一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，利用井口高压天然气作为动力来源，高压天然气经过这种直齿活塞动力机将压力能转化为旋转机械能后用于发电，属于压能能量利用的技术领域。
【背景技术】
[0002]天然气蕴含了大量的能量，其中就包括了巨大的压力能，一般天然气气井井底压力都会有几十MPa甚至上百MPa，但是输送至城市管网却只是几MPa，到每家用户时只需要零点几MPa，这之间就有大量的压差能，目前一般开采流程是经过减压阀直接把井口出来的气体减小到一定压力进行输送，或者直接在井底安装井下节流器节流处理，这样的流程一来就需要节流阀，二来节流降温会使水合物更容易生成。如此巨大的压力能如果能够经过一种压力转化装置，把压力能转化为机械能，用于其他用途(比如发电)是再好不过了。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是为了利用高压气体压力能，提供一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，使井口出来的高压天然气体经过这种装置后既有能量的转化利用，又使得气体压力降低到输送压力。
[0004]本实用新型一种高压气体压力能的直齿活塞动力机，主要由双作用活塞缸总成，齿轮齿条机构、辅助装置组成。所述双作用活塞缸总成由活塞缸、活塞杆、进气门、排气门、活塞组成；齿轮齿条机构由齿轮、齿条、橡胶圆柱、主棘轮、副棘轮以及螺栓组成；辅助装置包括光滑垫圈螺钉、挡块组成。
[0005]齿轮、主棘轮、副棘轮用螺栓连接，主棘轮与副棘轮啮合；当啮合齿沿逆时针方向转动时，主棘轮与副棘轮一起沿相同方向转动，将高压气体膨胀压力能转化为旋转机械能；当啮合齿沿顺时针方向转动时，主棘轮与副棘轮一起沿相反方向转动，主棘轮上的齿要越过副棘轮上的齿，主棘轮就要扩张，故在主棘轮和齿轮之间设置橡胶圆柱，用于过渡挤压变形。
[0006]采用活塞与活塞杆都做直线运动，减小对活塞缸、活塞的磨损，采用齿轮齿条啮合带动主棘轮、副棘轮运动，将活塞的往复运动转化为间歇圆周运动，再通过其它装置将其转化为匀速运动再加以利用。
[0007]一般活塞动力机采用曲轴连杆机构，高压气体在活塞缸里膨胀做功推动活塞运动，活塞带动连杆动，连杆带动曲轴运动，活塞做直线运动，连杆则不是直线运动，从而气体膨胀做功一部分经过力的分解作用到气缸上，使气缸受力增大，活塞与气缸之间摩擦也增大，加速了气缸和活塞的磨损。考虑到上述因素，本实用新型采用活塞与连杆都做直线运动，在两个活塞连杆之间加了一个齿条，并采用螺纹连接。活塞带动活塞杆往复运动同时也带动齿条往复运动，在齿条上放置一个齿轮，齿轮与齿条始终处于啮合状态，当高压气体从气缸左侧进入到活塞缸里膨胀推动活塞向右运动，活塞推动活塞杆向右运动，齿条也向右运动，齿条带动齿轮做圆周运动，齿轮做圆周运动从而带动橡胶圆柱和主棘轮做同方向周运动，齿轮、橡胶圆柱、主棘轮由螺栓连接在一起。主棘轮上齿和副棘轮上齿啮合，带动副棘轮也做同方向圆周运动，直到活塞运动到右止点为止。当高压气体从气缸右侧进入到活塞缸里膨胀推动活塞向左运动，此时活塞向左运动，活塞带动连杆，连杆带动齿条向左运动，由于齿轮和齿条啮合，此时齿轮反向转动齿轮带动橡胶圆柱和主棘轮也做反向运动，主棘轮上齿和副棘轮上齿啮合分开，当主棘轮与副棘轮相对运动四分之一圈之后，主棘轮上轮齿和副棘轮上轮齿相反而遇，继续运动，主棘轮上轮齿通过圆弧面划过副棘轮齿，同时主棘轮在副棘轮齿作用下向外扩张挤压橡胶圆柱，从而实现齿轮反向转动并不影响副棘轮正向转动，直到活塞运动到左止点为止。若副棘轮只靠与主棘轮的啮合是会产生轴向震动的，为防止其轴向震动影响啮合，在副棘轮一侧加工凸台，并用挡块和螺钉将其限制在一定范围内，挡块和齿轮上都有螺纹，为减小凸台与挡块和齿轮之间摩擦，在凸台两侧加了光滑垫圈，并且凸台与两侧光滑垫圈之间有一定的间隙。活塞往复一次，对齿轮做正向功一次，从而实现了活塞的往复运动转化为间歇圆周运动，再通过其他装置将这种间歇圆周运动转化为匀速运动，从而加以利用。
[0008]本实用新型的优点:充分利用高压气体做功，改变传统的活塞曲轴连杆机构，减小了对活塞缸、活塞的磨损，采用齿轮齿条啮合带动主棘轮、副棘轮运动，将活塞的往复运动转化为间歇圆周运动，再通过其它装置将其转化为匀速运动再加以利用；设计合理，结构简单，能够简便的实现能量的转化利用，并且没有废弃污染环境。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机示意图。
[0010]图2是本实用新型的齿轮剖面结构图。
[0011]图3是本实用新型的齿轮内部结构图。
[0012]图4是本实用新型的齿轮剖面结构放大图。
[0013]图中:1.活塞杆，2.齿轮，3.橡胶圆柱，4.主棘轮，5.副棘轮，6.齿条，7.活塞杆，8.进气门，9.活塞，10.进气门，11.螺栓，12.进气门，13.活塞，14.进气门，15.排气门，16.活塞缸，17.排气门，18.光滑垫圈，19.挡块，20.螺钉，21.排气门，22.活塞缸，23.排气门。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型的技术方案作具体描述:
[0015]如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，主要由双作用活塞缸总成，齿轮齿条机构、辅助装置组成。所述双作用活塞缸总成由活塞缸(16，22)、活塞杆(1，7)、进气门(8，10，12，14)、排气门(15，17，21，23)、活塞(9，13)组成；齿轮齿条机构由齿轮2、齿条6、橡胶圆柱3、主棘轮4、副棘轮5以及螺栓11组成；辅助装置包括光滑垫圈18、螺钉19、挡块20组成。
[0016]齿轮2、主棘轮4、副棘轮5用螺栓11连接，主棘轮4与副棘轮5啮合；当啮合齿沿逆时针方向转动时，主棘轮4与副棘轮5 —起沿相同方向转动，将高压气体膨胀压力能转化为旋转机械能；当啮合齿沿顺时针方向转动时，主棘轮4与副棘轮5 —起沿相反方向转动，主棘轮4上的齿要越过副棘轮5上的齿，主棘轮4就要扩张，故在主棘轮4和齿轮之间设置橡胶圆柱3，用于过渡挤压变形。
[0017]采用活塞(9、13)与活塞杆(1、7)都做直线运动，减小对活塞缸(22、16)、活塞(9、13)的磨损，采用齿轮2齿条6啮合带动主棘轮4、副棘轮5运动，将活塞(9、13)的往复运动转化为间歇圆周运动，再通过其它装置将其转化为匀速运动再加以利用。
[0018]装置运作时，高压气体经过进气门8进入到气缸22中，同时高压气体也经过进气门12进入到16中，此时进气门10和进气门14处于关闭状态。高压气体在气缸22和气缸16里膨胀做功推动活塞9和活塞13向右运动，活塞9和活塞13向右运动的同时带动活塞杆I和活塞杆7向右运动，从而带动齿条6向右运动，由于齿轮2和齿条6相啮合，齿条6向右运动的同时带动齿轮2逆时针转动，并且齿轮2、橡胶圆柱3、主棘轮4由螺栓11连接到一起，齿轮2逆时针转动的同时也带动主棘轮4逆时针转动，此时主棘轮4上齿和副棘轮5上齿相向啮合，从而带动副棘轮5也逆时针转动，当活塞9和活塞13快要到达右止点时，活塞(9、13)运动速度降低，带动连杆(1、7)、齿条6速度也降低，当齿轮2速度小于副棘轮5速度时，齿轮2在齿条6带动下运动速度小于副棘轮5运动运动速度，此时主棘轮4上齿脱离副棘轮5上齿，当主棘轮4与副棘轮相对转动90°的时候，主棘轮4上齿和副棘轮5齿反向相遇，在齿轮2齿条6转动下继续运动，主棘轮4上齿圆弧面与副棘轮5上齿圆弧面相接触从而主棘轮4上齿越过副棘轮5上齿，此时主棘轮4会扩张挤压橡胶圆柱3。活塞9和活塞13反向向左运动时并不影响副棘轮5沿一个方向运动。副棘轮5上有凸起部分，副棘轮5的固定是靠挡块19、螺钉20、齿轮2固定，挡块19和齿轮上均有螺纹，让副棘轮5上凸台和光滑垫圈18有一定间隙，只有在副棘轮5轴向运动时，副棘轮5上凸台会碰到左右光滑垫圈18，从而固定住副棘轮5防止其轴向震动。当高压气体通过进气门(10、14)进入到气缸(22、16)中，此时进气门8和进气门12处于关闭状态。高压气体在气缸(22、16)中膨胀带动活塞(9、13)向左运动，从而推动活塞(9、13)，活塞杆(1、7)，向左运动，并且带动上一过程膨胀之后的气体经过排气门(23、27)排出。此时齿轮2、主棘轮4顺时针转动。副棘轮5还是在上一过程带动下逆时针转动。主棘轮4和副棘轮5做相对运动，主棘轮4上齿挤过副棘轮5上齿。此装置只在活塞(9、13)向右运动的时候才会带动副棘轮5逆时针运动。通过这一装置就把活塞往复运动转化为间歇旋转运动，再通过其它装置，将速度稳定下来，从而可用于其它做功，如发电。
【主权项】
1.一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，主要由双作用活塞缸总成，齿轮齿条机构、辅助装置组成，其特征在于:所述双作用活塞缸总成由活塞缸(16，22)、活塞杆(1，7)、进气门(8，10，12，14)、排气门(15，17，21，23)、活塞(9，13)组成；齿轮齿条机构由齿轮(2)、齿条(6)、橡胶圆柱(3)、主棘轮(4)、副棘轮(5)以及螺栓(11)组成；辅助装置包括光滑垫圈(18)、螺钉(19)、挡块(20)组成；齿轮(2)、主棘轮(4)、副棘轮(5)用螺栓(11)连接，主棘轮(4)与副棘轮(5)啮合；当啮合齿沿逆时针方向转动时，主棘轮(4)与副棘轮(5)一起沿相同方向转动，将高压气体膨胀压力能转化为旋转机械能；当啮合齿沿顺时针方向转动时，主棘轮(4)与副棘轮(5) —起沿相反方向转动，主棘轮(4)上的齿要越过副棘轮(5)上的齿，主棘轮⑷就要扩张，故在主棘轮⑷和齿轮之间设置橡胶圆柱(3)。
2.根据权利要求1所述的一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，其特征在于:采用活塞(9、13)与活塞杆(1、7)都做直线运动；采用齿轮(2)齿条￠)啮合带动主棘轮(4)、副棘轮(5)运动，将活塞(9、13)的往复运动转化为间歇圆周运动。
【专利摘要】本实用新型涉及一种利用高压气体压力能的直齿活塞动力机，利用井口高压天然气作为动力来源，它主要由双作用活塞缸总成，齿轮齿条机构、辅助装置组成。所述双作用活塞缸总成由活塞缸、活塞杆、进气门、排气门、活塞组成；齿轮齿条机构由齿轮、齿条、橡胶圆柱、主棘轮、副棘轮以及螺栓组成；辅助装置包括光滑垫圈螺钉、挡块组成。当啮合齿沿逆时针方向转动时，主棘轮与副棘轮一起沿相同方向转动，将高压气体膨胀压力能转化为旋转机械能；当啮合齿沿顺时针方向转动时，主棘轮与副棘轮一起沿相反方向转动，在主棘轮和齿轮之间设置橡胶圆柱。本实用新型设计合理，结构简单，能够简便的实现能量的转化利用，并且没有废弃污染环境。
【IPC分类】F01B23-10, F01B1-00
【公开号】CN204312135
【申请号】CN201420710940
【发明人】钟功祥, 薛刚, 吕治忠, 彭彩珍
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月24日