天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)、壓力能回收裝置、轉(zhuǎn)子膨脹機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)，還涉及所述天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)的壓力能回收裝置和轉(zhuǎn)子膨脹機。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣管網(wǎng)是天然氣資源應(yīng)用過程中的最主要輸送手段，高壓天然氣輸送干線與低壓天然氣支線間蘊含著巨大的壓力能，傳統(tǒng)的調(diào)壓閥裝置無法實現(xiàn)能量回收，造成了大量的浪費。因此，如何實現(xiàn)天然氣管網(wǎng)壓力能的回收激起了很多人的研究熱情，到目前為止，已出現(xiàn)很多天然氣壓力能利用工藝及裝置。
[0003]但是，由于存在諸如對壓差區(qū)間選擇范圍窄，膨脹效率低，運營維護成本高，規(guī)模單一等問題，造成工程項目效益比較差，不具備在天然氣管網(wǎng)各級調(diào)壓站內(nèi)進行規(guī)模化推廣的條件。
[0004]傳統(tǒng)上，天然氣管網(wǎng)壓力能回收是利用膨脹機，將運動中的流體的焓轉(zhuǎn)換為機械能并完成降壓的過程。由于降壓過程中還伴隨著劇烈的降溫，所以在回收機械能的同時還能獲取大量的冷能。因此，膨脹機是天然氣管網(wǎng)壓力能回收中完成能量轉(zhuǎn)換最為核心的設(shè)備，它的性能直接決定了壓力能回收工藝的優(yōu)劣。目前在天然氣管網(wǎng)壓力能回收工藝中已申請專利的膨脹機主要是透平膨脹機和螺桿膨脹機。
[0005]透平為速度型膨脹機，氣體通過噴嘴獲得非常高的流動速度，將氣流的動能轉(zhuǎn)換為機械能并由主軸輸出做功，該過程持續(xù)不斷地將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為氣流的動能，完成降壓和降溫的過程。
[0006]透平的結(jié)構(gòu)和工作原理決定了其適用于大流量，高進口壓力，壓力越高，從噴嘴處獲得的動能越大，膨脹效率有保障。透平適應(yīng)天然氣壓力波動工況的能力有限，而且由膨脹過程產(chǎn)生的低溫而導(dǎo)致的氣流夾雜液體現(xiàn)象，易對葉輪造成損壞；另外，透平膨脹機的轉(zhuǎn)速非常高，通常為每分鐘上萬轉(zhuǎn)，如果要回收軸功帶旋轉(zhuǎn)設(shè)備，如帶發(fā)電機發(fā)電，必須配備調(diào)速設(shè)備，會損失部分機械功；
[0007]螺桿為容積式膨脹機，氣流伴隨螺桿轉(zhuǎn)子之間或螺桿轉(zhuǎn)子與齒輪間在協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)過程中的齒間容積的變化，沿軸向流動，達到膨脹降壓的目的。
[0008]螺桿轉(zhuǎn)子具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，加工難度大。另外，機床加工精度不高會導(dǎo)致容積效率低，從而導(dǎo)致等熵效率低下。螺桿膨脹機一般要求進口流體介質(zhì)的壓力不能超過3.0MPa.g，進口壓力太大，以及進出口壓力差過大都會導(dǎo)致螺桿產(chǎn)生較大的徑向力，產(chǎn)生不允許的機械變形，螺桿轉(zhuǎn)子間就無法協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)。
[0009]螺桿膨脹機的輔助系統(tǒng)多也導(dǎo)致了其運營維護費用較高。
[0010]綜上，天然氣管道壓力能回收缺乏一種適用范圍廣，運營成本低，效率高的膨脹機，從而導(dǎo)致天然氣管網(wǎng)壓差回收工程項目無法取得很好的效益，造成了目前無法大規(guī)模推廣實施的現(xiàn)狀?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0011]本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本實用新型提出一種天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)，所述天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)能夠顯著地提尚能量回收的效率。
[0012]本實用新型還提出一種壓力能回收裝置，所述壓力能回收裝置能夠顯著地提高能量回收的效率。
[0013]本實用新型再提出一種轉(zhuǎn)子膨脹機，所述轉(zhuǎn)子膨脹機工況適應(yīng)范圍廣，并能夠顯著地提高能量回收的效率。
[0014]根據(jù)本實用新型第一方面實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)包括:調(diào)壓計量裝置；和至少一個壓力能回收支路，所述壓力能回收支路和所述調(diào)壓計量裝置并聯(lián)，每個所述壓力能回收支路包括壓力能回收裝置，所述壓力能回收裝置包括至少一級轉(zhuǎn)子膨脹機和與所述轉(zhuǎn)子膨脹機串聯(lián)的第一冷能回收換熱裝置，所述轉(zhuǎn)子膨脹機包括:殼體，所述殼體內(nèi)具有第一容納腔，所述殼體上設(shè)有與所述第一容納腔連通的進氣口和出氣口 ；外轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)具有第二容納腔，所述第二容納腔的壁上設(shè)有N個凹槽，每個所述凹槽的壁上設(shè)有通孔，其中所述外轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第一容納腔內(nèi)，所述外轉(zhuǎn)子與所述第一容納腔的壁限定出與所述進氣口連通的進氣腔以及與所述出氣口連通的出氣腔，所述出氣腔的容積大于所述進氣腔的容積；和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子上間隔開地設(shè)有N-1個齒，所述齒的形狀與所述凹槽的形狀適配，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第二容納腔內(nèi)，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子不同軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比與所述齒和所述凹槽的個數(shù)之比相對應(yīng)。
[0015]根據(jù)本實用新型實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)具有拓展性強、適用范圍廣、效率高、適應(yīng)性強、成本低、易維護的優(yōu)點。
[0016]根據(jù)本實用新型第二方面實施例的壓力能回收裝置包括:第一冷能回收換熱裝置；和至少一級轉(zhuǎn)子膨脹機，所述冷能回收換熱裝置連接至所述轉(zhuǎn)子膨脹機的下游，所述轉(zhuǎn)子膨脹機包括:殼體，所述殼體內(nèi)具有第一容納腔，所述殼體上設(shè)有與所述第一容納腔連通的進氣口和出氣口，其中所述出氣口與所述第一冷能回收換熱裝置的進口相連；外轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)具有第二容納腔，所述第二容納腔的壁上設(shè)有N個凹槽，每個所述凹槽的壁上設(shè)有通孔，其中所述外轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第一容納腔內(nèi)，所述外轉(zhuǎn)子與所述第一容納腔的壁限定出與所述進氣口連通的進氣腔以及與所述出氣口連通的出氣腔，所述出氣腔的容積大于所述進氣腔的容積；和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子上間隔開地設(shè)有N-1個齒，所述齒的形狀與所述凹槽的形狀適配，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第二容納腔內(nèi)，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子不同軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比與所述齒和所述凹槽的個數(shù)之比相對應(yīng)。
[0017]根據(jù)本實用新型第三方面實施例的轉(zhuǎn)子膨脹機包括:殼體，所述殼體內(nèi)具有第一容納腔，所述殼體上設(shè)有與所述第一容納腔連通的進氣口和出氣口 ；外轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)具有第二容納腔，所述第二容納腔的壁上設(shè)有N個凹槽，每個所述凹槽的壁上設(shè)有通孔，其中所述外轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第一容納腔內(nèi)，所述外轉(zhuǎn)子與所述第一容納腔的壁限定出與所述進氣口連通的進氣腔以及與所述出氣口連通的出氣腔，所述出氣腔的容積大于所述進氣腔的容積；和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子上間隔開地設(shè)有N-1個齒，所述齒的形狀與所述凹槽的形狀適配，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述第二容納腔內(nèi)，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子不同軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比與所述齒和所述凹槽的個數(shù)之比相對應(yīng)。
【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本實用新型實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本實用新型實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)的壓力能回收支路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是根據(jù)本實用新型的一個實施例的壓力能回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是根據(jù)本實用新型的另一個實施例的壓力能回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是根據(jù)本實用新型實施例的轉(zhuǎn)子膨脹機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6A-圖6L為根據(jù)本實用新型實施例的轉(zhuǎn)子膨脹機的使用狀態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0025]下面參考附圖描述根據(jù)本實用新型實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)I。根據(jù)本實用新型實施例的天然氣管道壓力能回收系統(tǒng)I包括調(diào)壓計量裝置20和至少一個壓力能回收支路，如圖1中所示。
[0026]壓力能回收支路和調(diào)壓計量裝置20可以并聯(lián)，每個壓力能回收支路包括壓力能回收裝置10。根據(jù)本實用新型的一個實施例，壓力能回收裝置10可以包括至少一級轉(zhuǎn)子膨脹機(將在下面進行詳細說明)和與轉(zhuǎn)子膨脹機相對應(yīng)的冷能回收換熱裝置。
[0027]下面將以圖3、4所示的第一轉(zhuǎn)子膨脹機101作為示例來描述根據(jù)本實用新型實施例的轉(zhuǎn)子膨脹機的構(gòu)造。如圖5-圖6L所示，根據(jù)本實用新型實施例的轉(zhuǎn)子膨脹機101可以包括殼體1011、外轉(zhuǎn)子1012和內(nèi)轉(zhuǎn)子1013。殼體1011內(nèi)具有第一容納腔10111，殼體1011上設(shè)有與第一容納腔10111連通的進氣口 10112和出氣口 10113，其中出氣口 10113與第一冷能回收換熱器102的進口相連。
[0028]外轉(zhuǎn)子1012內(nèi)具有第二容納腔10121，第二容納腔10121的壁上設(shè)有N個凹槽10122，每個凹槽10122的壁上設(shè)有通孔10123。其中，外轉(zhuǎn)子1012可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在第一容納腔10111內(nèi)，外轉(zhuǎn)子1012與第一容納腔10111的壁限定出與進氣口 10112連通的進氣腔10124以及與出氣口 10113連通的出氣腔10125，出氣腔10125的容積大于進氣腔10124的容積。
[0029]內(nèi)轉(zhuǎn)子1013上間隔開地設(shè)有N-1個齒10131，其中N為大于2的整數(shù)，齒10131的形狀與凹槽10122的形狀適配。其中，內(nèi)轉(zhuǎn)子1013可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在第二容納腔10121內(nèi)。根據(jù)本實用新型的一個實施例，內(nèi)轉(zhuǎn)子1013和外轉(zhuǎn)子1012不同軸，內(nèi)轉(zhuǎn)子1013和外轉(zhuǎn)子1012的轉(zhuǎn)速比與齒10131和凹槽10122的個數(shù)之比相對應(yīng)，如圖5中所示。
[0030]具體而言，高壓天然氣從殼體1011的進氣口 10112進入到第一容納腔10111內(nèi)，即進入到轉(zhuǎn)子膨脹機內(nèi)，并推動外轉(zhuǎn)子1012和內(nèi)轉(zhuǎn)子1013轉(zhuǎn)動。由于外轉(zhuǎn)子1012和內(nèi)轉(zhuǎn)子1013不同軸，并且外轉(zhuǎn)子1012的轉(zhuǎn)速與內(nèi)轉(zhuǎn)子1013的轉(zhuǎn)速不一致，因此在轉(zhuǎn)動的過程中，內(nèi)轉(zhuǎn)子1013的齒10131與外轉(zhuǎn)子1012的凹槽10122之間形成的空腔10132的容積逐漸增大，過渡到和出氣腔10125耦合，達到膨脹降壓的目的(如圖6A-圖6L所示)。在天然氣膨脹過程中，天然氣的壓力能通