CN215908131U - 一种液体活塞式气体膨胀机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液体活塞式气体膨胀机，包括储气源、储液腔和储能装置；通过储液腔与储能装置的连接结构以及阀门的控制，巧妙地将高压气体膨胀压力转换为液体压力，在膨胀释能的过程中，带有压力的流动液体对叶轮传动机构做功，叶轮转动输出机械能。由于液体密度比气体密度高，和气体相比较，液体驱动叶轮做功的效率更高，间接提高了气源气体能量的利用率；本实用新型是通过将压缩气体输入到储液腔中，把储液腔中液体排出，用流动液体工质驱动叶轮旋转，实现动力输出做功，整体结构简单易于制作，且制造成本低，通过分别在各回路上安装有叶轮传动机构做功，进一步提升了高压气源势能的利用率。

Description

一种液体活塞式气体膨胀机

技术领域

本实用新型涉及压缩机、透平机气体膨胀机技术领域，具体涉及一种液体活塞式气体膨胀机。

背景技术

气体膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时将内能转变为机械能或者冷能。常规的膨胀机为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。

其中，活塞型是使气体在可变容积中膨胀，从而推动活塞做功，将内能转变为机械能。活塞膨胀机由于存在进、排气阀流动阻力、不完全膨胀、摩擦热、外热与内部热交换等引起的冷量损失，一般绝热效率为：高压膨胀机65～85％，中压膨胀机60～70％。

透平型是以气体膨胀时速度能的变化来传递能量的膨胀机。这种膨胀机有单级和双级、立式和卧式、冲动式和反动式之分。一般采用单级向心径流反动式，传出的外功由发电机、鼓风机或油制动器所吸收。它近似于单级离心压缩机，但具有调节进气量用的(可调传动机构)导流器。低速轴承用油强制润滑，高速的采用气体轴承。透平膨胀机由于有喷嘴损失、叶轮损失、余速损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为：中压膨胀机65～75％，低压膨胀机75～85％。以上可以看出两种类型的膨胀机均是以有压气体直接做功来达到气体压力以及气温降低的目的，但风量在直接做功时由于进、排气阀流动阻力、泄漏损失、不完全膨胀、摩擦热、外热与内部热交换等引起的冷量损失，使得绝热效率低下，能量利用不完全。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种液体活塞式气体膨胀机，以提高压力气源气体能量的利用率，降低气体内能损失，提高整机效率。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种液体活塞式气体膨胀机，包括具有高压气体的气源，还包括具有液体工质的储液腔和储能装置，所述储液腔包括上部的通气端和下部的通液端；所述通气端与所述气源连通，且该连通路上连接有一阀门开关；所述储能装置和所述通液端之间通过具有一单向阀的连通管连通形成储能回路；所述储能装置和所述储液端之间还通过具有所述阀门开关的连通管连通形成释能回路；与所述通气端还连通有具有所述阀门开关的排空通路，所述排空通路、储能回路和释能回路上分别连接有传动负载，其中阀门开关为电控开关或者气动开关。

优选地，所述储能装置包括储气腔或/和液体箱，其中液体箱设置在高于所述储液腔位置处，以使得液体工质通过所述释能回路进入到所述液体箱内产生液体落差势能。

优选地，所述储能装置还包括上液体箱和下液体箱，所述上液体箱设置在高于所述下液体箱位置处，所述上液体箱通过管子与下液体箱连通，在该管子上连接有阀门开关和传动负载。

优选地，所述通气端的端面内连接有一液位传感器，所述储气腔的顶面上连接有一压力传感器。

优选地，还包括一用于控制所述阀门开关开/闭的控制器，所述液位传感器和所述压力传感器与该控制器连接。

优选地，所述储气源输出端连接有一阀门开关，与所述储气源还连通有一并联通路。

优选地，所述传动负载包括叶轮传动机构。

本实用新型的有益效果体现在：本实用新型巧妙地将高压气体压力转换为液体压力对叶轮传动机构膨胀做功，降低了直接气压做功带来的冷量损失，提高了气源气体能量的利用率；且本实用新型通过将压缩气体输入到储液腔中，把储液腔中液体排出，用流动液体工质驱动叶轮转动，实现动力输出做功，整体结构简单易于制作，且制造成本低，通过分别在各回路上安装有叶轮传动机构做功，进一步提升了压缩气体的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一实施例提供的液体活塞式气体膨胀机的结构框图；

图2为本实用新型另一实施提供的液体活塞式气体膨胀机的结构框图；

图3为本实用新型又一实施提供的液体活塞式气体膨胀机的结构框图；

图4为本实用新型再一实施提供的液体活塞式气体膨胀机的结构框图；

图5为图1中并联结构的结构框图。

图6为图1中串联结构的结构框图。

附图中，气源1、储液腔2、储气腔3、叶轮传动机构4、排空通路5、连通管6、释能回路7、单向阀8、上液体箱9、下液体箱10。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1、图5所示，实施例一为：一种液体活塞式气体膨胀机，包括具有高压气体的气源1，在气源1的输出端上连接有阀门开关K1，与气源连通有并联通路LN和连接有膨胀单元的L1，通过LN可以连接若干如下的实施例的膨胀单元。膨胀单元包括具有液体工质的储液腔2，储液腔2包括上端用于连通储气源1并输入或排除气源的通气端和下端用于排出液体工质或进入液体工质的通液端，在通气端上连接有一液位传感器C1，且通气端与储气源1连接之间连接有一阀门开关K2；在通液端上通过一连通管6连接有一储气腔3，在该连通管6上连接有一单向阀8，该储气腔3内的顶部连接有一压力传感器C2，在储气腔3底部连通有一释能回路7，该释能回路7上连接有一阀门开关K4；其中所述释能回路7与连通管6并联，以使得减少管道设置，且电控发K4与单向阀 8均设置在并联一段上；与所述通气端还连通有一具有阀门开关K3的排空通路 5，如图6所示，通过该排空通路5可串联若干的上述的膨胀单元L1,即使得排空通路5可作为串联通路LN进行膨胀单元的串联，以此来提高本膨胀机的工作效率，提升其运行的平稳性，在所述排空通路5、连通管6和所述释能回路7 的共同连通管6部分上分别连接有叶轮传动机构4。

上述实施例中，还连接控制器(PLC控制器或单片机控制器)，通过该控制器电性连接有液位传感器C1、压力传感器C2、阀门开关K1、阀门开关K2、阀门开关K3和阀门开关K4，通过液位传感器C1和压力传感器C2的反馈信号来控制阀门开关K1/K2/K3/K4的开启或关闭，其具体的控制流程为：初始状态时打开阀门开关K1/K2，其他阀门开关关闭，使得气源1内的高压气体P1流入到储液腔2内，并将储液腔2内的液体工质通过通液端排出，排出的液体工质通过连通管6以及单向阀8进入到储气腔3内，在流经安装有叶轮传动机构4 的时候进行第一次做功，同时压缩储气腔3内的气体；当该储气腔3内的气体压缩至压力传感器C2的压力设定值P3(P3的初始气压≥标准大气压)时，压力传感器C2反馈信号给控制器，控制器控制阀门开关K2关闭同时控制打开阀门开关K3和K4，此时液体工质通过释能回路7回流并经过阀门开关K4和叶轮传动机构4，此时叶轮传动机构4进行第二次做功，当液体工质经过释能会路进入到储液腔2内后，同时使得液面上升并通过排空回路排除储液腔2内的空气，在排出空气时，排出的空气对叶轮传动机构4同样做功，当液体工质上升并触发液位传感器C1时，控制器工作关闭电控阀门K3和K4同时打开K2，使得储气源1内的P1气体进入到储液腔2内排出液体工质，周而复始循环工作，完成气体膨胀并做功。

如图2所示，实施例二：整体结构与实施例1相同，区别在与在连通管6 部分以及在并联后的共线端均设置有叶轮传动机构4的负载，且具体的控制器控制流程与实施例一的控制流程一致，区别在于叶轮传动机构4的设置位置以及设置的数量。

如图3所示，实施例三：整体结构与实施例1相同，区别在于，释能回路 7的改变，包括在储气腔3的底部连通有一液体箱，该液体箱的顶面为开放式结构，且液体箱的底面高于储液腔2和储气腔3设置，且该液体箱一端与储气腔3连通，在该连通部分上连接有电控阀门K4，在液体箱的另一端通过一管子连接在连通管6上，且在该管子上连接有一单向阀8，以上来组成了释能回路7。

上述实施例中，还连接控制器(PLC控制器或单片机控制器)，通过该控制器电性连接有液位传感器C1、压力传感器C2、阀门开关K1、阀门开关K2、阀门开关K3和阀门开关K4，通过液位传感器C1和压力传感器C2的反馈信号来控制阀门开关K1/K2/K3/K4的开启或关闭，其具体的控制流程为：初始状态时打开阀门开关K1/K2，其他阀门开关关闭，使得储气源1内的高压气体P1流入到储液腔2内，并将储液腔2内的液体工质通过通液端排出，排出的液体工质通过连通管6以及单向阀8进入到储气腔3内，在流经安装有叶轮传动机构 4的时候进行第一次做功，同时压缩储气腔3内的气体，并使得在电动阀门K4 和储气腔3之间的叶轮传动机构4第二次做功；当该储气腔3内的气体压缩至压力传感器C2的压力设定值P3(P3≥标准大气压)时，压力传感器C2反馈信号给控制器，控制器控制阀门开关K2关闭同时控制打开阀门开关K3和K4，此时液体工质通过释能回路7进入到液体箱(10)内(液体箱与大气压连通)，在进入液体箱时叶轮传动机构4第三次做功，液体箱内的液体势能通过管子流回流进入到储液腔2内(此时连通管6内单向阀8处右端压力大于左端，故不会出现经过连通管6上单向阀8的回流)，同时使得液面上升并通过排空回路排除储液腔2内的空气，在排出空气时，排出的空气对叶轮传动机构4同样做功，当液体工质上升并触发液位传感器C1时，控制器工作关闭电控阀门K3和 K4同时打开K2，使得储气源1内的P1气体进入到储液腔2内排出液体工质，周而复始循环工作，完成气体膨胀并做功。

如图4所示，实施例四：整体结构与实施三所述的结构相同，区别在于，释能回路7的改变，去掉储气腔3，改为上液体箱9和下液体箱10的设置，其中上液体箱9和下液体箱10均为开放式的箱体(即顶面不密封)，以使得液体工质通过管路进入到高处的上液体箱9实现储能，使所述上液体箱内的液体工质和下液体箱10产生液体落差势能，其结构为，包括在储液腔2的底部设置有一第二液位传感器C2，还包括与储液腔2的通液端连通的上液体箱9，在上液体箱9的下方设置有一下液体箱10，其中在储液腔2与上液体箱9连接的连通管6上设置有一单向阀8，该连通管6上设置有叶轮传动机构4，且上液体箱9 与储液腔2连通的液柱压力小于储液腔2内压出液体工质的压力，以使得液体工质可以顺利被压到上液体箱9内。所述上液体箱9与下液体箱10通过一管道连通，在该管道上连接有叶轮传动机构4阀门开关K4，而下液体箱10与连通管6连通，且该连通部分连接有一单向阀8，使得液体工质可通过该管道回流至储液腔2内。

上述实例中，其具体流程为，初始时打开阀门开关K1和K2，高压气体进入到储液腔2内，使得储液腔2内液体工质排出并进入到上液体箱9内，在进入上液体腔时驱动叶轮传动机构4第一次做功；当第二液位传感器C2触发后，控制器便关闭阀门开关K2同时打开阀门开关K3和K4，使得上液体箱9内的液体工质进入到下液体箱10(驱动其叶轮传动机构4第二次做功)，并回流到储液腔2内，使得储液腔2内的空气通过排空管道排出并驱动叶轮传动机构4转动做功，同时当液体工质上升并触发液位传感器C1时，控制器工作关闭阀门开关K3和K4同时打开K2，使得储气源1内的P1气体进入到储液腔2内排出液体工质，周而复始循环工作，完成气体膨胀并做功。

通过以上的实施例，可以看出在本实用新型中，在高压气体只有1级单元膨胀做功时，通过将高压气体转换为液体工质的流动以及产生液体势能做功来驱动叶轮传动机构4的多次做功，即同一叶轮传动机构4在液体排出初始以及液体回流时均可做功，使得高压气体的势能得到充分利用，提高了气源气体势能的利用率，且整体的结构简单，设计巧妙；弥补了传统活塞透平机和叶轮透平机的技术中气体势能利用率的不足(只有1级传统透平机膨胀做功时高压气体势能只能使用1次)。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种液体活塞式气体膨胀机，包括具有高压气体的气源，其特征在于：还包括具有液体工质的储液腔和储能装置，所述储液腔包括上部的通气端和下部的通液端；所述通气端与所述气源连通，且该连通路上连接有一阀门开关；所述储能装置和所述通液端之间通过具有一单向阀的连通管连通形成储能回路；与所述通气端还连通有具有所述阀门开关的排空通路，所述排空通路、储能回路和释能回路上分别连接有传动负载。

2.根据权利要求1所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述储能装置包括储气腔。

3.根据权利要求2所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述储能装置还包括具有液体工质的液体箱，该液体箱一端通过管子与所述储气腔连通，该管子上连接有阀门开关。

4.根据权利要求1所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述储能装置还包括上液体箱和下液体箱，所述上液体箱设置在高于所述下液体箱位置处，所述上液体箱通过管子与下液体箱连通，在该管子上连接有阀门开关和传动负载。

5.根据权利要求2所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述通气端的端面内连接有一液位传感器，所述储气腔的顶面上连接有一压力传感器。

6.根据权利要求5所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：还包括一用于控制所述阀门开关的控制器，所述液位传感器和所述压力传感器与该控制器电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述气源输出端还连接有一阀门开关，与所述气源还连通有一并联通路。

8.根据权利要求1所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述传动负载包括叶轮传动机构。

9.根据权利要求1所述的一种液体活塞式气体膨胀机，其特征在于：所述阀门开关包括电控阀门。

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