CN112253257B - 一种膨胀机系统以及发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨胀机系统，包括第一阀、第一过滤器、膨胀动力机、第二阀、汽液分离装置和润滑液循环装置；膨胀动力机用于连接至负载，以驱动负载；第一阀与第一过滤器连接，膨胀动力机与第一过滤器连接；汽液分离装置与膨胀动力机连接；润滑液循环装置的一端与汽液分离装置连接，另一端与膨胀动力机连接；润滑液循环装置将汽液分离装置中的液体输送至膨胀动力机，用于膨胀动力的冷却、密封和润滑；第二阀设置在第一过滤器和膨胀动力机之间，所能够根据负载输出功率的变化，调整自身的开启角度。本发明膨胀动力机的输出负载恒定，可以根据用户端负载，自动调整膨胀动力机能源的负载，实现节能。

Description

一种膨胀机系统以及发电系统
技术领域
本发明涉及膨胀机领域，尤其涉及一种膨胀机系统以及使用了该膨胀机系统的发电系统。
背景技术
螺杆膨胀动力机主要是利用工业中的蒸汽、热水、热液或汽液两相流体等动力源，将热能转换为动力，驱动发电机发电，或直接驱动风机、水泵、压缩机、搅拌机等机械设备，替代电动机，或替代大型制冷剂的膨胀阀等回收动力。
目前，国内外的膨胀机都选用双螺杆有机朗肯循环膨胀机，该设备利用余热热源通过交换器将热量传递给有机循环膨胀机内的润滑油，使其加热并体积增加，驱动膨胀动力及工作。膨胀后，通过后置冷却器将润滑油冷却，体积减小。该膨胀机的整个工作过程就是吸热、放热的过程，能量的利用效率较低。此外，该设备存在噪声大、振动大、体积大、效率差等缺陷。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种膨胀机系统，能够根据用户端负载，自动调整膨胀机能源的负载，实现节能。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种膨胀机系统，包括第一阀、第二阀、第一过滤器、膨胀动力机、汽液分离装置和润滑液循环装置；
所述膨胀动力机被配置为连接至负载，用于驱动所述负载；
所述第一阀与所述第一过滤器的入口连接，所述膨胀动力机与所述第一过滤器的出口连接；所述汽液分离装置的入口与所述膨胀动力机连接；
所述润滑液循环装置的一端与所述汽液分离装置的出口连接，另一端与所述膨胀动力机连接；所述润滑液循环装置被配置为将所述汽液分离装置中的液体输送至所述膨胀动力机，用于所述膨胀动力的冷却、密封和润滑；
所述第二阀设置在所述第一过滤器和所述膨胀动力机之间，所述第二阀被配置为能够根据所述负载的输出功率的变化，调整自身的开启角度，且在所述负载的输出功率恒定时，所述第二阀停止工作。
在一些实施方式中，可选地，所述润滑液循环装置包括循环水泵、冷却器、第二过滤器和第三阀；其中，所述循环水泵的一端与所述汽液分离装置的出口连接，另一端与所述冷却器连接，所述冷却器与所述第二过滤器连接，所述第二过滤器通过所述第三阀与所述膨胀动力机连接。
在一些实施方式中，可选地，所述汽液分离装置中的所述液体为水。
在一些实施方式中，可选地，还包括补水泵和补水电动阀，所述补水泵通过所述补水电动阀连接至所述汽液分离装置，所述补水泵被配置为在所述汽液分离装置的液体的液位低于预设值，将外界水源的水输送至所述汽液分离装置；所述补水电动阀被配置为在所述补水泵工作时处于打开状态。
在一些实施方式中，可选地，还包括液位传感器，所述液位传感器设置在所述汽液分离装置内并被配置为能够检测所述汽液分离装置内的液体的高度。
在一些实施方式中，可选地，所述膨胀动力机为单螺杆膨胀动力机。
在一些实施方式中，可选地，还包括至少一个温度传感器和至少一个压力传感器，所述至少一个温度传感器和所述至少一个压力传感器设置在预设位置，所述至少一个温度传感器和所述至少一个压力传感器被配置为分别用于监测所述预设位置处的压力和温度，以及在监测到的所述压力和/或所述温度偏离预设值时。
在一些实施方式中，可选地，所述至少一个温度传感器包括设置在所述汽液分离装置上的第一温度传感器、设置在所述膨胀动力机的润滑液入口处的第二温度传感器以及设置在所述第一过滤器上的第三温度传感器；所述至少一个压力传感器包括设置在所述汽液分离装置上的第一压力传感器、设置在所述膨胀动力机的润滑液入口处的第二压力传感器以及设置在所述第一过滤器上的第三压力传感器。
本发明还提供了一种发电系统，包括：
如上所述的膨胀机系统；
发电机，所述发电机与所述膨胀机系统的膨胀动力机连接，并被所述膨胀动力机驱动。
在一些实施方式中，可选地，还包括变频器，所述变频器连接至所述发电机，使得所述发电机的输出的电源经过所述变频器后逆变换成能够与电网并网的标准工作电源。
本发明提供的膨胀机系统具有以下技术效果：
1、膨胀动力机的输出负载恒定，可以根据用户端负载变化，自动调整膨胀动力机能源的负载，实现节能。
2、采用水作为膨胀动力机的润滑液，完成对膨胀动力机的冷却、密封、润滑，相比现有技术，更节能和环保，且降低了噪声和振动，减小了产品的体积。
3、当负载为发电机时，设置了电源逆变系统，使得发电机输出的电源通过逆变系统转换为标准的工作电源，可以与当地电网并网。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的膨胀机系统的结构示意图；
图2是本发明的膨胀机系统的模块示意图；
图3是图1的主视图；
图4是图1的俯视图；
图5是图1的侧视图。
其中，11-第一阀，12-第二阀，20-膨胀动力机，30-第一过滤器，40-负载，50-汽液分离装置，61-循环水泵，62-冷却器，63-第二过滤器，64-第三阀，71-补水泵，72-补水电动阀，81-压力传感器，82-温度传感器，83-液位传感器，90-变频器，91-耗电设备。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为了阐释的目的而描述了本发明的一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
如图1所示，本发明提供了一种膨胀机系统，包括第一阀11、第一过滤器30、膨胀动力机20、汽液分离装置50、第二阀12和润滑液循环装置。其中，膨胀动力机20用于与负载40连接，用于驱动负载40动作。第一阀11与第一过滤器30的入口连接，第一过滤器30的出口连接至膨胀动力机20，膨胀动力机20与汽液分离装置50的入口连接，润滑液循环装置的一端与汽液分离装置50的出口连接，另一端与膨胀动力机20连接。其中，润滑液循环装置可以使用水作为润滑液，即润滑液循环装置将汽液分离装置50中的水传送进入膨胀动力机20中，用于膨胀动力机20的冷却、密封和润滑。
当膨胀动力机20启动后，打开第一阀11，压缩后的气体、液体等流体流经第一阀11进入第一过滤器30。在第一过滤器30中，对流体中的杂质、颗粒状物体等进行过滤。过滤后的流体进入膨胀动力机20，体积膨胀，用于驱动负载40工作。然后流体进入汽液分离装置50，完成了膨胀过程。润滑液循环装置将汽液分离装置50中的水分再次输入膨胀动力机20，从而完成了流体中的水在整个系统中的循环。
第二阀12设置在第一过滤器30和膨胀动力机20之间的管道上。第二阀12为电动阀。下面以负载40为发电机为例描述第二阀12的工作过程。当系统开机自检正常后，第二阀12工作。当发电机转速恒定在预设速度时，第二阀12停止工作。当发电机的输出功率发生变化时，可以自动根据发电机的输出功率的变化调整第二阀12的开启角度，使其角度达到最佳位置，从而控制发电机的输出功率恒定。例如，发电机的预设为1500转，在开机后，第二阀12以两秒打开1度的速度动作，当发电机转速恒定在1500转时，第二阀12停止工作；如果用户端用电负载发生变化，自动根据变化程度调整第二阀12的开启角度。
在一些实施方式中，膨胀动力机20选择单螺杆膨胀动力机。
在本发明中，可以使用水作为润滑液，以达到密封、冷却、润滑、降噪的目的，从而使得本发明提供的膨胀机系统具有体积小、噪声低、振动小、容积效率高等特点。
在一些实施方式中，负载40可以是发电机。应当理解，负载40不仅限于此处所述的发电机，还可以是风机、压缩机等需要电机驱动的装置，以本发明的膨胀机系统替代电机，实现这些装置的驱动。在本发明中，以负载40为发电机为例进行描述，但不代表本发明中的负载40仅限于发电机。在一些实施方式中，在发电机与用户端的耗电设备91之间还设置有变频器90，将发电机输出的电源逆变转换成标准的工作电源，可以实现与当地的电网并网。
在一些实施方式中，润滑液循环装置包括循环水泵61、冷却器62、第二过滤器63、第三阀64。循环水泵61的一端与汽液分离装置50连接，循环水泵61的另一端与冷却器62连接。冷却器62还连接至第二过滤器63，第二过滤器63通过第三阀64与膨胀动力机20连接，即第三阀64设置在第二过滤器63与膨胀动力机20之间。在工作时，第三阀64开启，循环水泵61将汽液分离装置50中的水输送至冷却器62，经冷却器62冷却后，再经过第二过滤器63过滤后，输送至膨胀动力机20。
在一些实施方式中，还包括补水泵71和补水电动阀72，补水泵71用于补充纯净水。补水泵71的一端与外界的水源连接，另一端与汽液分离装置50连接。在补水泵71与汽液分离装置50之间的管道上还设置有补水电动阀72。在汽液分离装置50中设置有液位传感器83。在开机的时候，液位传感器83检测汽液分离装置50中的液体是否处于中水位，若低于中水位，补水泵71和补水电动阀72工作；当液位传感器83检测到达中水位，则补水泵71和补水电动阀72停止工作。在运行过程中，液位传感器83也可以一直处于工作状态。当水位低于预设值时，补水泵71和补水电动阀72工作。当水位到达预设值时，补水泵71和补水电动阀72停止工作。
在一些实施方式中，第一阀11为电动阀，可以自动开启和关闭。
在一些实施方式中，还可以设置多个传感器，用于检测预设位置的压力、温度等参数，当预设位置的压力和温度等参数偏离预设值时，系统报警停机。传感器可以包括温度传感器82和压力传感器81，这些传感器的数量可以为多个，设置在系统的多个预设位置。例如，可以在汽液分离装置50上设置压力传感器81和温度传感器82，以检测汽液分离装置50的状态；可以在膨胀动力机20的润滑液入口处设置压力传感器81和温度传感器82，以检测进入膨胀机系统的水的压力和温度；可以在第一过滤器30处设置压力传感器81和温度传感器82。
在一些实施方式中，汽液分离装置50可以为汽液分离器。
本发明提供的膨胀机系统的工作过程如下：
开机后，膨胀机系统进行自检：先检查液位传感器83是否到达中水位，若低于中水位，补水泵71和补水电动阀72工作，从外界的水源抽取水输入汽液分离装置50；若液位传感器83显示到达中水位，则补水泵71和补水电动阀72停止工作；第一阀11开启，第一过滤器30内的压力上升，利用设置在第一过滤器30上的压力传感器81和温度传感器82检测压力值和温度值是否在预设值内，若偏离预设值，关闭第一阀11，开启第二阀12达到30％角度，排空第一过滤器30内压力，并输出故障报警。
开机自检正常后，循环水泵61运行、第三阀64开启，第二阀12工作，以预设速度动作。此时，来自外界的压缩的流体进入膨胀动力机20，使得膨胀动力机20驱动发电机；同时，流体进入汽液分离装置50。在汽液分离装置50中进行汽液分离，水分沉积在汽液分离装置50的底部。然后通过循环水泵61、冷却器62和第二过滤器63，水分又进入膨胀动力机20内，对膨胀动力机20进行润滑、冷却和密封。另外，当发电机转速恒定在预设值时，第二阀12停止工作。当发电机输出功率变化时，第二阀12自动根据变化调整开启角度倒最佳位置，以维持发电机的输出功率恒定。通过变频器90，发电机输出的电力逆变成标准工作电源，可以接入电网。
在运行过程中，液位传感器83以及补水泵71、补水电动阀72可以根据汽液分离装置50内水分的变化，自动从外界水源补充水分。压力传感器81和温度传感器82持续检测所在位置处的压力、温度等状态，如果偏离预设值，则报警停机。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种膨胀机系统，其特征在于，包括第一阀、第二阀、第一过滤器、膨胀动力机、汽液分离装置和润滑液循环装置；
所述膨胀动力机被配置为连接至负载，用于驱动所述负载；
所述第一阀与所述第一过滤器的入口连接，所述膨胀动力机与所述第一过滤器的出口连接；所述汽液分离装置的入口与所述膨胀动力机连接；
所述润滑液循环装置的一端与所述汽液分离装置的出口连接，另一端与所述膨胀动力机连接；所述润滑液循环装置被配置为将所述汽液分离装置中的液体输送至所述膨胀动力机，用于所述膨胀动力的冷却、密封和润滑；
所述第二阀设置在所述第一过滤器和所述膨胀动力机之间，所述第二阀被配置为能够根据所述负载的输出功率的变化，调整自身的开启角度，且在所述负载的输出功率恒定时，所述第二阀停止工作；
所述润滑液循环装置包括循环水泵、冷却器、第二过滤器和第三阀；其中，所述循环水泵的一端与所述汽液分离装置的出口连接，另一端与所述冷却器连接，所述冷却器与所述第二过滤器连接，所述第二过滤器通过所述第三阀与所述膨胀动力机连接；
所述膨胀机系统还包括补水泵和补水电动阀，所述补水泵通过所述补水电动阀连接至所述汽液分离装置，所述补水泵被配置为在所述汽液分离装置的液体的液位低于预设值，将外界水源的水输送至所述汽液分离装置；所述补水电动阀被配置为在所述补水泵工作时处于打开状态；
所述膨胀机系统还包括至少一个温度传感器和至少一个压力传感器，所述至少一个温度传感器和所述至少一个压力传感器设置在预设位置，所述至少一个温度传感器和所述至少一个压力传感器被配置为分别用于监测所述预设位置处的压力和温度，以及在监测到的所述压力和/或所述温度偏离预设值时。
2.如权利要求1所述的膨胀机系统，其特征在于，所述汽液分离装置中的所述液体为水。
3.如权利要求1所述的膨胀机系统，其特征在于，还包括液位传感器，所述液位传感器设置在所述汽液分离装置内并被配置为能够检测所述汽液分离装置内的液体的高度。
4.如权利要求1所述的膨胀机系统，其特征在于，所述膨胀动力机为单螺杆膨胀动力机。
5.如权利要求1所述的膨胀机系统，其特征在于，所述至少一个温度传感器包括设置在所述汽液分离装置上的第一温度传感器、设置在所述膨胀动力机的润滑液入口处的第二温度传感器以及设置在所述第一过滤器上的第三温度传感器；所述至少一个压力传感器包括设置在所述汽液分离装置上的第一压力传感器、设置在所述膨胀动力机的润滑液入口处的第二压力传感器以及设置在所述第一过滤器上的第三压力传感器。
6.一种发电系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-5任一项所述的膨胀机系统；
发电机，所述发电机与所述膨胀机系统的膨胀动力机连接，并被所述膨胀动力机驱动。
7.如权利要求6所述的发电系统，其特征在于，还包括变频器，所述变频器连接至所述发电机，使得所述发电机的输出的电源经过所述变频器后逆变换成能够与电网并网的标准工作电源。
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