CN103939146A - 一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，它主要由活塞总成、进排气总成、曲轴总成、发电总成、辅助机构组成。所述活塞总成由活塞、活塞缸和活塞杆组成，所述进排气总成由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴和圆柱顶杆组成；曲轴总成由曲轴，飞轮等组成；发电总成由发电机、联轴器组成，辅助机构主要包括盘管式换热器，离合器。采用一号缸膨胀降压、二号缸膨胀降压、三号缸膨胀降压的三级膨胀降压系统，并且从一号、二号缸到三号缸缸径逐渐增大，使得高压天然气能够逐级降压。本发明充分利用压力能，通过直列式三缸往复式活塞将压差能转化为机械能；设计合理，既没有废气排放污染环境，又减小了噪音。

Description

一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机
技术领域
本发明涉及一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，采用直列式多缸活塞动力机，高压天然气经过这种多缸活塞动力机将压力能转化为机械能后用于发电，属于利用高压天然气压力能的技术领域。
技术背景
针对目前大多数天然气井口出气压力高(一般是十几Mpa到几十Mpa)，但是输送天然气压力却相对小很多(一般是几Mpa)，这之间就蕴含了大量的压差能。按照以往的天然气开采流程，这部分压差能就直接通过减压阀减压，然后通过运输管道，无形之中大量的压差能就被浪费掉了，而且经过减压阀时，高压天然气对其产生很大的冲击，很容易损坏减压阀。如果能够经过一种装置把这些压差能转化成其他形式的能量用于做功，这样既避免了能量的浪费，同时又产生了其他形式的能量，若将这些能量用于发电，不仅可以产生巨大的经济效益又不会对环境造成污染。
发明内容
本发明的目的是为了充分利用压力能，提供一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，在达到管线输送压力的同时利用了大量的压差能，并运用于发电。
本发明利用一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，主要由活塞总成、进排气总成、曲轴总成、发电总成、辅助机构组成。所述活塞总成由活塞、活塞缸和活塞杆组成，所述进排气总成由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴和圆柱顶杆组成；曲轴总成由曲轴，飞轮等组成；发电总成由发电机、联轴器组成，辅助机构主要包括盘管式换热器，离合器。
考虑到高压天然气在降压的时候不可能一次性的直接降到管道可以输送的压力范围，因此采用一号缸膨胀降压、二号缸膨胀降压、三号缸膨胀降压的三级膨胀降压系统，并且从一号缸、二号缸到三号缸的缸径逐渐增大，使得高压天然气能够逐级降压，充分利用压力能。高压天然气在活塞中膨胀降压的过程中会伴随着温度的下降，如果温度下降的过低，就会在管道里结冰影响气体的通行，而且还有可能产生水合物，所以为了防止温度降得过低，将每一级缸的膨胀排气接通至盘管式换热器，对膨胀过后的天然气进行换热，提高天然气的温度，为下一级天然气的膨胀提供基础。最后由三号缸中出来的天然气也需要进行加热，再通过管线接到天然气管道输送出口把天然气输送出去。
初始状态，高压天然气经过一号缸进气阀进入一号缸中，高压天然气膨胀推动一号缸活塞向右运动，由于一号缸活塞、二号缸活塞和三号缸活塞由活塞杆连接起来之后做相同的运动，此时一号缸活塞向右运动也推动二号缸活塞、三号缸活塞向右运动，直到都到达右止点为止，一号缸排出阀在活塞到右止点时打开，气体排出至盘管式换热器经过换热之后，通过二号缸进气阀进入到二号缸中(此时二号缸在右止点位置)，气体在二号缸中膨胀，继续推动活塞向左运动，由于在一号缸作用下，曲轴、飞轮具有了惯性力，此时惯性力也带动活塞向左运动，从而加速了曲轴的转动，经过二号缸中膨胀的气体又通过二号缸排出阀排出到盘管式换热器中换热之后进入到三号缸中做相同的循环。其中三个缸阀门的进排气阀都由相应的进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴和圆柱顶杆控制，实现三个缸体的阀门同时开闭，同时进气、排气，实现对曲轴的加速转动。
本发明的优点：充分利用压力能，通过直列式三缸往复式活塞将压差能转化为机械能。带动曲轴转动，曲轴通过联轴器直接连接上发电机主轴带动发电机发电；设计合理，几乎不消耗能量，既没有废气排放污染环境，又减小了噪音。
附图说明
图1是本发明一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机的示意图。
图2是本发明一号缸进气对应的凸轮位置示意图。
图3是本发明一号缸排气对应的凸轮位置示意图。
图4是本发明在一号缸进气时，三个缸活塞所在位置示意图。
图5是本发明在二号缸进气时，三个缸活塞所在位置示意图。
图6是本发明在三号缸进气时，三个缸活塞所在位置示意图。
图中：1.飞轮，2.链轮，3.进气凸轮，4.排气凸轮，5.曲轴，6.凸轮轴，7.联轴器，8.离合器，9.发电机，10.圆柱顶杆，11.盘管式换热器，12.链条，13.三号缸排气阀，14.二号缸排气阀，15.一号缸排气阀，16.一号缸进气阀，17.二号缸进气阀，18.三号缸进气阀，19.曲柄，20.十字头，21.一号缸活塞杆，22.二号缸活塞杆，23.三号缸活塞杆，24.一号缸活塞，25.二号缸活塞，26.三号缸活塞，27.一号缸，28.二号缸，29.三号缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作具体描述：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，主要由活塞总成、进排气总成、曲轴总成、发电总成、辅助机构组成。所述活塞总成由一号缸活塞24、二号缸活塞25、三号缸活塞26，一号缸27、二号缸28、三号缸29和一号缸活塞杆21、二号缸活塞杆22、三号缸活塞杆23组成，所述进排气总成由进气凸轮3、排气凸轮4、凸轮轴6和圆柱顶杆10组成；曲轴总成由曲轴5，飞轮2组成；发电总成由发电机9、联轴器7组成，辅助机构主要包括盘管式换热器11，离合器8。
采用一号缸27膨胀降压、二号缸28膨胀降压、三号缸29膨胀降压的三级膨胀降压系统，并且从一号缸27、二号缸28到三号缸29的缸径逐渐增大，使得高压天然气能够逐级降压，充分利用压力能。
如图2、图3、图4所示，高压气体经过一号进气通道由一号缸进气阀16控制进气，气体进入到一号缸27内，此时的一号缸进气阀16处于打开状态，气体在一号缸27里迅速膨胀推动一号缸活塞24向右运动直到运动到右止点为止，此时二号缸活塞25和三号缸活塞26都运动到右止点，所不同的是二号缸28是排气过程，一号缸27和三号缸29是进气过程。经过一号缸27膨胀之后的气体由一号缸排气阀15，将气体经过一号排气通道排出到盘管式换热器11，将气体进行换热处理，其目的是防止气体在一号缸27里膨胀之后温度过低引起结冰或者水合物生成。经过盘管式换热器11之后的气体又经过二号缸进气通道，通过二号缸进气阀17控制气体进入到二号缸28中进行膨胀，推动二号缸活塞25向左运动直到左止点。在二号缸28中膨胀之后的气体经过二号缸排气阀14把气体经二号排气通道又排到盘管式换热器11进行换热处理，其目的同样是防止气体在二号缸28里膨胀之后温度过低引起结冰或者水合物生成。经过盘管式换热器11出来的气体继续通过管道进入三号进气通道，由三号缸进气阀18控制气体进入到三号缸29里。进入三号缸29里的气体膨胀带动三号缸活塞26向右运动，从而继续推动曲轴5旋转。高压气体经过在三号缸中膨胀之后经过三号缸排气阀13把气体排至三号排气通道又排到盘管式换热器11中将其温度升高之后接到天然气输送管道直接输送走。曲轴5一端带有飞轮1，另一端通过联轴器7连接发电机主轴即可直接利用机械能进行发电。经过上面的循环，三个缸的活塞都做了功。根据气井产量，可以适当的增减活塞缸的数目。
一号缸27、二号缸28、三号缸29对应的进气阀门(16、17、18)，排气阀门(15、14、13)都由凸轮轴6带动各自的进气凸轮3、排气凸轮4运动，进气凸轮3、排气凸轮4运动带动圆柱顶杆11运动，从而控制顶杆上阀门的开闭。一号缸27、二号缸28、三号缸29同时进气，同时排气，同时对曲轴做功，从而增强了曲轴的输出功率。凸轮轴6与曲轴5由链条12连接，所以凸轮轴6的转动同步于曲轴5，凸轮轴6上链轮2所在位置要高于曲轴5上链轮2所在位置，防止活塞杆(21、22、23)在运动时与凸轮轴6发生碰撞。

Claims (3)

1.一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，主要由活塞总成、进排气总成、曲轴总成、发电总成、辅助机构组成，其特征在于：所述活塞总成由一号缸活塞(24)、二号缸活塞(25)、三号缸活塞(26)，一号缸(27)、二号缸(28)、三号缸(29)和一号缸活塞杆(21)、二号缸活塞杆(22)、三号缸活塞杆(23)组成，所述进排气总成由进气凸轮(3)、排气凸轮(4)、凸轮轴(6)和圆柱顶杆(10)组成；曲轴总成由曲轴(5)，飞轮(2)组成；发电总成由发电机(9)、联轴器(7)组成，辅助机构主要包括盘管式换热器(11)，离合器(8)；采用一号缸(27)膨胀降压、二号缸(28)膨胀降压、三号缸(29)膨胀降压的三级膨胀降压系统，并且从一号缸(27)、二号缸(28)到三号缸(29)的缸径逐渐增大，使得高压天然气能够逐级降压，充分利用压力能。
2.根据权利要求1所述的一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，其特征在于：高压气体经过一号缸进气阀(16)进入到一号缸(27)内迅速膨胀推动一号缸活塞(24)向右运动直到运动到右止点为止，经过一号缸(27)膨胀之后的气体由一号缸排气阀(15)将气体排出到盘管式换热器(11)进行换热处理；换热后的气体经过二号缸进气阀(17)进入到二号缸(28)中膨胀推动二号缸活塞(25)向左运动直到左止点，在二号缸(28)中膨胀之后的气体经过二号缸排气阀(14)把气体又排到盘管式换热器(11)进行换热处理；换热后的气体由三号缸进气阀(18)进入到三号缸(29)里膨胀推动三号缸活塞(26)向右运动，从而继续推动曲轴(5)转动；高压气体经过在三号缸中膨胀之后经过三号缸排气阀(13)把气体排到盘管式换热器(11)中将其温度升高之后接到天然气输送管道直接输送走；曲轴(5)一端带有飞轮(1)，另一端通过联轴器(7)连接发电机主轴即可直接进行发电。
3.根据权利要求1所述的一种利用高压气体压力能的多缸活塞动力机，其特征在于：一号缸(27)、二号缸(28)、三号缸(29)同时进气，同时排气，同时对曲轴做功，从而增强了曲轴的输出功率。
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