一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，它主要由活塞總成、進排氣總成、曲軸總成、發電總成、輔助機構組成。所述活塞總成由活塞、活塞缸和活塞桿組成，所述進排氣總成由進氣凸輪、排氣凸輪、凸輪軸和圓柱頂桿組成；曲軸總成由曲軸，飛輪等組成；發電總成由發電機、聯軸器組成，輔助機構主要包括盤管式換熱器，離合器。采用一號缸膨脹降壓、二號缸膨脹降壓、三號缸膨脹降壓的三級膨脹降壓系統，并且從一號、二號缸到三號缸缸徑逐漸增大，使得高壓天然氣能夠逐級降壓。本發明充分利用壓力能，通過直列式三缸往復式活塞將壓差能轉化為機械能；設計合理，既沒有廢氣排放污染環境，又減小了噪音。
【專利說明】—種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，采用直列式多缸活塞動力機，高壓天然氣經過這種多缸活塞動力機將壓力能轉化為機械能后用于發電，屬于利用高壓天然氣壓力能的【技術領域】。
技術背景
[0002]針對目前大多數天然氣井口出氣壓力高(一般是十幾Mpa到幾十Mpa)，但是輸送天然氣壓力卻相對小很多(一般是幾Mpa)，這之間就蘊含了大量的壓差能。按照以往的天然氣開采流程，這部分壓差能就直接通過減壓閥減壓，然后通過運輸管道，無形之中大量的壓差能就被浪費掉了，而且經過減壓閥時，高壓天然氣對其產生很大的沖擊，很容易損壞減壓閥。如果能夠經過一種裝置把這些壓差能轉化成其他形式的能量用于做功，這樣既避免了能量的浪費，同時又產生了其他形式的能量，若將這些能量用于發電，不僅可以產生巨大的經濟效益又不會對環境造成污染。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了充分利用壓力能，提供一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，在達到管線輸送壓力的同時利用了大量的壓差能，并運用于發電。
[0004]本發明利用一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，主要由活塞總成、進排氣總成、曲軸總成、發電總成、輔助機構組成。所述活塞總成由活塞、活塞缸和活塞桿組成，所述進排氣總成由進氣凸輪、排氣凸輪、凸輪軸和圓柱頂桿組成；曲軸總成由曲軸，飛輪等組成；發電總成由發電機、聯軸器組成，輔助機構主要包括盤管式換熱器，離合器。
[0005]考慮到高壓天然氣在降壓的時候不可能一次性的直接降到管道可以輸送的壓力范圍，因此采用一號缸膨脹降壓、二號缸膨脹降壓、三號缸膨脹降壓的三級膨脹降壓系統，并且從一號缸、二號缸到三號缸的缸徑逐漸增大，使得高壓天然氣能夠逐級降壓，充分利用壓力能。高壓天然氣在活塞中膨脹降壓的過程中會伴隨著溫度的下降，如果溫度下降的過低，就會在管道里結冰影響氣體的通行，而且還有可能產生水合物，所以為了防止溫度降得過低，將每一級缸的膨脹排氣接通至盤管式換熱器，對膨脹過后的天然氣進行換熱，提高天然氣的溫度，為下一級天然氣的膨脹提供基礎。最后由三號缸中出來的天然氣也需要進行加熱，再通過管線接到天然氣管道輸送出口把天然氣輸送出去。
[0006]初始狀態，高壓天然氣經過一號缸進氣閥進入一號缸中，高壓天然氣膨脹推動一號缸活塞向右運動，由于一號缸活塞、二號缸活塞和三號缸活塞由活塞桿連接起來之后做相同的運動，此時一號缸活塞向右運動也推動二號缸活塞、三號缸活塞向右運動，直到都到達右止點為止，一號缸排出閥在活塞到右止點時打開，氣體排出至盤管式換熱器經過換熱之后，通過二號缸進氣閥進入到二號缸中(此時二號缸在右止點位置)，氣體在二號缸中膨脹，繼續推動活塞向左運動，由于在一號缸作用下，曲軸、飛輪具有了慣性力，此時慣性力也帶動活塞向左運動，從而加速了曲軸的轉動，經過二號缸中膨脹的氣體又通過二號缸排出閥排出到盤管式換熱器中換熱之后進入到三號缸中做相同的循環。其中三個缸閥門的進排氣閥都由相應的進氣凸輪、排氣凸輪、凸輪軸和圓柱頂桿控制，實現三個缸體的閥門同時開閉，同時進氣、排氣，實現對曲軸的加速轉動。
[0007]本發明的優點:充分利用壓力能，通過直列式三缸往復式活塞將壓差能轉化為機械能。帶動曲軸轉動，曲軸通過聯軸器直接連接上發電機主軸帶動發電機發電；設計合理，幾乎不消耗能量，既沒有廢氣排放污染環境，又減小了噪音。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機的示意圖。
[0009]圖2是本發明一號缸進氣對應的凸輪位置示意圖。
[0010]圖3是本發明一號缸排氣對應的凸輪位置示意圖。
[0011]圖4是本發明在一號缸進氣時，三個缸活塞所在位置示意圖。
[0012]圖5是本發明在二號缸進氣時，三個缸活塞所在位置示意圖。
[0013]圖6是本發明在三號缸進氣時，三個缸活塞所在位置示意圖。
[0014]圖中:1.飛輪，2.鏈輪，3.進氣凸輪，4.排氣凸輪，5.曲軸，6.凸輪軸，7.聯軸器，
8.離合器，9.發電機，10.圓柱頂桿，11.盤管式換熱器，12.鏈條，13.三號缸排氣閥，14.二號缸排氣閥，15.—號缸排氣閥，16.—號缸進氣閥，17.二號缸進氣閥，18.三號缸進氣閥，19.曲柄,20.十字頭,21.—號缸活塞桿,22.二號缸活塞桿,23.三號缸活塞桿,24.—號缸活塞,25.二號缸活塞，26.三號缸活塞,27.—號缸,28.二號缸,29.三號缸。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明的技術方案作具體描述:
[0016]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發明一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機,主要由活塞總成、進排氣總成、曲軸總成、發電總成、輔助機構組成。所述活塞總成由一號缸活塞24、二號缸活塞25、三號缸活塞26, —號缸27、二號缸28、三號缸29和一號缸活塞桿21、二號缸活塞桿22、三號缸活塞桿23組成,所述進排氣總成由進氣凸輪3、排氣凸輪4、凸輪軸6和圓柱頂桿10組成；曲軸總成由曲軸5，飛輪2組成；發電總成由發電機
9、聯軸器7組成，輔助機構主要包括盤管式換熱器11，離合器8。
[0017]采用一號缸27膨脹降壓、二號缸28膨脹降壓、三號缸29膨脹降壓的三級膨脹降壓系統，并且從一號缸27、二號缸28到三號缸29的缸徑逐漸增大，使得高壓天然氣能夠逐級降壓，充分利用壓力能。
[0018]如圖2、圖3、圖4所示，高壓氣體經過一號進氣通道由一號缸進氣閥16控制進氣，氣體進入到一號缸27內，此時的一號缸進氣閥16處于打開狀態，氣體在一號缸27里迅速膨脹推動一號缸活塞24向右運動直到運動到右止點為止，此時二號缸活塞25和三號缸活塞26都運動到右止點，所不同的是二號缸28是排氣過程，一號缸27和三號缸29是進氣過程。經過一號缸27膨脹之后的氣體由一號缸排氣閥15，將氣體經過一號排氣通道排出到盤管式換熱器11，將氣體進行換熱處理，其目的是防止氣體在一號缸27里膨脹之后溫度過低引起結冰或者水合物生成。經過盤管式換熱器11之后的氣體又經過二號缸進氣通道，通過二號缸進氣閥17控制氣體進入到二號缸28中進行膨脹，推動二號缸活塞25向左運動直到左止點。在二號缸28中膨脹之后的氣體經過二號缸排氣閥14把氣體經二號排氣通道又排到盤管式換熱器11進行換熱處理，其目的同樣是防止氣體在二號缸28里膨脹之后溫度過低引起結冰或者水合物生成。經過盤管式換熱器11出來的氣體繼續通過管道進入三號進氣通道，由三號缸進氣閥18控制氣體進入到三號缸29里。進入三號缸29里的氣體膨脹帶動三號缸活塞26向右運動，從而繼續推動曲軸5旋轉。高壓氣體經過在三號缸中膨脹之后經過三號缸排氣閥13把氣體排至三號排氣通道又排到盤管式換熱器11中將其溫度升高之后接到天然氣輸送管道直接輸送走。曲軸5 —端帶有飛輪1，另一端通過聯軸器7連接發電機主軸即可直接利用機械能進行發電。經過上面的循環，三個缸的活塞都做了功。根據氣井產量，可以適當的增減活塞缸的數目。
[0019]一號缸27、二號缸28、三號缸29對應的進氣閥門(16、17、18)，排氣閥門(15、14、13)都由凸輪軸6帶動各自的進氣凸輪3、排氣凸輪4運動，進氣凸輪3、排氣凸輪4運動帶動圓柱頂桿11運動，從而控制頂桿上閥門的開閉。一號缸27、二號缸28、三號缸29同時進氣，同時排氣，同時對曲軸做功，從而增強了曲軸的輸出功率。凸輪軸6與曲軸5由鏈條12連接，所以凸輪軸6的轉動同步于曲軸5，凸輪軸6上鏈輪2所在位置要高于曲軸5上鏈輪2所在位置，防止活塞桿(21、22、23)在運動時與凸輪軸6發生碰撞。
【權利要求】
1.一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，主要由活塞總成、進排氣總成、曲軸總成、發電總成、輔助機構組成，其特征在于:所述活塞總成由一號缸活塞(24)、二號缸活塞(25)、三號缸活塞(26), —號缸(27)、二號缸(28)、三號缸(29)和一號缸活塞桿(21)、二號缸活塞桿(22)、三號缸活塞桿(23)組成，所述進排氣總成由進氣凸輪(3)、排氣凸輪(4)、凸輪軸(6)和圓柱頂桿(10)組成；曲軸總成由曲軸(5)，飛輪⑵組成；發電總成由發電機(9)、聯軸器(7)組成，輔助機構主要包括盤管式換熱器(11)，離合器(8);采用一號缸(27)膨脹降壓、二號缸(28)膨脹降壓、三號缸(29)膨脹降壓的三級膨脹降壓系統，并且從一號缸(27)、二號缸(28)到三號缸(29)的缸徑逐漸增大，使得高壓天然氣能夠逐級降壓，充分利用壓力能。
2.根據權利要求1所述的一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，其特征在于:高壓氣體經過一號缸進氣閥(16)進入到一號缸(27)內迅速膨脹推動一號缸活塞(24)向右運動直到運動到右止點為止，經過一號缸(27)膨脹之后的氣體由一號缸排氣閥(15)將氣體排出到盤管式換熱器(11)進行換熱處理；換熱后的氣體經過二號缸進氣閥(17)進入到二號缸(28)中膨脹推動二號缸活塞(25)向左運動直到左止點，在二號缸(28)中膨脹之后的氣體經過二號缸排氣閥(14)把氣體又排到盤管式換熱器(11)進行換熱處理；換熱后的氣體由三號缸進氣閥(18)進入到三號缸(29)里膨脹推動三號缸活塞(26)向右運動，從而繼續推動曲軸(5)轉動；高壓氣體經過在三號缸中膨脹之后經過三號缸排氣閥(13)把氣體排到盤管式換熱器(11)中將其溫度升高之后接到天然氣輸送管道直接輸送走；曲軸(5)一端帶有飛輪(I)，另一端通過聯軸器(7)連接發電機主軸即可直接進行發電。
3.根據權利要求1所述的一種利用高壓氣體壓力能的多缸活塞動力機，其特征在于:一號缸(27)、二號缸(28)、三號缸(29)同時進氣，同時排氣，同時對曲軸做功，從而增強了曲軸的輸出功率。
【文檔編號】F01B1/02GK103939146SQ201410193918
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】鐘功祥, 薛剛, 呂志忠, 彭彩珍 申請人:西南石油大學