一种管道式气能回收节能装置的制作方法

1.本发明属于气能回收节能设备技术领域，具体涉及一种管道式气能回收节能装置。


背景技术：

2.随着我国工业水平的不断发展，工业用气量正在呈现大幅上升的趋势，而伴随着工业用气的必要设备，如空气压缩机、空分设备等也得到越来越广泛的应用。目前，由空压机产生的压缩空气、空分设备产生的氮气、氧气等在化工、机械、工业、纺织、食品等许多行业领域有着大量的应用。然而，管道内的压缩气体目前仅仅是作为提供一种常规的气源使用，未被再次开发利用，在一定程度上造成了能源浪费。如何将管道内压缩气体产生的气能利用起来，将其转化为其它动能，将对工业领域的节能降耗产生极大的积极推动作用。
3.专利申请号“201120463198.9”公开了一种利用管道压缩气流为动力的多节多级增气增压发电装置，利用了水和空气资源，采用多节多级增气增压的发电装置，在总输气管道上每隔100
‑
200 米安装一台利用管道压缩气流为动力的多节多级增气增压发电装置，使之不断地给总输气管道中增压、增气，但该装置未能解决压缩气流的压降损失问题，需要设置增压实现发电，且对后期终端用气压力会产生明显影响。专利申请号“202011256137.5”介绍了一种管道式工艺气压力能回收发电装置及工艺气减压管路，该装置至少包括壳体、发电机以及透平膨胀机，其利用透平膨胀机发电机组替代现有工艺系统中的减压阀组，实现了全封闭式压力能回收发电，能量转化效率高，结构紧凑，安装简便。专利申请号“201720196353.2”介绍了一种内置式天然气管道压差发电装置，包括管体、叶轮、转轴、发电机，还包括发电机保护套；其中，管体与天然气管道连接，转轴沿管体的长度方向安装在管体内，叶轮固定在转轴上靠近管体的入口的一端，带动转轴转动；发电机安装在管体内，并通过连接件与转轴的另一端连接，发电机保护套安装在发电机的外部，并与发电机形成密封空间。专利申请号“201010152355.4”介绍了一种空气发电装置及其应用，该装置包括发电机、整流变压充电器、电动机、空气压缩机、气管道、气流阀、气动马达、变速器、电瓶等组成，将蓄电池的电源或现有的生产电源作起动电源，起动机械空气压缩机电机进行空气压缩造气工作转换为气能，发电机发出来的电小部分供给空气压缩机电机进行造气工作，达到动力循环造气、发电、供电的正常运转，大部分可送出并网。又如专利申请号“201110198701.7”公开了一种人造空气流发电的方法，包括有柱筒和将气流能转换为机械能及电能的装置，需要通过建造最终出风口与总进风口的垂直高度实现发电，该方法所投资的设备造价高、需求能耗大，不能做到真正的节能降耗。为此，虽然目前关于将空气气流转化为电能或其它动能的装置及工艺较多，但通常需要投入额外的大型装置，并提供相应起始动能，方能将气流转化为可用的动能。显然，目前的气流节能回收装置存在设备投资大、运行成本高、回收周期长，且所提供的气能气源不稳定、气源自身压降损失明显、气源流速下降等诸多缺陷，同时在回收过程中尚在一定程度上违背了节能降耗的初衷，节能环保的效果差强人意。
4.为此，现有的气流气能回收节能装置及工艺均有待进一步的改进，如何将现有的普遍性的管道气体动能转换机械能、化学能或是电能等，同时不影响终端用气效果，在本行业领域具有非常重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种管道式气能回收节能装置，具有结构简单、气能回收效率高、节能降耗效果显著、设备投入少及运行成本几乎为零等特点，利用管道气体作为可用气能，将气能转化为机械能，再将机械能转化为电能，实现气能的回收利用，同时不会影响气体在终端的使用效果，可广泛用于各类工业的管道气体涉及的技术领域，尤其适用于空气压缩机的空气管道、空分设备的氮气及氧气管道领域。
6.为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：一种管道式气能回收节能装置，包括气体管道，所述气体管道两端设有气体进口和气体出口；所述气体管道内设有导流叶轮，所述导流叶轮连接传动轴，所述传动轴穿过所述气体管道外壁，并连接至差速器；所述传动轴与所述气体管道交接段设有密封槽，所述密封槽包括法兰座、密封垫、滚动轴承及密封o型圈；所述差速器连接发电机，所述发电机连接电气控制系统。
7.作为一种改进，所述气体管道设有法兰连接结构，从而方便所述导流叶轮的安装和拆卸。
8.作为一种改进，所述的设有导流叶轮的气体管道中间段直径加大，而所述气体进口和气体出口的两端直径相等。
9.作为一种改进，所述气体进口和气体出口段的管径以60
°
~120
°
的锥度加大延伸至中间段管径。
10.作为一种改进，所述气体管道内设有压力流速控制器，气体经过所述导流叶轮后的压降损失≤0.2%。
11.作为一种改进，所述导流叶轮与传动轴采用可拆卸式连接，所述导流叶轮安装方向与气体管道内气流方向一致，安装位置位于气流流速最大处，且所述导流叶轮表面镶嵌耐磨陶瓷片。
12.作为一种改进，所述差速器为减速器或增速器中的一种。
13.作为一种改进，所述发电机后端连接电源输出接口。
14.作为一种改进，所述密封垫为乳胶或橡胶材质的多层密封垫圈。
15.作为一种改进，所述电气控制系统依次包括调压模块、充电装置、储能装置、逆变模块及控制电源，所述电气控制系统可根据管道内气流流速、流向进行自动调节,实现在稳定的流速、流向下持续发电。
16.本发明取得的有益效果为：一种管道式气能回收节能装置，具有结构简单、气能回收效率高、节能降耗效果显著、设备投入少等特点；本回收节能装置根据风力发电机的原理，利用固定流向的气体在管道内快速流通作为气能，并将气体管道直径扩大，以降低气体的流速，同时大大减少气体压降损失，而后端出气口又重新缩小管道直径与进气口相等，将气体流速提升至进气同水平，这样就不影响气体终端使用效果；通过在扩大的气体管道一端采用法兰连接，从而方便将相应大小的导流叶轮安装至管道内；另外，通过在传动轴与气体管道连接处设置密封槽结构，密封槽采用o型密封圈和密封垫双重密封，有效解决了压力
容器外接传动轴易产生密封不良的问题；最后，通过在导流叶轮表面镶嵌耐磨陶瓷片，可防止叶轮在含有水分的气体中生锈腐蚀，提高叶轮的使用寿命，减少更换维修频率。
17.本发明的管道式气能回收节能装置同时具有以下特点：1、管道气体为连续提供，可以持续不断进行发电，且气源非常稳定；2、根据气体管道的大小来控制气体流速，从而来控制导流叶轮的转速；3、导流叶轮安装与气流方向一致，同时对安装导流叶轮的管道段进行了直径加大，这样不会对气体造成压降，后端又重新缩小管径，从而不会影响用户端对用气的影响；4、管道气体在国内乃至全球的化工、机械、工业、纺织、食品等上百个行业内大量应用，其气源未被再次利用、处于浪费状态，目前初步估计国内的气源总耗电量为1000亿元以上，而通过本发明的回收节能装置，其节能量可达20%左右，创造经济效益达200亿元以上，同时可减少碳排放30000吨/年，具有显著的社会和经济效益。
附图说明
18.图1是本发明管道式气能回收节能装置的结构示意图；图2是本发明管道式气能回收节能装置密封槽的结构示意图；图3是本发明管道式气能回收节能装置电气控制系统示意图。
19.图中：1、气体管道，2、气体进口，3、气体出口，4、导流叶轮，5、传动轴，6、差速器，7、密封槽，71、法兰座，72、密封垫，73、滚动轴承，74、密封o型圈，8、发电机，9、电气控制系统，91、调压模块，92、充电装置，93、储能装置，94、逆变模块，95、控制电源，10、法兰连接结构，11、电源输出接口。
具体实施方式
20.现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
21.如图1~2所示，本实施例的一种管道式气能回收节能装置，包括气体管道1，所述气体管道1两端设有气体进口2和气体出口3；所述气体管道1内设有导流叶轮4，所述导流叶轮4连接传动轴5，所述传动轴5穿过所述气体管道1的外壁，并连接至差速器6；所述传动轴5与所述气体管道1交接段设有密封槽7，所述密封槽7包括法兰座71、密封垫72、滚动轴承73及密封o型圈74；所述差速器6连接发电机8，所述发电机8连接电气控制系统9，所述发电机8后端连接电源输出接口11。
22.进一步地，所述气体管道1设有法兰连接结构10，从而方便所述导流叶轮4的安装和拆卸。
23.进一步地，所述的设有导流叶轮4的气体管道中间段直径加大，而所述气体进口2和气体出口3的两端直径相等，气体管道1设有导流叶轮的中间段直径加大，具体的，气体进口和气体出口段的管径以60
°
~120
°
的锥度加大延伸至中间段管径，直径可加大为200~1000mm；所述气体管道1内压力控制为0.5~1.2mpa。
24.进一步地，所述导流叶轮4与传动轴5采用可拆卸式连接，所述导流叶轮4安装方向与气体管道内气流方向一致，安装位置位于气流流速最大处，且所述导流叶轮4表面镶嵌耐磨陶瓷片，更具体的，所述耐磨陶瓷片为95氧化铝陶瓷片。
25.进一步地，所述气体管道1内设有压力流速控制器，对气体流速进行实时监控，保证流速满足终端用气使用要求，同时通过将气体管道1的中间段按一定锥度加大，保证气体
经过所述导流叶轮4后的压降损失≤0.2%。
26.进一步地，所述差速器6为减速器或增速器中的一种，具体的，优选增速器，可进一步的增加发电效率。
27.进一步地，所述密封槽7采用了密封垫72和密封o型圈74双重密封结构，同时配合了滚动轴承及法兰座连接，所述密封垫72为乳胶或橡胶材质的多层密封垫圈，从而有效解决了气体管道1外接传动轴5易产生密封不良的问题，保证气流压降不减少，不会影响终端用气效果。
28.进一步地，如图3所示，所述电气控制系统9依次包括调压模块91、充电装置92、储能装置93、逆变模块94及控制电源95，所述电气控制系统9可根据管道内气流流速、流向进行自动调节,实现在稳定的流速、流向下持续发电；具体的，所述电气控制系统9可控制差速器6、发电机8的运行温度、液压系统的油压,以及对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,从而实现无人值守独立发电系统功能。
29.具体的，所述发电机8输出380v电压，由于传动侧有波动，导致电压不稳定，所以通过一套调压模块91，使电压稳定在380v
±
7%范围内，输送到框架断路器上口，通过合闸检测电压、频率、相位与系统准同期后合上断路器qf，波动范围超出准同期时切除断路器qf。
30.实施例1一种管道式气能回收节能装置，包括气体管道1，气体管道1内为供应气缸工作的压缩空气，压缩空气压力设定值为1.0mpa；所述气体管道1两端气体进口2和气体出口3为等直径，直径均为φ80mm，中间直径加大至φ500mm，且呈60
°
锥度延伸加大；在气体管道1中间直径加大段还设有法兰连接结构10；所述气体管道1内设有表面镶嵌有95氧化铝耐磨陶瓷片的导流叶轮4，所述导流叶轮4安装方向与气体管道1内气流方向一致，具体表现为将导流叶轮4安装靠近气流风力最大处，即靠所述气体管道1的侧边50~150mm处，并且所述气体管道1内设有压力流速控制器，气体经过所述导流叶轮4后的压降损失为0.1%；所述导流叶轮4通过可拆卸方式连接传动轴5，所述传动轴5穿过所述气体管道1的外壁，并连接至差速器6；所述传动轴5与所述气体管道1交接段设有密封槽7，所述密封槽7具体包括法兰座71、密封垫72、滚动轴承73及密封o型圈74，具体为所述法兰座71通过螺栓两块拼接，拼接处设有密封垫72，所述滚动轴承73与所述传动轴5配合，在配合处设有密封o型圈74；所述差速器6连接发电机8，所述发电机8连接电气控制系统9，所述电气控制系统9依次包括调压模块91、充电装置92、储能装置93、逆变模块94及控制电源95，在压缩空气气流带动下，所述导流叶轮4开始转动，差速器6进一步提升转动速率，发电机8获得机械能后开始工作发电，并通过电气控制系统9对发电参数进行控制，所述发电机8发电后，通过电源输出接口11输出使用。
31.实施例2一种管道式气能回收节能装置，包括气体管道1，气体管道1内为供应化工生产的工业氧气，氧气压力设定值为0.8mpa；所述气体管道1两端气体进口2和气体出口3为等直径，直径均为φ60mm，中间直径加大至φ400mm，且呈80
°
锥度延伸加大；在气体管道1中间直径加大段还设有法兰连接结构10；所述气体管道1内设有导流叶轮4，所述导流叶轮4安装方向与气体管道1内气流方向一致，具体表现为将导流叶轮4安装靠近气流风力最大处，即靠所述气体管道1的侧边40~120mm处，并且所述气体管道1内设有压力流速控制器，气体经过所述导流叶轮4后的压降损失为0.2%；所述导流叶轮4通过可拆卸方式连接传动轴5，所述传
动轴5穿过所述气体管道1的外壁，并连接至差速器6；所述传动轴5与所述气体管道1交接段设有密封槽7，所述密封槽7具体包括法兰座71、密封垫72、滚动轴承73及密封o型圈74，具体为所述法兰座71通过螺栓两块拼接，拼接处设有密封垫72，所述滚动轴承73与所述传动轴5配合，在配合处设有密封o型圈74；所述差速器6连接发电机8，所述发电机8连接电气控制系统9，所述电气控制系统9依次包括调压模块91、充电装置92、储能装置93、逆变模块94及控制电源95，在压缩空气气流带动下，所述导流叶轮4开始转动，差速器6进一步提升转动速率，发电机8获得机械能后开始工作发电，并通过电气控制系统9对发电参数进行控制，所述发电机8发电后，通过电源输出接口11输出使用。
32.实施例3一种管道式气能回收节能装置，包括气体管道1，气体管道1内为供应冶金领域熔体除渣的高纯氮气，氮气压力设定值为0.5mpa；所述气体管道1两端气体进口2和气体出口3为等直径，直径均为φ50mm，中间直径加大至φ350mm，且呈120
°
锥度延伸加大；在气体管道1中间直径加大段还设有法兰连接结构10；所述气体管道1内设有导流叶轮4，所述导流叶轮4安装方向与气体管道1内气流方向一致，具体表现为将导流叶轮4安装靠近气流风力最大处，即靠所述气体管道1的侧边30~100mm处；所述导流叶轮4通过可拆卸方式连接传动轴5，所述传动轴5穿过所述气体管道1的外壁，并连接至差速器6；所述传动轴5与所述气体管道1交接段设有密封槽7，所述密封槽7具体包括法兰座71、密封垫72、滚动轴承73及密封o型圈74，具体为所述法兰座71通过螺栓两块拼接，拼接处设有密封垫72，所述滚动轴承73与所述传动轴5配合，在配合处设有密封o型圈74；所述差速器6连接发电机8，所述发电机8连接电气控制系统9，所述电气控制系统9依次包括调压模块91、充电装置92、储能装置93、逆变模块94及控制电源95，在压缩空气气流带动下，所述导流叶轮4开始转动，差速器6进一步提升转动速率，发电机8获得机械能后开始工作发电，并通过电气控制系统9对发电参数进行控制，所述发电机8发电后，通过电源输出接口11输出使用。
33.本发明的管道式气能回收节能装置，将管道内气体作为动力源，只要气体开启供应，动力气源便源源不断，其运行成本投入几乎为零，只需对管道进行改造，增加本发明的节能装置即可实现气能利用。管道式气能回收节能装置根据风力发电机的原理，利用气体的在管道内快速流通（且该流通基本是高速和定向的），在不影响终端用气情况下，通过将气体管道1直径扩大，并在其内部安装导流叶轮4，所述导流叶轮4在压缩气体带动下转动，并通过连接传动轴5将动力转换为机械能，再透过差速器（增速器）6，将旋转的速度提升，来促使发电机9发电，并通过电气控制系统9实现发电的智能控制及相关参数设定，最后通过电源输出接口11将产生的电能输出，实现节能回收再利用。通过实际应用对比，相比普通室外的风力发电装置，本发明具有投入少、动力源稳定、节能效果显著等特点，具体详见表1。
34.表1 管道式气能回收装置与室外风力发电装置效果对比表
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。