一种气体压力能回收活塞及气体压力能回收装置的制作方法

1.本技术涉及气体压力能传递技术领域，具体涉及一种气体压力能回收活塞及气体压力能回收装置。


背景技术：

2.天然气余压利用技术是我国近年兴起的新兴技术。目前已开发的余能利用技术，包括压力能储气调峰、压力能发电、天然气液化、制冷等。从可获得的能源产品的角度分析，这些利用方式可以分为：利用天然气压力能发电、利用膨胀后天然气所具有的冷能进行制冷，以及利用天然气压力能发电的同时利用膨胀后天然气所具有的冷能进行制冷等。这些余压利用都是将压力能转化为了其他形式的能量，没有直接将压力能进行回收的。
3.现有效率较高的正位移压力能直接回收装置有dweer活塞式功交换器。但其主要用于类似于海水淡化的不可压缩流体的压力能回收，因为海水淡化导致的体积变化较低，同时海水也是不可压缩流体无需考虑密度变化，使得施压受压两侧可以近似看做等体积流量过程，可以连续生产。而在气体的实际生产过程中，经常需要将气体减压后进行处理再增压运输，因为气体具有极大的可压缩性，所以减压后气体密度会极度减小，而一个运行周期内进行压力传递的气体体积是固定的，所以如果直接利用现有技术进行气体压力传递，则会使得较大质量施压气体对较少质量的受压气体转移压力能，施压气体和受压气体的质量流量比q
m施压气体
/q
m受压气体
与气体处理和气体处理后的质量流量比q
m气体处理前
/q
m气体处理后
不相同，导致部分气体积累在压力能回收装置和气体处理装置之间，无法连续生产。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种气体压力能回收活塞及气体压力能回收装置，以实现气体连续生产过程中气体压力能直接回收的效果。
5.为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是，提供了一种气体压力能回收活塞，用于将施压气体的压力能传递给受压气体，包括壳体，回收活塞包括：
6.施压腔，设在壳体一端，其连通有施压进气口和施压出气口；
7.受压腔，位于壳体远离施压腔的一端，数量有一个或多个，每个所述受压腔均连通有受压进气口和受压出气口；
8.活塞组件，包括设置在壳体内的活塞腔，以及移动设置在活塞腔内的传动活塞，传动活塞将每个受压腔均与施压腔隔离，且传动活塞的移动路径在施压腔和受压腔之间
9.优选的，所述传动活塞，其包括施压端头、连接杆和至少一个受压端头，所述施压端头和受压端头均滑动密封设置在活塞腔内，所述连接杆连接施压端头和受压端头。
10.优选的，当受压腔的数量为一个时，所述施压端头直径小于受压端头直径，所述壳体内壁为阶梯型，所述施压端头和受压端头分别与其中一阶滑动密封连接。
11.优选的，当受压腔的数量为多个时，所述受压端头的数量与受压腔的数量相同，所述连接杆呈耙状，其主杆连接于施压端头，分支连接于每个受压端头。
12.优选的，所述受压腔的受压进气口通过管道并联在一起，每个所述受压腔的受压出气口通过管道并联在一起。
13.优选的，所述活塞组件朝向受压腔一侧的总受力面积和所述活塞组件朝向施压腔一侧的总面积满足公式：
14.ρ1s
x
＝ρ2sy；
15.其中，ρ1为施压气体初始密度，ρ2为受压气体初始密度，s
x
为活塞组件朝向施压腔一侧的总面积，sy为活塞组件朝向受压腔一侧的总受力面积。
16.另一方面，本技术还提供一种气体压力能回收装置，包括：
17.如上述的气体压力能回收活塞，其数量为至少一个；
18.受压气管，其分为连接在每个受压进气口的受压进气管和连接在每个受压出气口的受压出气管；
19.施压气管，其分为连接在每个施压进气口的施压进气管和连接在每个施压出气口的施压出气管；
20.控制阀，其安装在每个施压进气口、施压出气口、受压进气口和受压出气口上；
21.当施压进气口和受压出气口上的控制阀开启时，施压出气口和受压进气口上的控制阀关闭；
22.当施压出气口和受压进气口上的控制阀开启时，施压进气口和受压出气口上的控制阀关闭。
23.优选的，所述气体压力能回收活塞数量至少有两个；
24.所述受压进气管和每个受压进气口之间连通设置；
25.所述受压出气管和每个受压出气口之间连通设置；
26.所述施压进气管和每个施压进气口之间连通设置；
27.所述施压出气管和每个施压出气口之间连通设置。
28.优选的，所述受压进气管和施压出气管之间设置有换热器。
29.优选的，所述换热器和受压进气口之间设置有集液器。
30.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
31.本技术的气体压力能回收装置，通过施压气体在施压腔内挤压受压腔内的受压气体，使得施压气体压力能转移到受压气体内；同时将受压腔设置多个或者改变受压腔大小，使得施压气体的质量流量和受压气体的质量流量q
m施压气体
/q
m受压气体
调整到生产过程中气体处理和气体处理后的质量流量比q
m气体处理前
/q
m气体处理后
相同，使得生产过程稳定。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术中一个实施例的结构示意图。
34.图2为图1所示实施例中气体压力能回收活塞的结构示意图。
35.图3为本技术中气体压力能回收活塞的另一种实施例的结构示意图。
36.附图标记：
37.1、壳体；2、施压腔；21、施压进气口；22、施压出气口；3、受压腔；31、受压进气口；32、受压出气口；4、活塞组件；41、活塞腔；42、传动活塞；421、施压端头；422、受压端头；423、连接杆；5、气体压力能回收活塞；51、控制阀；52、换热器；53、集液器；6、受压气管；61、受压进气管；62、受压出气管；7、施压气管；71、施压进气管；72、施压出气管。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.本实施例中，如图1所示，包括壳体1、施压腔2、受压腔3和活塞组件4，所述施压腔2和受压腔3设置在壳体1两端，所述活塞组件4包括活塞腔41和设在活塞腔41内的传动活塞42，所述传动活塞42将施压腔2和受压腔3隔离并且其移动路径在施压腔2和受压腔3之间。所述施压腔2上设置有施压进气口21和施压出气口22，所述受压腔3上设置有受压进气口31和受压出气口32。受压腔3的数量有一个或多个，施压腔2和受压腔3的大小也可以相同或不相同，使得活塞可以相应调节在一个回收循环中施压气体的体积用量和受压气体的体积用量，每个回收循环中进入的施压气体质量流量和受压气体质量流量的比值和生产前后质量流量的比值相平衡。
40.作为本实施例的优化，如图2、3所示，所述传动活塞42包括施压端头421、受压端头422和连接杆423，连接杆423用于将施压端头421和受压端头422互相连接在一起，使用连接杆423连接是为了减小活塞质量，降低传递过程中不必要的能耗。
41.进一步的，如图2所示，当受压腔3为一个时，所述施压端头421的面积小于受压端头422的面积，而壳体1内壁为阶梯型，施压端头421滑动密封设置在内径较小的一阶内，受压端头422设在直径较大的一阶内，使得受压气体能占据的体积大于施压气体能占据的体积，使得流量平衡，而活塞自身提及较小。
42.本实施例的另一种优化，当受压腔3有多个时，所述每个受压腔3都连接一个受压端头422，受压端头422和施压端头421之间使用耙状连接杆423连接，连接杆423的主杆连接于施压端头421，分支连接于每个受压端头422，这种设置使得活塞体积较大，但是可以使得壳体1受力较为均衡，不易损坏，使得活塞寿命更长。
43.更进一步的，所述每个受压腔3的受压进气口31通过管道并联，每个所述受压腔3的受压出气口32通过管道并联，可以每个受压腔3的受力更为均衡，不易造成活塞损坏。
44.进一步的，所述活塞组件4朝向受压腔3一侧的总受力面积和所述活塞组件4朝向施压腔2一侧的总面积满足公式：
45.ρ1s
x
＝ρ2sy；
46.其中，ρ1为施压气体初始密度，ρ2为受压气体初始密度，s
x
为活塞组件4朝向施压腔2一侧的总面积，sy为活塞组件4朝向受压腔3一侧的总受力面积。
47.一种气体压力能回收装置的实施例，如图1所示，包括若干个上述气体压力能回收活塞5、输送施压气体的施压气管7和输送受压气体的受压气管6，所述施压气管7分为向施
压进气口21输入施压气体的施压进气管71和从施压出气口22输出施压气体的施压出气管72，所述受压气管6分为向受压进气口31输入受压气体的受压进气管61和从受压出气口32输出受压气体的受压出气管62，在每个施压进气口21、施压出气口22、受压进气口31和受压出气口32上都设置有控制阀51控制通断；
48.当施压进气口21和受压出气口32上的控制阀51开启时，施压出气口22和受压进气口31上的控制阀51关闭，此时施压气体进入施压腔2，受压气体受压推出受压腔3；
49.当施压出气口22和受压进气口31上的控制阀51开启时，施压进气口21和受压出气口32上的控制阀51关闭，此时施压气体被持续输入的受压气体通过活塞推出施压腔2；
50.应当注意的是本实施例采用的是前述气体压力能回收活塞的其中一种实施例作为本实施例中气体压力能回收活塞。当使用其他气体压力能回收活塞实施例时，本领域技术人员仅需要本领域常规技术手段也可以实现本实施例相同或相近的效果。
51.作为本实施例的优化，所述气体压力能回收活塞5数量至少有两个；所述受压进气管61和每个受压进气口31之间连通设置；所述受压出气管62和每个受压出气口32之间连通设置；所述施压进气管71和每个施压进气口21之间连通设置；所述施压出气管72和每个施压出气口22之间连通设置；方便进行控制。
52.作为本实施例的优化，所述受压进气管61和施压出气管72之间设置有换热器52，可以利用膨胀后冷却的施压气体产生的冷能提前冷却受压气体，以免其受压后压缩温度过高，一方面不需要加热施压气体，另一方面也不需要冷却受压气体，减少整体能耗。
53.进一步的，在换热器52和受压进气口31之间设置有集液器53，方便将受压气体降温后产生的少量杂质气体液化收集起来，以减少其在后续工序中的影响。
54.在使用上述实施例进行压力能回收，其中施压气体以y指代，受压气体以x指代，得到的结果如表1。
55.表1 工作状态总表
[0056][0057]
可以看出，在保持两侧流量稳定的情况下，可以实现对压力能的稳定回收。
[0058]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示
所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0059]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0060]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。