专利名称：燃气型天然气压缩机废气余热能利用及机械能传动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属燃气型天然气压缩机废气余热能利用技术领域，具体涉及将燃气型天然气压缩机废气余热能通过有机朗肯循环转化成机械能并通过动力传动系统传递至燃气型天然气压缩机，实现燃气型天然气压缩机启动及有机朗肯动力的辅助应用。
背景技术：
随着中国经济的高速发展，能源消耗量随之急剧增加，节能已成为普遍关注的问题。作为主要能源的石油，其供求关系存在严重的矛盾，因此利用燃气型天然气压缩机废气余热能转化为机械能并传递给燃气型天然气压缩机，减少能源消耗，成为了研究的热点和前沿。由于燃气型天然气压缩机在工作过程中燃料燃烧所放出的能量仅有三分之一左右被有效利用，其它能量主要通过废气、冷却水等散发掉，此部分能量即使部分被利用也可大幅度减少能源的消耗。
发明内容本实用新型目的是提供一种燃气型天然气压缩机废气余热能利用及机械能传动系统，利用气动机械能转化装置将燃气型天然气压缩机废气能量转化为机械能，通过动力传动系统传递至燃气型天然气压缩机，实现将燃气型天然气压缩机废气能量转化为机械能的利用，降低燃料消耗量。本实用新型由有机朗肯循环系统I、动力传动系统II组成，其中有机朗肯循环系统I中的压缩机排气总管13、换热蒸发器14、油水分离器沈串联连接；油水分离器沈两端还分别与排气泵25、景观喷泉27连接；朗肯介质贮存罐23、变频工质泵24、换热蒸发器14、 气动马达17、冷凝器19、限压阀22串联连接；冷凝器19、水泵观、景观喷泉27串联连接；限压阀22、溢流平衡罐29、回流阀30、朗肯介质贮存罐23串联连接；温度压力传感器116、温度压力传感器Π18和温度压力传感器III20分别置于气动马达17的入口处、出口处和冷凝器19的入口处；气动马达17、液力变矩器32、动力分配箱33串联连接；控制单元31通过信号线分别与温度压力传感器I 16、温度压力传感器II 18、温度压力传感器11120、变频工质泵M连接.动力传动子系统II由压缩机飞轮II、压缩机12、压缩机排气管13、压缩机飞轮 114、压缩机115、压缩机排气管116、压缩机飞轮1117、压缩机1118、压缩机排气管1119、压缩机飞轮IV10、压缩机IV11、压缩机排气管IV12、液力变矩器32、动力分配箱33、电磁离合器I 34、万向传动轴I 35、电磁离合器II 36、电磁离合器11137、万向传动轴1138、电磁离合器IV39、电磁离合器V40、万向传动轴11141、电磁离合器VI42、电磁离合器VII43、万向传动轴IV44、电磁离合器VIII45组成，其中压缩机排气总管13与压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IVll相对应的压缩机排气管13、压缩机排气管116、压缩机排气管1119、压缩机排气管IV12连接；气动马达17、液力变矩器32、动力分配箱33串联连接；动力分配箱 33与电磁离合器341、万向传动轴135、电磁离合器1136、压缩机飞轮IV10、压缩机IVll串联连接；动力分配箱33还与电磁离合器11137、万向传动轴1138、电磁离合器IV39、压缩机飞轮1117、压缩机III8串联连接；动力分配箱33还与电磁离合器V40、万向传动轴11141、 电磁离合器VI42、压缩机飞轮114、压缩机115串联连接；动力分配箱33还与电磁离合器 VII43、万向传动轴IV44、电磁离合器VIII45、压缩机飞轮II、压缩机12串联连接；有机朗肯循环系统I中的压缩机排气总管13分别与动力传动系统II中的压缩机排气管13、压缩机排气管116、压缩机排气管1119、压缩机排气管IV12连接；有机朗肯循环系统I中的气动马达17与动力传动系统II中的液力变矩器32连接。本实用新型结构工作过程是当四台压缩机(压缩机12、压缩机115、压缩机 1118、压缩机IV11)运转时，将四台压缩机(压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机 IV11)尾气引入压缩机排气总管13中，保证所有高温烟气均能进入换热蒸发器14。换热蒸发器14利用压缩机的高温尾气对低温朗肯循环工质进行加热，产生中等压力的过饱和蒸汽。过饱和蒸汽进入气动马达17，产生高速的旋转运动。该旋转运动输入至液力变矩器32 中，经传动系统形成中低速转动送至压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IV11。气动马达17出口处的高温、常压工质进入冷凝器19冷凝至常温液态工质21，经限压阀22回流至工质储存罐23中。气动马达17产生的高速旋转运动输入至液力变矩器32中，以共轴形式传输至动力分配箱33，动力分配箱33为一入四出平行轴定传动比传动。通过动力分配箱33输出四组平行的中低转速的旋转动力，只有一组动力通过相应的电磁离合器134、电磁离合器11137、电磁离合器V40、电磁离合器VII43，万向传动轴135、万向传动轴1138、万向传动轴11141、万向传动轴IV44传输至任意一个与压缩机飞轮II、压缩机飞轮114、压缩机飞轮 1117、压缩机飞轮IVlO固连的电磁离合器1136、电磁离合器IV39、电磁离合器VI42、电磁离合器VIII45，形成中低速转动并通过电磁离合器1136、电磁离合器IV39、电磁离合器VI42、 电磁离合器VIII45传递至压缩机飞轮II、压缩机飞轮114、压缩机飞轮1117、压缩机飞轮 IV10，实现压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IVll的启动和有机朗肯动力的辅助应用。在整个装置运行的过程中，控制单元31根据气动马达17进出口温度、压力调整变频工质泵M的工作频率或输入功率，使气动马达17工作在高效率且废气能量利用率最高的区域。根据冷凝器19的出口温度、压力信号调节冷却水流量。本实用新型能实现将燃气型天然气压缩机尾气(以及压缩终了天然气)低品质热能转化为机械能，通过机械传动系统将气动马达的机械能传递至任意一个燃气型天然气压缩机飞轮，实现燃气型天然气压缩机启动和有机朗肯动力的辅助应用。通过使用飞思卡尔单片机和温度压力传感器对肯循环工质流量进行闭环控制，使气动马达工作在高效率且废气能量利用率最高的区域，保证废气余能利用的充分性及系统的适应性。本实用新型能提高燃气型天然气压缩机的有效输出功率，可使燃气型天然气压缩机的废气余热能得到充分回收利用，同时可降低燃料消耗和CO2排放。具有节能和环保的双重良好功效。
图1为燃气型天然气压缩机废气余热能利用及机械能传动系统的结构示意图
4[0012]其中I.有机朗肯循环子系统II.动力传动子系统1.压缩机飞轮I 2.压缩机I 3.压缩机排气管I 4.压缩机飞轮II 5.压缩机II 6.压缩机排气管II 7.压缩机飞轮III 8.压缩机III 9.压缩机排气管III 10.压缩机飞轮IV 11.压缩机IV 12.压缩机排气管 IV 13.压缩机排气总管14.换热蒸发器15.高温管路16.温度压力传感器I 17.气动马达18.温度压力传感器II 19.冷凝器20.温度压力传感器III 21.低温管路22.限压阀 23.朗肯介质储存罐24.变频工质泵25.排气泵26.油水分离器27.景观喷泉28.水泵 29.溢流平衡罐30.回流阀31.控制单元32.液力变矩器33.动力分配箱34.电磁离合器I 35.万向传动轴I 36.电磁离合器II 37.电磁离合器III 38.万向传动轴II 39.电磁离合器IV 40.电磁离合器V 41.万向传动轴III 42.电磁离合器VI 43.电磁离合器 VII 44.万向传动轴IV 45.电磁离合器VIII
具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型技术方案作进一步详细阐述当四台压缩机(压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IV11)运转时，将四台压缩机(压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IV11)尾气引入压缩机排气总管13 中，保证所有高温烟气均能进入换热蒸发器14。换热蒸发器14利用压缩机的高温尾气对低温朗肯循环工质进行加热，产生中等压力的过饱和蒸汽。过饱和蒸汽进入气动马达17，产生高速的旋转运动。控制单元31根据气动马达17入口温度压力传感器116采集的温度、压力信号和气动马达17出口温度压力传感器1118采集的温度、压力信号调整变频工质泵M 的工作频率或输入功率，使气动马达17工作在高效率且废气能量利用率最高的区域，同时根据冷凝器19出口的温度、压力信号调节冷却水的流量。夏季炎热天气时，利用场内景观喷泉27形式实现冷却塔的功能，利用水泵观加强景观喷泉中的水与流经板式散热器的冷却水之间的换热速率，从而对流经板式散热器的冷却水进行冷却。朗肯循环设定的废气出口温度低于100°C，可以利用废气中水的汽化潜热并将冷凝水作为景观喷泉27的补充水。 在工质回流管路中设置0. 2MPa的限压阀22保证冷凝相变可靠性，限压阀22上布置溢流平衡罐四，收集溢出工质。当系统工作正常时打开回流阀30将液态工质补充至朗肯介质储存罐23。考虑到高效及可靠冷却要求，朗肯循环中所有低温管路外表面焊接散热肋片，而所有高温管路外表面涂装保温涂层。液力变矩器32接收来自气动马达17的高速动力源，以共轴形式传输至动力分配箱33，动力分配箱33向压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IVll输出四组平行的低速旋转动力。通过动力分配箱33输出四组平行的中低转速的旋转动力，只有一组动力通过相应的电磁离合器134、电磁离合器11137、电磁离合器V40、电磁离合器VII43，万向传动轴135、万向传动轴1138、万向传动轴11141、万向传动轴IV44传输至任意一个与压缩机飞轮II、压缩机飞轮114、压缩机飞轮1117、压缩机飞轮IVlO固连的电磁离合器1136、电磁离合器IV39、电磁离合器VI42、电磁离合器VIII45，形成中低速转动并通过电磁离合器1136、 电磁离合器IV39、电磁离合器VI42、电磁离合器VIII45传递至压缩机飞轮II、压缩机飞轮 114、压缩机飞轮1117、压缩机飞轮IV10，实现压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机 IVll的启动。正常工作过程中压缩机飞轮II、压缩机飞轮114、压缩机飞轮1117、压缩机飞轮IVlO处的电磁离合器1136、电磁离合器IV39、电磁离合器VI42、电磁离合器VIII45在静止状态时啮合，控制单元31只控制液力变矩器32、动力分配箱33主输入轴高速旋转以及某一个压缩机(压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IV11)传动系统旋转，先将需啮合的某路传动系统的电磁离合器134、电磁离合器11137、电磁离合器V40、电磁离合器VII43 与动力分配箱33啮合，等充分吸合后再脱开原传递系统。实现通过朗肯循环将压缩机飞轮尾气(以及压缩终了天然气)低品质热能转化为机械能，并通过机械传动系统传递至压缩机12、压缩机115、压缩机1118、压缩机IV11，实现压缩机飞轮的启动及直接带动压缩机压缩天然气的辅助应用。本实用新型在实际应用中压缩机的数量、动力分配箱输出的低速转动的组数都可以根据实际情况确定。上述所提到的压缩机均为燃气型天然气压缩机。
权利要求1. 一种燃气型天然气压缩机废气余热能利用及机械能传动系统，由有机朗肯循环系统I、动力传动系统II组成，其中有机朗肯循环系统I中的压缩机排气总管(13)、换热蒸发器(14)、油水分离器(26)串联连接；油水分离器(26)两端还分别与排气泵(25)、景观喷泉(27)连接；朗肯介质贮存罐(23)、变频工质泵(24)、换热蒸发器(14)、气动马达(17)、冷凝器(19)、限压阀(22)串联连接；冷凝器(19)、水泵(28)、景观喷泉(27)串联连接；限压阀(22)、溢流平衡罐(29)、回流阀(30)、朗肯介质贮存罐(23)串联连接；温度压力传感器I (16)、温度压力传感器II (18)和温度压力传感器III (20)分别置于气动马达(17)的入口处、出口处和冷凝器(19)的入口处；气动马达(17)、液力变矩器(32)、动力分配箱(33)串联连接；控制单元(31)通过信号线分别与温度压力传感器I (16)、温度压力传感器II (18)、 温度压力传感器III (20)、变频工质泵(24)连接；其特征在于动力传动子系统II由压缩机飞轮I (1)、压缩机I (2)、压缩机排气管I (3)、压缩机飞轮II (4)、压缩机II (5)、压缩机排气管II (6)、压缩机飞轮III (7)、压缩机III (8)、压缩机排气管III (9)、压缩机飞轮IV (10)、压缩机IV (11)、压缩机排气管IV (12)、液力变矩器(32)、动力分配箱(33)、电磁离合器I (；34)、万向传动轴I (；35)、电磁离合器II (36)、电磁离合器III (37)、万向传动轴II (38)、电磁离合器IV (39)、电磁离合器V (40)、万向传动轴III (41)、电磁离合器 VI (42)、电磁离合器VII (43)、万向传动轴IV (44)、电磁离合器VIII (45)组成，其中压缩机排气总管(13)与压缩机I (2)、压缩机II (5)、压缩机III (8)、压缩机IV (11)相对应的压缩机排气管I (3)、压缩机排气管II (6)、压缩机排气管III (9)、压缩机排气管IV (12)连接；气动马达(17)、液力变矩器(32)、动力分配箱(33)串联连接；动力分配箱(33) 与电磁离合器I (34)、万向传动轴I (35)、电磁离合器II (36)、压缩机飞轮IV(IO)、压缩机 IV(Il)串联连接；动力分配箱(33)还与电磁离合器III (37)、万向传动轴II (38)、电磁离合器IV (39)、压缩机飞轮III (7)、压缩机III (8)串联连接；动力分配箱(33)还与电磁离合器V (40)、万向传动轴III (41)、电磁离合器VI (42)、压缩机飞轮II (4)、压缩机II (5)串联连接；动力分配箱(33)还与电磁离合器VII (43)、万向传动轴IV (44)、电磁离合器VIII (45)、压缩机飞轮I (1)、压缩机I (2)串联连接；有机朗肯循环系统I中的压缩机排气总管(13)分别与动力传动系统II中的压缩机排气管I (3)、压缩机排气管II (6)、压缩机排气管III (9)、压缩机排气管IV (12)连接；有机朗肯循环系统I中的气动马达(17) 与动力传动系统Π中的液力变矩器(32)连接。
专利摘要燃气型天然气压缩机废气余热能利用及机械能传动系统属燃气型天然气压缩机废气余热能利用技术领域，本实用新型由有机朗肯循环系统和动力传动系统组成，其中有机朗肯循环系统中的燃气型天然气压缩机排气总管分别与动力传动系统中的燃气型天然气压缩机排气管I、燃气型天然气压缩机排气管II、燃气型天然气压缩机排气管III和燃气型天然气压缩机排气管IV连接；有机朗肯循环系统中的气动马达与动力传动系统中的液力变矩器连接；本实用新型能提高燃气型天然气压缩机的有效输出功率，可使燃气型天然气压缩机的废气余热能得到充分回收利用，同时可降低燃料消耗和CO2排放。具有节能和环保的双重良好功效。
文档编号F04B35/00GK202250709SQ20112054076
公开日2012年5月30日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者刘清强, 李小平, 柳旭, 田径, 许允, 韩永强, 韩汛峰 申请人:吉林大学