聯軸器片。
3.根據權利要求2所述的天然氣發電機，其特徵在於聯軸器片為彈性片。
4.根據權利要求1所述的天然氣發電機，其特徵在於發電機1由定子、轉子、交流勵磁機、旋轉矽整流部件、自動電壓調節器組成。
5.根據權利要求1所述的天然氣發電機，其特徵在於發動機由機體、曲柄連杆機構、傳動機構、配氣機構、天然氣和空氣供給部分、進排氣部分、點火部分、燃燒部分、潤滑部分組成。
6.根據權利要求1所述的天然氣發電機，其特徵在於自動控制部分由電控櫃、測量儀表、傳感器、電子調速器、交直流電源組成。
7.根據權利要求1所述的天然氣發電機，其特徵在於發電機控制櫃(3)的前面板由水溫儀表(9)、油壓儀表(10)、轉速儀表(11)、交流電源(12)、點火電源(13)組成，控制櫃內有線路板、電子調速器，後面板上有三塊表接傳感器的三個航空插座(X2)、(X3)、(X4)、交流電源插保險複合座(X1)、矩形插座(T1)。
專利摘要一種天然氣發電機，由發電機1、發動機控制櫃2、發電機控制櫃3、天然氣發動機5等組成，發動機控制櫃2、發電機控制櫃3依次與發電機1連接，天然氣發動機5通過連接法蘭4與發電機1連接，主水箱6與天然氣發動機5聯結，主水箱6上有副水箱7，該機組額定輸出功率為30KW，電壓為380/220V，頻率為50Hz，電壓穩態調整率為380/220±1％，頻率穩態調整率為50±2.5％，各項技術性能參數達到設計要求，能滿足集氣站用電設備、自控系統、數椐傳輸等用電需求。
文檔編號H02P9/04GK2601482SQ02204949
公開日2004年1月28日 申請日期2002年3月7日 優先權日2002年3月7日
發明者張書平, 徐勇, 趙粉霞, 張國慶, 程小莉, 桂捷 申請人:中國石油天然氣股份有限公司