專利名稱：整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用領(lǐng)域，具體涉及整體式天然氣壓縮機廢氣能量通過朗肯循環(huán)廢氣余能利用系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為氣動馬達的轉(zhuǎn)動動能，并將轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化為電能以及其它形式機械能的裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國能源短缺現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，節(jié)能問題已成為世界普遍關(guān)心的問題。在動カ機械行業(yè)中，動カ機械降低燃料消耗量和排放尾氣余能的利用，成為研究的熱點。整體式天然氣壓縮機是以天燃氣為動カ燃氣，輸出的機械能將低壓進氣壓縮為高壓出氣的動カ機械；排出的高溫廢氣帶走了相當(dāng)于有效功率的熱能，此部分能量如果有效 利用能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。在廢氣余能利用技術(shù)裝置中，吸收式制冷、熱能直接利用實效性較差且溫差發(fā)電目前尚處于原理性研究階段；整體式天然氣壓縮機在降低燃氣消耗量方面也處于研究階段。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，以解決整體式天然氣壓縮機廢氣能量回收利用轉(zhuǎn)化為其他形式能量的問題，該系統(tǒng)能夠?qū)⒄w式天然氣壓縮機廢氣能量通過朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為氣動馬達的轉(zhuǎn)動動能，然后利用機械能傳動與利用系統(tǒng)將氣動馬達的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化為電能以及其他形式的機械能，從而實現(xiàn)對整體式天然氣壓縮機廢氣能量的利用；同時，該系統(tǒng)能夠依據(jù)壓縮機工作狀態(tài)、壓縮天然氣出ロ壓カ需求來實現(xiàn)對動カ燃氣量的自動調(diào)節(jié)，同時能夠根據(jù)氣動馬達工作狀態(tài)自動調(diào)節(jié)エ質(zhì)泵工作頻率，以確定適宜的エ質(zhì)流量使廢氣能量利用率最高；傳動系統(tǒng)采用液力變矩器耦合動力分配箱的策略，充分降低系統(tǒng)機械摩擦損失。本實用新型整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，由控制器42、整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I、有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II、機械能傳動與利用系統(tǒng)III組成，其中控制器42分別與整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I、有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II、機械能傳動與利用系統(tǒng)III連接；整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I中的排氣總管10與有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II中的蒸發(fā)器27的入口連接；有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II中的氣動馬達31動カ輸出端與機械能傳動與利用系統(tǒng)III中的液力變矩器19的動カ輸入端相連接。整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I由整體式天然氣壓縮機I、飛輪2、電磁離合器13、低壓進氣總管4、質(zhì)量流量計15、溫壓傳感器16、質(zhì)量流量計117、溫壓傳感器118、高壓出氣總管9、排氣總管10、燃氣供給管11、電控比例閥12和質(zhì)量流量計II113組成，其中整體式天然氣壓縮機燃氣供給管11、排氣總管10、高壓出氣總管9和低壓進氣總管4置于整體式天然氣壓縮機I上；低壓進氣總管4與整體式天然氣壓縮機I低壓進氣端固定聯(lián)接，高壓出氣總管9與整體式天然氣壓縮機I高壓出氣端固定聯(lián)接，燃氣供給管11與整體式天然氣壓縮機I燃氣供給端固定聯(lián)接，飛輪2與整體式天然氣壓縮機I軸式連接；電控比例閥12和質(zhì)量流量計III13置于燃氣供給管11上，溫壓傳感器118、質(zhì)量流量計117和溫壓傳感器16、質(zhì)量流量計15分別置于高壓出氣總管9和低壓進氣總管4上。有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II由蒸發(fā)器27、氣水分離器28、自吸泵29、溫壓傳感器11130、氣動馬達31、溫壓傳感器IV32、冷凝器33、水泵34、冷卻塔35、溫壓 傳感器V36、減壓閥37、溢流平衡罐38、回流閥39、工質(zhì)儲存罐40和工質(zhì)泵41組成。所述的整體式天然氣壓縮機I上的排氣總管10與蒸發(fā)器27進氣口、蒸發(fā)器27出氣口與氣水分離器28進氣口、氣水分離器28出氣口與自吸泵29依次進行管道連接；所述的蒸發(fā)器27的工質(zhì)出液口與氣動馬達31的進氣口、氣動馬達31的出氣口與冷凝器33的工質(zhì)進氣口、冷凝器33的工質(zhì)出液口與減壓閥37、減壓閥37與工質(zhì)儲存罐40第I進液口、工質(zhì)儲存罐40出液口與工質(zhì)泵41進口、工質(zhì)泵41出口與蒸發(fā)器27的工質(zhì)進液口依次進行管道連接。所述的冷凝器33的冷卻水進口與水泵34出口、水泵34入口與冷卻塔35出口、冷卻塔35入口與冷凝器33的冷卻水出口依次進行閉環(huán)管道連接；冷卻塔35另一端與氣水分離器28管道連接。所述的減壓閥37另一端與溢流平衡罐38入口、溢流平衡罐38出口與回流閥39和工質(zhì)儲存罐40第II進液口依次管道連接。氣動馬達31的進氣口與出氣口端管路分別設(shè)置溫壓傳感器III30和溫壓傳感器IV32 ;冷凝器33工質(zhì)出液口與減壓閥37之間設(shè)置溫壓傳感器V36。機械能傳動與利用系統(tǒng)III由天然氣壓縮機14、萬向傳動裝置115、萬向傳動裝置1116、電磁離合器1117、動力分配箱18、液力變矩器19、電磁離合器11120、電磁離合器IV21、萬向傳動裝置11122、發(fā)電機23、并網(wǎng)控制器24、UPS電源25和用電設(shè)備26組成。所述的氣動馬達31動力輸出端與液力變矩器19、動力分配箱18軸式連接,動力分配箱18動力分配比為I : 3，其動力輸出端分為三路一路通過電磁離合器1117與萬向傳動裝置1116、電磁離合器13軸式連接，電磁離合器13與整體式天然氣壓縮機I上的飛輪2固定聯(lián)接；一路通過電磁離合器III20與萬向傳動裝置115與天然氣壓縮機14動力輸入端軸式連接；一路通過電磁離合器IV21與萬向傳動裝置III22與發(fā)電機23軸式連接；發(fā)電機23與并網(wǎng)控制器24、UPS電源25以電路形式連接；UPS電源25以電路形式與用電設(shè)備26電路連接。所述的控制器42分別與整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I、有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II和機械能傳動與利用系統(tǒng)III中的各傳感器與執(zhí)行器相連接。本實用新型的有益效果在于整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置一方面能夠根據(jù)自適應(yīng)燃氣量供給模型實時調(diào)節(jié)動力燃氣供給量，以降低動力端用燃氣消耗量，另一方面能夠根據(jù)自適應(yīng)郎肯循環(huán)工質(zhì)流量調(diào)節(jié)模型來實時調(diào)整工質(zhì)泵的工作頻率，使氣動馬達工作在高效率區(qū)域，提高廢氣能量利用率；機械能傳動與利用系統(tǒng)中電磁離合器在靜止?fàn)顟B(tài)哨合，并米用先哨合后脫離的控制策略，充分降低對離合器的沖擊和破壞。

圖I為整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置的結(jié)構(gòu)框圖；[0012]其中I.自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)II.有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)III.機械傳動與機械能利用系統(tǒng)I.整體式天然氣壓縮機 2.飛輪 3.電磁離合器I 4.低壓進氣總管5.質(zhì)量流量計I 6.溫壓傳感器I 7.質(zhì)量流量計II 8.溫壓傳感器II
9.高壓出氣總管 10.排氣總管 11.燃氣供給管 12.電控比例閥13.質(zhì)量流量計
III14.天然氣壓縮機15.萬向傳動裝置I 16.萬向傳動裝置II 17.電磁離合器II18.動カ分配箱19.液力變矩器 20.電磁離合器III 21.電磁離合器IV 22.萬向傳動裝置III 23.發(fā)電機24.并網(wǎng)控制器25. UPS電源26.用電設(shè)備27.蒸發(fā)器28.氣水分離器29.自吸泵30.溫壓傳感器III 31.氣動馬達32.溫壓傳感器
IV33.冷凝器34.水泵35.冷卻塔36.溫壓傳感器V 37.減壓閥38.溢流平衡罐39.回流閥40.エ質(zhì)儲存罐41.エ質(zhì)泵42.控制器構(gòu)成。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖I對本發(fā)明整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置作進ー步詳細闡述整體式天然氣壓縮機I運行時，控制単元42分別通過采集低壓進氣總管4上的質(zhì)量流量計15和溫壓傳感器16以及高壓出氣總管9上的質(zhì)量流量計117和溫壓傳感器118的信號，計算出負荷要求，構(gòu)建自適應(yīng)燃氣量供給模型，依據(jù)所構(gòu)建的自適應(yīng)燃氣量供給模型，控制器42采集燃氣供給管11上的溫壓傳感器III13的信號，通過電控比例閥12實時調(diào)節(jié)動力燃氣供給量，在滿足所需高壓氣體壓力和溫度的前提下，以降低整體式天然氣壓縮機I工作所需天燃氣供給量。朗肯循環(huán)所用エ質(zhì)儲存在エ質(zhì)儲存罐40中，エ質(zhì)泵41將エ質(zhì)傳輸至蒸發(fā)器27中，整體式天然氣壓縮機I所排放的尾氣通過排氣總管10輸送至蒸發(fā)器27，尾氣在蒸發(fā)器27中釋放出熱量后，通過氣水分離器28流向自吸泵29，為避免整體式天然氣壓縮機I排氣背壓過高，自吸泵在整體式天然氣壓縮機I工作過程中始終開啟，氣水分離器將尾氣中的水冷凝，并輸送至冷卻塔35 ;在蒸發(fā)器27中，エ質(zhì)吸收尾氣所釋放出的熱量，氣化成過熱蒸汽，過熱蒸汽傳輸至氣動馬達31，氣動馬達31對外輸出做功；乏氣傳輸至冷凝器33，在冷凝器33中冷凝為液態(tài)エ質(zhì)，若氣動馬達31工作不正常，冷凝后的液態(tài)エ質(zhì)壓カ將高于規(guī)定壓力，エ質(zhì)通過減壓閥37傳輸至溢流平衡罐38 ;エ質(zhì)壓カ恢復(fù)正常吋，打開回流閥39，エ質(zhì)將直接通過回流閥39傳輸至エ質(zhì)儲存罐40。當(dāng)氣動馬達31正常工作時，打開回流閥38，溢流平衡罐38內(nèi)的エ質(zhì)通過回流閥38流入エ質(zhì)儲存罐40中。冷凝器33在工作過程中需要冷卻，控制單元42通過采集冷凝器33前、后溫壓傳感器IV32和溫壓傳感器V36的信號值， 確定エ質(zhì)實時流動條件下冷凝器33所需的冷卻水流量；控制單元42通過調(diào)節(jié)水泵的工作頻率實時調(diào)節(jié)冷卻水流量，冷卻水本身通過冷卻塔35冷卻?？刂茊卧?2采集氣動馬達31前、后溫壓傳感器III31和溫壓傳感器IV32的信號，構(gòu)建自適應(yīng)朗肯循環(huán)エ質(zhì)流量調(diào)節(jié)模型，依據(jù)所構(gòu)建的自適應(yīng)朗肯循環(huán)エ質(zhì)流量調(diào)節(jié)模型調(diào)節(jié)エ質(zhì)泵41的工作頻率，使氣動馬達31工作在高效率區(qū)，提高廢氣能量利用率。氣動馬達31所輸出的動カ通過液カ變矩器19以共軸形式傳至動力分配箱18，動力分配箱18動カ輸出端輸出動力分別或同時用于整體式天然氣壓縮機I、驅(qū)動天然氣壓縮機14和發(fā)電機23發(fā)電，其動カ輸出端分別定義為第I動カ輸出端、第II動カ輸出端和第III動力輸出端；其中用于整體式天然氣壓縮機的動力傳遞路線為電磁離合器13首先與整體式天然氣壓縮機I上的飛輪2在靜止?fàn)顟B(tài)嚙合，然后電磁離合器II17與動力分配箱18的動力輸出端嚙合，當(dāng)整體式天然氣壓縮機I運轉(zhuǎn)時，能夠有效減小電磁離合器13與電磁離合器1117的沖擊損失，并使各電磁離合器的摩擦損失較小，整體式天然氣壓縮機I的第I動力輸出端通過電磁離合器Π17、萬向傳動裝置1116與電磁離合器13，將動力傳遞至飛輪2，用于輔助驅(qū)動整體式天然氣壓縮機I。用于驅(qū)動天然氣壓縮機14的動力傳遞路線為動力分配箱18的第II動力輸出端將動力通過電磁離合器III20和萬向傳動裝置115傳輸至天然氣壓縮機14，驅(qū)動天然氣壓縮機14作為補充高壓氣源，當(dāng)需要輔助高壓氣源時，控制器42通過驅(qū)動電磁離合器III20嚙合，動力傳輸至天然氣壓縮機14，以產(chǎn)生高壓燃氣。用于發(fā)電機23發(fā)電的動力傳遞路線為動力分配箱18的第III動力輸出端將動力通過電磁離合器IV21和萬向傳動裝置1112，2將動力傳輸至發(fā)電機23，發(fā)電機23輸出的電能通過并網(wǎng)控制器24傳輸至UPS電源25，用于為用電設(shè)備26供電；當(dāng)需要給用電設(shè)備26供電時，控制器42驅(qū)動電磁離合器IV21 B齒合,動力傳輸至發(fā)電機23,發(fā)電機23輸出電能提供給用電設(shè)備26。以上僅就整體式天然氣壓縮機的實施案例說明了本發(fā)明技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)原理，按此方案完全可以利用到更多的燃燒式動力機械中。實際應(yīng)用中由蒸發(fā)器27、氣動馬達31、冷凝器33、水泵34、減壓閥37、溢流平衡罐38、回流閥39、工質(zhì)儲存罐40和工質(zhì)泵41作為主要構(gòu)件的有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II和以動力分配箱18、液力變矩器19、發(fā)電機23和各電磁離合器為主要構(gòu)件構(gòu)成 的機械能傳動與利用系統(tǒng)III可單獨與燃燒式動力機械構(gòu)成相應(yīng)的廢氣能量回收完整系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，其特征在于控制器(42)分別與整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I、有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II、機械能傳動與利用系統(tǒng)III連接；整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I中的排氣總管(10)與有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II中的蒸發(fā)器(27)的入口連接；有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II中的氣動馬達(31)動カ輸出端與機械能傳動與利用系統(tǒng)III中的液力變矩器(19)的動カ輸入端相連接。
2.按權(quán)利要求I所述的整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，其特征在于整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I由整體式天然氣壓縮機(I)、飛輪(2)、電磁離合器I(3)、低壓進氣總管(4)、質(zhì)量流量計I (5)、溫壓傳感器I (6)、質(zhì)量流量計II (7)、溫壓傳感器II (8)、高壓出氣總管(9)、排氣總管(10)、燃氣供給管(11)、電控比例閥(12)和質(zhì)量流量計III (13)組成，其中整體式天然氣壓縮機燃氣供給管(11)、排氣總管(10)、高壓出氣總管(9)和低壓進氣總管(4)置于整體式天然氣壓縮機(I)上；低壓進氣總管(4)與整體式天然氣壓縮機(I)低壓進氣端固定聯(lián)接，高壓出氣總管(9)與整體式天然氣壓縮機(I)高壓出氣端固定聯(lián)接，燃氣供給管(11)與整體式天然氣壓縮機(I)燃氣供給端固定聯(lián)接，飛輪(2)與整體式天然氣壓縮機(I)軸式連接；電控比例閥(12)和質(zhì)量流量計III (13)置于燃氣供給管(11)上，溫壓傳感器II (8)、質(zhì)量流量計II (7)和溫壓傳感器I (6)、質(zhì)量流量計I(5)分別置于高壓出氣總管(9)和低壓進氣總管(4)上。
3.按權(quán)利要求I所述的整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，其特征在于有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II由蒸發(fā)器(27)、氣水分離器(28)、自吸泵(29)、溫壓傳感器III (30)、氣動馬達(31)、溫壓傳感器IV (32)、冷凝器(33)、水泵(34)、冷卻塔(35)、溫壓傳感器V (36)、減壓閥(37)、溢流平衡罐(38)、回流閥(39)、エ質(zhì)儲存罐(40)和エ質(zhì)泵(41)組成；所述的整體式天然氣壓縮機(I)上的排氣總管(9)與蒸發(fā)器(27)進氣ロ、蒸發(fā)器(27 )出氣ロ與氣水分離器(28 )進氣ロ、氣水分離器(28 )出氣ロ與自吸泵(29 )依次進行管道連接；所述的蒸發(fā)器(27 )的エ質(zhì)出液ロ與氣動馬達(31)的進氣ロ、氣動馬達(31)的出氣ロ與冷凝器(33 )的エ質(zhì)進氣ロ、冷凝器(33 )的エ質(zhì)出液ロ與減壓閥(37 )、減壓閥(37 )與エ質(zhì)儲存罐(40)第I進液ロ、エ質(zhì)儲存罐(40)出液ロ與エ質(zhì)泵(41)進ロ、エ質(zhì)泵(41)出ロ與蒸發(fā)器(27)的エ質(zhì)進液ロ依次進行管道連接；所述的冷凝器(33)的冷卻水進ロ與水泵(34)出口、水泵(34)入口與冷卻塔(35)出口、冷卻塔(35)入口與冷凝器(33)的冷卻水出口依次進行閉環(huán)管道連接；冷卻塔(35)另一端與氣水分離器(28)管道連接；所述的減壓閥(37)另一端與溢流平衡罐(38)入口、溢流平衡罐(38)出口與回流閥(39)和エ質(zhì)儲存罐(40)第II進液ロ依次管道連接；氣動馬達(31)的進氣ロ與出氣ロ端管路分別設(shè)置溫壓傳感器III (30)和溫壓傳感器IV (32);冷凝器(33)エ質(zhì)出液ロ與減壓閥(37)之間設(shè)置溫壓傳感器V (36)。
4.按權(quán)利要求I所述的整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，其特征在于機械能傳動與利用系統(tǒng)III由天然氣壓縮機(14)、萬向傳動裝置I (15)、萬向傳動裝置II (16)、電磁離合器II (17)、動カ分配箱(18)、液力變矩器(19)、電磁離合器III (20)、電磁離合器IV (21)、萬向傳動裝置III (22)、發(fā)電機(23)、并網(wǎng)控制器(24)、UPS電源(25)和用電設(shè)備(26)組成；所述的氣動馬達(31)動カ輸出端與液力變矩器(19)、動カ分配箱(18)軸式連接，動カ分配箱(18)動カ分配比為I : 3，其動カ輸出端分為三路一路通過電磁離合器II(17)與萬向傳動裝置II (16)、電磁離合器I (3)軸式連接，電磁離合器I (3)與整體式天然氣壓縮機(I)上的飛輪(2)固定聯(lián)接；一路通過電磁離合器III (20)與萬向傳動裝置I (15)與天然氣壓縮機(14)動力輸入端軸式連接；一路通過電磁離合器IV (21)與萬向傳動裝置III (22)與發(fā)電機(23)軸式連接；發(fā)電機(23)與并網(wǎng)控制器(24)、UPS電源 (25)以電路形式連接；UPS電源(25)以電路形式與用電設(shè)備(26)電路連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于對整體式天然氣壓縮機尾氣余能利用的整體式天然氣壓縮機節(jié)能技術(shù)利用裝置，該裝置主要包括控制器、整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I、有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II和機械能傳動與利用系統(tǒng)III。有機朗肯循環(huán)廢氣余能轉(zhuǎn)化機械能系統(tǒng)II通過將整體式天然氣壓縮機自適應(yīng)燃氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)I中整體式天然氣壓縮機上排氣總管中的廢氣余能轉(zhuǎn)化為氣動馬達的轉(zhuǎn)動動能，并將機械能傳動與利用系統(tǒng)III中氣動馬達的轉(zhuǎn)動動能通過動力分配箱同時或分別用于整體式天然氣壓縮機、驅(qū)動天然氣壓縮機和發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)對整體式天然氣壓縮機廢氣能量的利用。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，廢氣余能利用量高的特點。
文檔編號F01D15/12GK202431312SQ201120541909
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者李小平, 楊冬, 田徑, 解方喜, 許允, 趙海光, 韓永強 申請人:吉林大學(xué)