CN216406972U - 涡轮压裂设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种涡轮压裂设备，涡轮压裂设备包括：涡轮发动机，具有排气端，配置为排出废气；排气管道，排气管道具有第一端和第二端，排气管道的第一端配置为使得从涡轮发动机的排气端排出的废气进入排气管道，排气管道的第二端配置为排出排气管道中的废气；废气能量回收装置，废气能量回收装置包括热能回收机构和动能回收机构，热能回收机构配置为回收废气中的热能，动能回收机构配置为回收废气中的动能，其中，热能回收机构的至少一部分和动能回收机构布置在排气管道中。
Description
技术领域
本实用新型的至少一个实施例涉及一种涡轮压裂设备。
背景技术
随着涡轮发动机技术的成熟，涡轮压裂设备被广泛应用在油田井场中。
发明内容
本实用新型的实施例涉及一种涡轮压裂设备，该涡轮压裂设备通过在排气管道中设置热能回收机构和动能回收机构，实现对涡轮压裂设备的涡轮发动机排出的废气的能量回收。
本实用新型的至少一实施例提供包括：涡轮发动机，具有排气端，配置为排出废气；排气管道，排气管道具有第一端和第二端，排气管道的第一端配置为使得从涡轮发动机的排气端排出的废气进入排气管道，排气管道的第二端配置为排出排气管道中的废气；废气能量回收装置，废气能量回收装置包括热能回收机构和动能回收机构，热能回收机构配置为回收废气中的热能，动能回收机构配置为回收废气中的动能，其中，热能回收机构的至少一部分和动能回收机构的至少一部分布置在排气管道中。
根据本实用新型的实施例，还包括减速箱、传动装置和柱塞泵，涡轮发动机具有输出端，减速箱具有输入端和输出端，涡轮发动机的输出端与减速箱的输入端连接，减速箱的输出端通过传动装置与柱塞泵连接。
根据本实用新型的实施例，还包括可移动部件，可移动部件具有第一表面，涡轮发动机、排气管道、减速箱、传动装置和柱塞泵设置在第一表面上。
根据本实用新型的实施例，可移动部件包括橇或运输车。
根据本实用新型的实施例，热能回收机构设置在动能回收机构的远离排气端的一侧。
根据本实用新型的实施例，动能回收机构设置在热能回收机构的远离排气端的一侧。
根据本实用新型的实施例，热能回收机构包括热交换器，所述热交换器布置在排气管道中，热交换器中设置有工作介质且具有工作介质进口和工作介质出口，来自排气端的废气流经热交换器，工作介质进口和工作介质出口配置为分别与热能存储装置连通。
根据本实用新型的实施例，热能回收机构包括热电发电机，热电发电机具有高温侧和低温侧，热电发电机配置为在高温侧和低温侧之间存在温差的情况下提供电压。
根据本实用新型的实施例，来自排气端的废气经过热电发电机的高温侧，高温侧设置在排气管道中，低温侧设置在排气管道外部。
根据本实用新型的实施例，动能回收机构包括风力发电装置，风力发电装置包括叶片、转轴和风力发电机，叶片连接在转轴上，转轴与风力发电机连接，风力发电机设置有电能输出端，电能输出端配置为与电能存储装置连接。
附图说明
为了更清楚地说明本公开示例的技术方案，下面将对示例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些示例，而非对本公开的限制。
图1例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的示意图；
图2例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图；
图3例示本实用新型的另一个实施例提供的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图；
图4例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图；
图5例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图；
图6例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的设置在排气管道中的热能回收机构和动能回收机构的示意图；
图7例示本实用新型的另一个实施例提供的涡轮压裂设备的设置在排气管道中的热能回收机构和动能回收机构的示意图；以及
图8例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的热电发电机的示意图。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例的附图，对本公开示例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例是本公开的一部分示例，而不是全部的示例。基于所描述的本公开的示例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他示例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
用于油田井场的涡轮压裂设备包括涡轮发动机。涡轮发动机的工作原理是靠发动机排出的气体作为动力推动涡轮转动，进而带动同轴的叶轮工作。气体推动涡轮转动后作为废气经排气管道排出，排出的废气温度高达1140F，气流流量达到29.8lbs/sec(磅/秒)。这些废气直接排放到大气中，浪费了废气中的热能(废气中的热量带来的热能)和废气中的动能(废气中的气流的速度带来的动能)。
本实用新型提供一种能够实现涡轮发动机排出的高温废气再利用的涡轮压裂设备。
图1例示本实用新型的一个实施例提供的涡轮压裂设备的示意图。图2例示本实用新型的一个实施例提供的的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图。图3例示本实用新型的另一个实施例提供的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图。
如图1所示，本实用新型的涡轮压裂设备包括：涡轮发动机1、排气管道2和废气能量回收装置3；涡轮发动机1具有排气端11，排气端11配置为排出废气；排气管道2具有第一端21和第二端22，排气管道2的第一端21配置为使得从涡轮发动机1的排气端11排出的废气进入排气管道2，排气管道2的第二端22配置为排出排气管道2中的废气，其中，排气端11与第一端21气密连通；废气能量回收装置3(如图2和图3所示)包括热能回收机构31和动能回收机构32，热能回收机构31配置为回收废气中的热能，动能回收机构32配置为回收废气中的动能，热能回收机构31的至少一部分和动能回收机构32的至少一部分布置在排气管道2中。如图6所示，热能回收机构31整体布置在排气管道2中，如图7所示，热能回收机构31的一部分布置在排气管道2中，热能回收机构31的另一部分布置在排气管道2的外部。
如图1、图2和图3所示，从涡轮发动机1的排气端11排出的废气从排气管道2的第一端21进入排气管道，然后流经排气管道2中的废气能量回收机构3，最后从排气管道2的第二端排放到排气管道的外部，例如排放到大气中。图1、图2和图3中的虚线示出废气在排气管道2中的排出路线。
在本实用新型的实施例提供的涡轮压裂设备中，在涡轮发动机1的运行过程中，涡轮发动机1排出的废气经由排气管道2中的废气能量回收装置3回收。通过在排气管道2中设置废气能量回收装置3，可以很好的实现能量回收。
例如，如图2和3所示，废气中的热能可以经由废气能量回收装置3中的热能回收装置31(例如，换热器)回收，以例如加热待加热装置或者转换为电能以存储或者将电能用于待供电装置。例如，如图2和3所示，热能回收机构31可以经由管路27与待加热装置(图2和3中未示出)连接，以对待加热装置进行加热。废气中的动能可以经由废气能量回收装置3中的动能回收装置32回收，以例如转换为电能以存储或者将电能用于待供电装置(图中未示出)。在本实用新型的实施例提供的涡轮压裂设备中，通过设置热能回收装置31和动能回收装置32，可以实现废气中的热能和动能的有效回收，提高能量回收率。
在一些实施例中，如图1所示，涡轮压裂设备还包括减速箱4、传动装置5和柱塞泵6，涡轮发动机1具有输出端(未示出)，减速箱4具有输入端41和输出端42，涡轮发动机1的输出端与减速箱4的输入端41连接，减速箱4的输出端42通过传动装置5与柱塞泵6连接。
根据本实用新型的实施例，本实用新型的涡轮发动机1通过燃烧燃料(例如，天然气或柴油)产生高温气体，进而带动涡轮发动机1的涡轮转动，与涡轮连接的涡轮发动机的输出轴随着涡轮的高速旋转而旋转。涡轮发动机1的输出轴的旋转经由减速箱4和传送装置5传送给柱塞泵6的输入轴，以使得柱塞泵6工作。带动涡轮发动机1的涡轮转动的气体作为废气从排气管道2中排出，并由排气管道2中的废气能量回收装置3回收，以实现能量回收。
在一些实施例中，本实用新型的涡轮压裂设备还可以包括可移动部件8，可移动部件8具有第一表面81，涡轮发动机1、排气管道2、减速箱4、传动装置5和柱塞泵6设置在第一表面81上。
在一些实施例中，如图1所示，本实用新型的可移动部件8可以是橇或运输车。
根据本实用新型的实施例，在可移动部件是橇或者运输车的情况下，都可以实现对本实用新型的涡轮压裂设备的运输。
在一些实施例中，为了更好的实现动能回收，参考图1和图3，热能回收机构31设置在动能回收机构32的远离排气端11的一侧。即，动能回收机构32比热能回收机构31更靠近排气端11。
在一些实施例中，为了更好的实现热能回收，参考图1和图2，动能回收机构32设置在热能回收机构31的远离排气端11的一侧。即，热能回收机构31比动能回收机构32更靠近排气端11。
根据本实用新型的实施例，可以根据涡轮发动机的实际工作情况，将热能回收机构31设置在动能回收机构32的远离排气端11的一侧，或者将动能回收机构32设置在热能回收机构31的远离排气端11的一侧。例如，在涡轮发动机1排出的废气的温度较高的情况下，可以将热能回收机构31设置在动能回收机构32的远离排气端11的一侧，在涡轮发动机1排出的废气的速度较高的情况下，可以将动能回收机构32设置在热能回收机构31的远离排气端11的一侧。这样，实现对涡轮发动机1排出的废气的热能和动能的充分利用。
在一些实施例中，如图1、图2和图3所示，排气管道2呈L形，且包括第一部分24和第二部分25，第一部分24沿着平行于第一表面81的方向延伸，第二部分25沿着垂直于第一表面81的方向延伸。在本实用新型的实施例的排气管道2的第二部分25垂直于第一表面81的情况下，涡轮发动机排出的废气可以朝上排放，这样不会对同水平位置的其他设备产生影响。本实用新型的实施例的排气管道的第二部分25也可以不垂直于第一表面81而是与第一表面81呈其他角度(图中未示出)。
在一些实施例中，本实用新型的实施例的排气管道2也可以只包括平行于第一表面81的第一部分24，而不包括第二部分25(图中没有示出这种情况)。
在一些实施例中，如图2和3所示，本实用新型的热能回收机构31和动能回收机构32可以均设置在排气管道2的第一部分24中。
在一些实施例中，本实用新型的热能回收机构31可以设置在第一部分24中，且本实用新型的动能回收机构32可以设置在第二部分25中(图中未示出)。
在一些实施例中，如图6和图7所示，本实用新型的动能回收机构32可以设置在第一部分24中，且本实用新型的热能回收机构31可以设置在第二部分25中。
图4例示根据本实用新型的一个实施例的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图。图5例示根据本实用新型的另一个实施例的涡轮压裂设备的排气管道的侧视图。
如图4所示，本实用新型的排气管道的第二部分25可以套接在本实用新型的排气管道的第一部分24中。例如，如图4所示，可以先将热能回收机构31和动能回收机构32设置在第一部分24中，然后将第二部分25套接在第一部分24中。例如，可以将动能回收机构32和热能回收机构31分别设置在第一部分24和第二部分25中，然后将第二部分25套接在第一部分24中。
如图5所示，本实用新型的排气管道的第一部分24可以套接在本实用新型的排气管道的第二部分25中。例如，如图5所示，可以先将热能回收机构31和动能回收机构设置在第一部分24中，然后将第一部分24套接在第二部分25中。例如，可以将动能回收机构32和热能回收机构31分别设置在第一部分24和第二部分25中，然后将第一部分24套接在第二部分25中。
图6例示本实用新型的一个实施例提供的设置在排气管道中的热能回收机构和动能回收机构的示意图。
在一些实施例中，如图6所示，热能回收机构31包括热交换器311，热交换器311可以整体设置在排气管道2中。热交换器311具有热交换部件311a。热交换部件311a中设置有工作介质。排气管道2上设置有工作介质进口311b和工作介质出口311c。工作介质例如可以包括水。工作介质也可以是其他流体，只要能够与废气交换热量即可。工作介质进口311b和工作介质出口311c上分别设置有第一管路311d和第二管路311f。第一管路311d和第二管路311f设置在排气管道2的外部，且第一管路311d和第二管路311f分别与热存储装置311e连通。例如，工作介质进口311b和工作介质出口311c可以设置在排气管道4的底部，热存储装置311e可以设置在排气管道4的底部和图1中示出的可移动部件8(例如，橇或运输车)之间，以放置在可移动部件8的第一表面81上。热交换部件311a通过工作介质进口311b从排气管道2外部输入工作介质，通过工作介质出口311c将工作介质输出到外部。工作介质进口311b和热存储装置311e之间的第一管路311d上可以设置动力部件(未示出)，例如，泵。这样，热交换部件311a中的工作介质通过工作介质出口311c经由第二管路311f进入热存储装置311e，在泵的作用下，再从热存储装置311e中经由第一管路311d通过工作介质进口311b回到热交换部件311。来自排气端21的废气流经热交换器311的热交换部件311a，从而废气的热量传递给热交换器311中的工作介质，工作介质流经热存储装置311e时将热量存储在其中。例如，热存储装置311e靠近待加热装置(未示出)放置，例如与待加热装置接触，以将其热量传递给待加热装置。
这样，根据本实用新型的实施例提供的涡轮压裂设备，来自排气端11的废气经过热交换器311的热交换部件311a，将其热量传递给热交换部件311a中的工作介质，吸收废气的热量的工作介质经第二管路311f流入热存储装置311e，然后在泵的作用下从热存储装置311e经第一管路311d流回热交换器311中。例如，热存储装置311e靠近待加热装置放置，以对待加热装置进行加热。待加热装置例如可以是涡轮压裂设备的润滑油箱、液压油箱、液化天然气存储装置、燃油系统或者油田井场中的其他装置。
在一些实施例中，如图6所示，热交换部件311a可以包括多个热交换子部件311g。各个热交换子部件311g相互连通，从而工作介质可以在各个热交换子部件311g之间流动，以利于进行与废气的热交换。热交换子部件311g可以在排气管道2内沿着第一部分24的延伸方向布置，如图6所示。热交换子部件311g也可以以其他方式布置，例如，可以沿着第二部分25的延伸方向布置，只要能够充分与废气进行热交换即可。热交换子部件311g可以为管状或者板状，或者其他有利于与废气进行充分热交换的形状。
这样，根据本实用新型的实施例提供的涡轮压裂设备，可以通过热能回收机构实现利用涡轮发动机排出的废气中的热能对涡轮压裂设备中待加热装置或油田井场中的其他装置进行加热，以节约能源。
在一些实施例中，如图7所示，热能回收机构31包括热电发电机312，热电发电机312具有高温侧312a和低温侧312b，热电发电机312配置为在高温侧312a和低温侧312b之间存在温差的情况下提供电压V，以经由热电发电机的电压输出端312d输出。
在一些实施例中，参考图1和图7，热电发电机312的高温侧312a布置在排气管道中，来自排气端11的废气经过热电发电机312的高温侧312a，热电发电机312的低温侧312b布置在排气管道的外部，以保证废气的热量由热电发电机的高温侧充分吸收且保持该高温侧的温度高于低温侧312b的温度，这样使得高温侧312a和低温侧312b之间存在一定温差，以产生电压。根据本实用新型的实施例，废气经过位于高温侧的电热发电机的面积越大，越多的废气热量能够被热电发电机利用，以能够产生更多的电能。
在一些实施例中，如图7和8所示，热电发电机312的低温侧312b可以设置有冷源312c，冷源312c可以包括冷却剂，例如水。这样保持高温侧312a和低温侧312b之间较大的温差且该温差更稳定，以从电压输出端312d输出较为稳定的电压。电压输出端312d可以从例如设置在排气管道4的底部的孔(图中未示出)中从排气管道4中伸出。电压输出端312d可以与设置在排气管道2外部且设置在图1所示的第一表面81上的第一电能存储装置(图中未示出)连接，以将热电发电机312输出的电能存储在第一电能存储装置中。电压输出端312d输出的电能可以提供给例如油田井场的控制系统、照明系统、电源系统或其他装置。
在一些实施例中，如图8所示，本实用新型的热电发电机312可以包括至少一个半导体发电元件312g，半导体发电元件312g包括P型半导体、N型半导体和金属部件。如图8所示，半导体发电元件3121设置有高温侧和低温侧，可以使半导体发电元件312g产生电压，从而将废气的热能转换为电能。通过并联多个上述半导体发电元件312g可以获得更多电能。
这样，根据本实用新型的实施例，可以通过本实用新型的热能回收机构实现利用涡轮发动机排出的废气中的热能对油田井场中的待供电装置进行供电，以节约能源。
在一些实施例中，如图6和图7所示，本实用新型提供的涡轮压裂设备中的热能回收机构31可以单独包括热交换器311或者热电发电机312，或者包括热交换器311和热电发电机312二者(图中未示出包括二者的情况)，以实现对涡轮发电机排出的废气的热能的充分利用。
在一些实施例中，如图6和图7所示，动能回收机构32包括风力发电装置321，风力发电装置包括叶片321a、转轴321b和风力发电机321c，叶片321a连接在转轴321b上，转轴321b与风力发电机321c连接，风力发电机321设置有电能输出端321e，电能输出端321e配置为与设置在排气管道4外部的第二电能存储装置(未示出)连接，第二电能存储装置可以设置在图1所示的第一表面上。第二电能存储装置和第一电能存储装置可以是同一装置，也可以是不同装置。例如，在排气管道4的横截面为圆形的情况下，叶片321a沿着排气管道的横截面的长度与该圆形的半径的比例范围是1/2至3/4。在该比例范围内，既有利于叶片的旋转以进行发电，也有利于废气从排气管道4排放。风力发电机支架321d设置在排气管道2的内表面上，风力发电机321c设置在风力发电机支架321d上，以固定在排气管道4内。电能存储装置例如可以是大容量电池或者锂电池。例如，电能输出端321e可以包括电线，电线通过设置在排气管道2的底部上的通孔321f从排气管道2中伸出，以与设置在排气管道2外部且设置在图1所示的第一表面81上的电能存储装置(图中未示出)连接以存储风力发电装置321产生的电能。电线也可以与油田井场的控制系统、照明系统、电源系统或其他装置连接，以对它们进行供电。如图6和7所示，风力发电装置321的电能输出端321e的电线的一部分可以布置在排气管道2的外部，风力发电装置321的其他部分可以布置在排气管道中。
根据本实用新型的实施例，动能回收机构32的风力发电装置321的叶片321a，在从排气端11排出的高速废气的带动下高速转动，从而带动转轴321b转动，以使得发电机321c产生电能，从而从电能输出端321e输出。从电能输出端321e输出的电能可以向油田井场的控制系统、照明系统、电源系统或其他装置供电，或者存储在第二电能存储装置中。
这样，根据本实用新型的实施例，可以通过本实用新型提供的涡轮压裂设备中的动能回收机构实现利用涡轮发动机排出的高速废气对油田井场中待供电装置进行供电，以节约能源。
根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，在热能回收机构31包括热电发电机312并且动能回收机构32包括风力发电装置321的情况下，可以回收热能和动能以用于发电。
在一些实施例中，如图5所示，为了更好的回收动能，热能回收机构31可以设置在动能回收机构32的远离排气端21的一侧。例如，在动能回收机构32为风力发电装置321、热能回收机构31为热电发电机312的情况下，热电发电机312设置在风力发电装置321的远离排气端21的一侧。在该情况下，从排气端21排出的废气先经过风力发电装置312以带动风力发电装置的叶片进行发电，然后废气经过热电发电机312，以在热电发电机的高温侧和低温侧产生温差，以进行发电。
在一些实施例中，动能回收机构32可以设置在动能回收机构31的远离排气端21的一侧。例如，在动能回收机构32为风力发电装置321、热能回收机构31为热电发电机312的情况下，风力发电装置321设置在热电发电机312的远离排气端21的一侧(图中未示出)。在该情况下，从排气端21排出的废气先经过热电发电机312，以在热电发电机的高温侧和低温侧产生温差，以进行发电，然后废气经过风力发电装置312以带动风力发电装置的叶片进行发电。
由风力发电装置和热电发电机产生的电能可以均被存储在电能存储装置中，或者均用于待供电的装置，或者分别存储在电能存储装置中和用于待供电的装置。
根据本实用新型的一些实施例，在热能回收机构包括热交换器并且动能回收机构包括风力发电装置的情况下，可以同时实现电能和热能利用。
在一些实施例中，如图4所示，热能回收机构31可以设置在动能回收机构32的远离排气端21的一侧。也就是，热交换器311设置在风力发电装置321的远离排气端21的一侧。在该情况下，从排气端21排出的废气先经过风力发电装置312以带动风力发电装置的叶片进行发电，然后废气经过热交换器211，以进行热交换，从而将热能存储在热存储装置中。
在一些实施例中，动能回收机构32可以设置在动能回收机构31的远离排气端21的一侧。也就是，风力发电装置321设置在热交换器311的远离排气端21的一侧(图中未示出)。在该情况下，从排气端21排出的废气先经过热交换器311，以进行热交换，从而将热能存储在热存储装置中，然后废气经过风力发电装置312以带动风力发电装置的叶片进行发电。
在上述情况下，由风力发电装置产生的电能可以用于对待供电装置进行供电或者存储在电能存储装置中，同时由热交换器传递的热能可以被存储在热存储装置中以对待加热装置进行加热。
在一些实施例中，如图1所示，本实用新型的涡轮压裂设备还可以包括启动装置7。例如，启动装置7可以是柴油发动机、燃气轮机或者电动机。启动装置7配置为启动涡轮发动机1以及涡轮压裂设备的润滑油箱(未示出)。润滑油箱为涡轮发动机、减速箱和柱塞泵等提供润滑。
在一些实施例中，如图1所示，排气管道2的第二端22可以设置有雨帽23，雨帽23与排气管道2的第二端22铰接。排气管道2的第二端22为敞开口的形式。如果不设置雨帽23，在下雨时，雨水会沉积在排气管道2中，且雨水可能会倒灌进涡轮发动机1内，从而损坏涡轮发动机1。通过设置雨帽23，可以避免这种情况的发生。雨帽23在不工作状态下或者下雨时，可以完全关闭。雨帽23在工作状态下可以开启。
根据本实用新型的涡轮压裂设备，通过在排气管道中设置热能回收机构和动能回收机构，实现对涡轮压裂设备的涡轮发动机排出的高温和高速废气的回收利用。本实用新型的热能回收机构可以将废气的热能用于加热油田井场中的待加热装置，或者将废气的热能转换为电能以存储在电能存储装置中或者用于为油田井场中的待供电装置供电。本实用新型的动能回收机构可以将废气的动能转换为电能以存储在电能存储装置中或者用于为油田井场中的待供电装置供电。由此，本实用新型的涡轮压裂设备可以实现对排出的废气的能量的充分再利用，以节约能源。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种涡轮压裂设备，其特征在于，包括：
涡轮发动机，具有排气端，配置为排出废气；
排气管道，所述排气管道具有第一端和第二端，所述排气管道的第一端配置为使得从所述涡轮发动机的排气端排出的废气进入排气管道，所述排气管道的第二端配置为排出所述排气管道中的废气；
废气能量回收装置，所述废气能量回收装置包括热能回收机构和动能回收机构，所述热能回收机构配置为回收废气中的热能，所述动能回收机构配置为回收废气中的动能，其中，所述热能回收机构的至少一部分和所述动能回收机构的至少一部分布置在所述排气管道中。
2.如权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，还包括减速箱、传动装置和柱塞泵，所述涡轮发动机具有输出端，所述减速箱具有输入端和输出端，所述涡轮发动机的输出端与所述减速箱的输入端连接，所述减速箱的输出端通过所述传动装置与所述柱塞泵连接。
3.如权利要求2所述的涡轮压裂设备，其特征在于，还包括可移动部件，所述可移动部件具有第一表面，所述涡轮发动机、所述排气管道、所述减速箱、所述传动装置和所述柱塞泵设置在所述第一表面上。
4.如权利要求3所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述可移动部件包括橇或运输车。
5.如权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述热能回收机构设置在所述动能回收机构的远离所述排气端的一侧。
6.如权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述动能回收机构设置在所述热能回收机构的远离所述排气端的一侧。
7.如权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述热能回收机构包括热交换器，所述热交换器布置在排气管道中，所述热交换器中设置有工作介质且具有工作介质进口和工作介质出口，来自所述排气端的废气流经所述热交换器，所述工作介质进口和工作介质出口配置为分别与热能存储装置连通。
8.如权利要求1-7任一项所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述热能回收机构包括热电发电机，所述热电发电机具有高温侧和低温侧，所述热电发电机配置为在所述高温侧和低温侧之间存在温差的情况下提供电压。
9.如权利要求8所述的涡轮压裂设备，其特征在于，来自所述排气端的废气经过所述热电发电机的高温侧，所述高温侧布置在排气管道中，所述低温侧布置在排气管道外部。
10.如权利要求1-7任一项所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述动能回收机构包括风力发电装置，所述风力发电装置包括叶片、转轴和风力发电机，所述叶片连接在所述转轴上，所述转轴与所述风力发电机连接，所述风力发电机设置有电能输出端，所述风力电能输出端配置为与电能存储装置连接。
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| US11066915B1 (en) | 2020-06-09 | 2021-07-20 | Bj Energy Solutions, Llc | Methods for detection and mitigation of well screen out |
| US10954770B1 (en) | 2020-06-09 | 2021-03-23 | Bj Energy Solutions, Llc | Systems and methods for exchanging fracturing components of a hydraulic fracturing unit |
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| JPH10148120A (ja) * | 1996-11-18 | 1998-06-02 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 給電用エンジンの熱回収装置 |
| US20040045594A1 (en) * | 2002-09-10 | 2004-03-11 | Enhanced Energy Systems, Inc. | Turbine engine with thermoelectric waste heat recovery system |
| US8171732B2 (en) * | 2006-09-08 | 2012-05-08 | General Electric Company | Turbocharger for a vehicle with a coanda device |
| EP2336507B1 (en) * | 2009-12-16 | 2014-07-30 | MDS Aero support corporation | Turbine detuner for recovering kinetic energy from gas turbine engine exhaust gases |
| GB2501458A (en) * | 2012-02-22 | 2013-10-30 | Bowman Power Group Ltd | Exhaust energy recovery system with power turbine and organic Rankine cycle |
| DE102012211862A1 (de) * | 2012-07-06 | 2014-01-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren für die Erzeugung von Wasser aus dem Abgasstrom einer Gasturbinenanlage |
| GB201217944D0 (en) * | 2012-10-08 | 2012-11-21 | Rolls Royce Plc | An exhaust arrangement |
| ITFI20130100A1 (it) * | 2013-05-03 | 2014-11-04 | Nuovo Pignone Srl | "composite material inlet plenum and gas turbine engine system comprising said plenum" |
| US9850794B2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-12-26 | General Electric Company | Power generation system exhaust cooling |
| CN206625884U (zh) * | 2017-03-16 | 2017-11-10 | 佳木斯大学 | 汽车尾气节能供电装置 |
| US10830029B2 (en) * | 2017-05-11 | 2020-11-10 | Mgb Oilfield Solutions, Llc | Equipment, system and method for delivery of high pressure fluid |
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| CN110043353A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-23 | 湖南农业大学 | 一种发动机尾气处理装置 |
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