本实用新型涉及一种气体压缩机废热利用装置。
背景技术：
气体压缩机是将气体压缩成具有一定压力气体的机器装备，是高压气源装置的主体。按工作原理区分，气体压缩机有容积式、速度式。前者通过压缩气体体积增加分子密度来提高气体压力，后者是通过提高气体分子运动速度增加分子动能来提高气体压力。气体压缩机被广泛应用于石油石化、化工化肥、食品制药、冶金钢铁、军事国防等国家支柱行业，是一种不可缺少的机器装备。目前常用的气体压缩机有螺杆式、活塞式、离心式、滑片式、涡旋式气体压缩机等。据权威机构检测，气体压缩机所消耗的电能仅有15%转化成压缩气体的内能，剩下的85%会转化为热能和声能等其他形式的能量，这85%的能量是不能进行有效利用的，由此可见，压缩气体制造的过程中能源的浪费是十分惊人的。
针对上述能源浪费的问题，现有技术中主要采用以下方法提高气体压缩的能源利用率：①选择高质量和高精度的带轮、胶带、端面齿等；②精密控制活塞、缸套间的间隙大小，降低摩擦功耗；③减少压力损失，避免漏气及减少排气量的情况；④提高压缩过程中交换热性能；⑤无功补偿节能；⑥通过在电网与电动机间安设变频器改变电压和电动机频率，来实现电动机调速；⑦使用多台气体压缩机，多机组群控节能。上述节能方法虽然一定程度上提高了气体压缩过程中的能源利用率，但是压缩过程中产生的其他形式的能量依然惊人并且不能被有效利用，因此如何利用压缩过程中产生的热能等其他形式的能量成为解决能源利用率低的一个方向。
授权公告号为CN102996401B的中国发明专利公开了一种空气压缩机的废热利用装置，上述装置中包括空气压缩机、蒸发器、膨胀机以及冷凝器，蒸发器中连接有喷出路径和低沸点介质循环的循环路径。从空气压缩机喷出的压缩空气中的润滑油经由喷出路径在蒸发器内和低沸点介质发生热交换，使得低沸点介质蒸发，蒸发的低沸点介质经由循环路径驱动膨胀机，膨胀机的旋转轴与驱动压缩机的电动机的输出轴连接，达到降低空气压缩机旋转转矩的目的。但是上述专利文献中的膨胀机与电动机以及空气压缩机是同轴连接的，由于实际运转过程中膨胀机的转速存在不稳定的情况，当膨胀机的转速较慢不能满足空气压缩机的转速要求时，膨胀机的旋转反而需要转速较快的空气压缩机进行带动，这种情况下膨胀机成为一种负重，不能满足气体压缩机的节能要求。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种气体压缩机废热利用装置，用于解决现有技术中膨胀机、压缩机以及电动机同轴连接时，膨胀机的转速存在不稳定的情况，当膨胀机的转速较低时反而需要转速较快的压缩机进行带动的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型的气体压缩机废热利用装置采用如下的技术方案：
气体压缩机废热利用装置，包括气体压缩机、换热器、透平机以及动力机，所述气体压缩机与换热器之间设有换热循环回路，所述换热器与透平机之间设有工质做功循环回路，所述动力机通过轴传动的方式驱动气体压缩机做功，所述透平机通过传动轴直接驱动气体压缩机或动力机，透平机的输出轴上布置有离合器。
进一步的，所述换热器为蒸发器或废热回收锅炉。
进一步的，所述透平机为膨胀机或汽轮机。
进一步的，所述动力机为电机或汽轮机。
当所述动力机位于气体压缩机的一侧，透平机位于气体压缩机的另一侧，所述离合器布置在透平机与气体压缩机之间。
进一步的，所述动力机与气体压缩机之间布置有增速器。
进一步的，所述离合器与气体压缩机之间布置有变速器。
当所述动力机布置在气体压缩机和透平机之间，所述离合器布置在动力机和透平机之间。
进一步的，所述动力机和气体压缩机之间连接有增速器。
本实用新型的有益效果：气体压缩机在压缩气体的过程中会产生大量的热量，这些热量会将气体压缩机内用于传导热量的介质变成高热量介质并经由换热循环回路喷入至换热器中，换热器内低工质介质与高热量介质进行热量交换并最终以膨胀气体的形式经由工质做功循环回路进入透平机内，由于透平机、气体压缩机以及动力机采用的轴连接，经由透平机输出的机械能反过来作用于气体压缩机，进而降低了气体压缩机的转矩，实现了气体压缩机节能省电的目的，但是由于透平机在将内能转化为机械能的过程中存在转速不稳定的情况，当透平机的转速小于气体压缩机的转速时，此时的气体压缩机反而需要带动透平机进行转动，而本实用新型中由于透平机的输出轴上连接有离合器，可以通过离合器根据实际情况将透平机和气体压缩机实现传动的分离，避免了透平机作为负重的情况。
附图说明
图1为本实用新型中气体压缩机废热利用装置的实施例1的流程图；
图2为本实用新型中气体压缩机废热利用装置的实施例2的流程图；
图中：1-换热循环回路，2-工质做功循环回路，3-电机，4-增速器，5-换热器，6-气体压缩机，7-离合器，8-膨胀机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
本实用新型的气体压缩机废热利用装置的具体实施例1：
如图1所示，本实施例中的气体压缩机6废热利用装置包括气体压缩机6、换热器5、透平机以及动力机组成，本实施例中的换热器5为蒸发器，透平机为膨胀机8，动力机为电机3。气体压缩机6与换热器5之间布置有换热循环回路1，换热器5与膨胀机8之间布置有工质做功循环回路2，换热循环回路1包括与工质做功循环回路2热量交换后冷却介质返回气体压缩机6的回路。气体压缩机6、膨胀机8以及电机3之间通过传动轴进行连接，气体压缩机6一侧的输出轴与膨胀机8的输出轴相连，气体压缩机6另一侧的输出轴与电机3的输出轴相连，气体压缩机6与膨胀机8之间安装有离合器7，气体压缩机6与电机3之间安装有增速器4。
使用时，气体压缩机6在电机3的作用下将气体进行压缩，由于电机3的转速低于气体压缩机6的转速，电机3与气体压缩机6之间布置的增速器4满足了电机3与气体压缩机6不同的转速要求。气体压缩机6压缩气体产生的高热量介质经由换热循环回路1喷出至换热器5内，在换热器5内与工质做功循环回路2中的低工质介质发生热量交换，低工质介质在吸收热量后变成膨胀气体并经由工质做功循环回路2抵达至膨胀机8中，膨胀机8在膨胀气体的作用下产生机械能，膨胀机8产生的机械能再反作用于气体压缩机6，成为驱动气体压缩机6转动的动力，而释放能量后的低工质介质经由工质做功循环回路2返回至换热器5内，当膨胀机8的转速低于气体压缩机6的转速时，此时通过设置在膨胀机8和气体压缩机6之间的离合器7将膨胀机8的输出轴和气体压缩机6的输出轴分离，从而避免气体压缩机6驱动膨胀机8的情况，当膨胀机8的转速达到驱动气体压缩机6的驱动要求时，再次将离合器7闭合即可实现膨胀机8驱动气体压缩机6的目的。
此外，为了降低膨胀机8与气体压缩机6之间的转速差，实施例1中的离合器7与气体压缩还可以加装变速器。实施例1中的膨胀机8也可以替换为汽轮机等其他形式的透平机。实施例1中的电机3也可以替换为汽轮机等其他形式的动力机。
本实用新型气体压缩机废热利用装置的实施例2：如图2所示，本实施例中的气体压缩机6废热利用装置包括气体压缩机6、换热器5、膨胀机8以及电机3，气体压缩机6、换热器5以及膨胀机8与上述实施例1中的连接方式相同，此处不再赘述，但是本实施例中的电机3布置在膨胀机8和气体压缩机6之间，电机3一侧的输出轴与膨胀机8相连，电机3另一侧的输出轴与气体压缩机6相连。膨胀机8与电机3之间安装有离合器7，电机3与气体压缩机6之间安装有增速器4。本实施例中的离合器7与电机3之间也可以加装有增速器4。
上述实施例2中的换热器5也可以替换为蒸发器或废热回收锅炉。实施例2中的膨胀机8也可以替换为汽轮机等其他形式的驱动机。实施例2中的电机3也可以替换为汽轮机等其他形式的动力机。