热回收液氮设备的动力系统及热回收液氮设备的制作方法

1.本技术涉及热回收液氮设备技术领域，尤其涉及一种热回收液氮设备的动力系统及热回收液氮设备。


背景技术：

2.随着氮气在各行业的应用，液氮设备作为氮气作业的关键设备，用户对液氮设备的需求也持续增加，液氮泵设备主要有直燃式和热回收式两种，直燃式液氮泵设备相对于热回收式液氮泵设备更容易增加液氮柱塞泵的输出压力，但这样就会导致能耗增加，提高了用户的还是用成本；热回收式的液氮泵设备的虽然所消耗的能耗低，同样导致液氮柱塞泵的输出压力小的问题，无法使液氮柱塞泵的输出压力有效提高，以满足用户在不同使用情况下的使用需求。


技术实现要素：

3.为了解决热回收液氮设备中液氮柱塞泵的输出压力较低的技术问题，本技术的主要目的在于，提供一种能够有效提高热回收液氮设备中液氮柱塞泵的输出压力的一种热回收液氮设备的动力系统及热回收液氮设备。
4.为实现上述实用新型目的，本技术采用如下技术方案：
5.根据本技术的一个方面，提供了一种热回收液氮设备的动力系统，包括，发动机、变速箱、加载系统及液氮柱塞泵，所述发动机的第一取力口与所述变速箱连接，所述变速箱与所述液氮柱塞泵连接，所述加载系统与所述发动机连接。
6.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统包括第一加载位，所述第一加载位连接于所述发动机的第二取力口，所述加载系统通过所述第一加载位于所述发动机连接；或，
7.所述加载系统包括第二加载位，所述第二加载位连接于所述变速箱与所述柱塞泵之间，所述加载系统通过所述第二加载位与所述液氮柱塞泵连接。
8.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统通过所述第一加载位与所述发动机连接时，所述动力系统还包括第一传动轴，所述第一传动轴一端与所述发动机的第二取力口连接，另一端通过所述第一加载位连接于所述加载系统。
9.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统通过所述第二加载位与所述液氮柱塞泵连接时，所述动力系统还包括分动箱，所述分动箱包括一个输入口及两个输出口，所述分动箱的输入口与所述变速箱连接，所述分动箱的一个所述输出口与所述液氮柱塞泵连通，另一所述输出口通过所述第一加载位连接于所述加载系统。
10.根据本技术的一实施方式，其中所述动力系统包括第二传动轴及第三传动轴，所述第二传动轴连接于所述变速箱与所述分动箱输入口之间，所述第三传动轴连接于所述分动箱输出口与所述液氮柱塞泵之间。
11.根据本技术的一实施方式，其中所述动力系统还包括液压系统，所述变速箱通过
取力器与所述液压系统连接。
12.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统通过所述第二加载位与所述液氮柱塞泵连接时，所述动力系统还包括散热件，所述加载系统通过所述第二加载位与所述液氮柱塞泵连接，所述发动机的第二取力口连接所述散热件。
13.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统通过所述第一加载位与所述发动机连接时，所述动力系统还包括散热件，所述液压系统的输出口连接于所述散热件。
14.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统包括水刹车加载或液压马达加载。
15.根据本技术的另一方面，提供一种热回收液氮设备，包括上述任一实施方式所述的热回收液氮设备的动力系统。
16.由上述技术方案可知，本技术的一种热回收液氮设备的动力系统及热回收液氮设备的优点和积极效果在于：
17.将所述发动机的第一取力口与所述变速箱连接，通过所述变速箱与所述液氮柱塞泵连接，在时使用时，可直接通过所述变速器，将提高所述发动机向所述液氮柱塞泵的输出动力，即可有效提高所述液氮柱塞泵的输出压力；另一方面，所述加载系统与所述发动机连接，在使用时，可通过所述加载系统提高所述发动机的输出动力，同时可通过所述加载系统进一步提高整个系统的动能，进而提高动能系统的输出热能，最终作为液氮蒸发为氮气的热源，有效降低系统能耗。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术实施例提供的一种热回收液氮设备的动力系统中第一加载位的设备连接原理结构示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种热回收液氮设备的动力系统中第二加载位的设备连接原理结构示意图。
22.其中：
23.10、发动机；11、第一取力口；12、第二取力口；
24.20、变速箱；
25.30、加载系统；31、第一加载位；32、第二加载位；
26.40、液氮柱塞泵；50、第一传动轴；
27.60、分动箱；61、输入口；62、输出口；
28.70、第二传动轴；80、第三传动轴；90、液压系统；100、散热件；110、第四传动轴；120、取力器。
具体实施方式
29.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。
30.现阶段氮气对油田作业有安全、高效、成功率高的特点，基于氮气密度低、稳定性好、易压缩等特点，它在油田增产作业、天然气开采以及煤层气开采的方面有着广泛的应用。油田增产作业方面主要应用于氮气气举、氮气置换、混气酸化、混气压裂、氮气垫测试、氮气正负压射孔等；天然气开采方面主要应用于氮气压裂；煤层气开采方面主要应用于以氮气驱替煤层气的储层改造技术。可见随着氮气在各行业的应用，液氮设备成为氮气作业的关键设备，用户对液氮设备的需求也会持续增加，市场潜力巨大。现有技术中目前的油气田开发过程中，氮气的应用越来越广泛，尤其是油气井的开发越来越多，为了使用多种作业工艺及工况，需要作业压力更高的液氮设备，也就是需要液氮柱塞泵40的输出压力更高的液氮设备，现有的热回收式的液氮设备在使用的过程中，虽然能耗减低，但液氮柱塞泵40的输出压力较小，不满足使用需求。
31.为解决现有技术中热回收式的液氮设备中液氮柱塞泵40的输出压力较低的技术问题，根据本技术的一个方面，提供了一种热回收液氮设备的动力系统，包括，发动机10、变速箱20、加载系统30及液氮柱塞泵40，所述发动机10的第一取力口11与所述变速箱20连接，所述变速箱20与所述液氮柱塞泵40连接，所述加载系统30与所述发动机10连接。
32.首先由于将所述发动机10的第一取力口11与所述变速箱20连接，通过所述变速箱20与所述液氮柱塞泵40连接，在时使用时，可直接通过所述变速器，将提高所述发动机10向所述液氮柱塞泵40的输出动力，即可有效提高所述液氮柱塞泵40的输出压力，与现有的热回收式的液氮设备相比，无需通过油缸变量柱塞泵等驱动所述液氮柱塞泵40，而是使发动机10通过所述变速箱20直接驱动所述液氮柱塞泵40，以显著提高液氮柱塞泵40的输出压力，以灵活地应对不同的使用需求；
33.其次使所述加载系统30与所述发动机10连接，在使用时，可通过所述加载系统30提高所述发动机10的输出动力，同时可通过所述加载系统30进一步提高整个系统的动能，进而提高动能系统的输出热能，最终作为液氮蒸发为氮气的热源，有效降低系统能耗，加载系统30驱动所述发动机10，用于提高所述发动机10的负载，同时通过所述加载系统30将整个动力系统的动能转化为热能，以此部分热能转化为液氮蒸发为氮气的热源，进而一方面提高整个动力系统的热回收利用效率，另一方面，可有效提高发动机10的输出动力，进一步的提高所述液氮柱塞泵40的输出压力。
34.采用上述实施方式的动力系统，可实现提升液氮柱塞泵40输入扭矩，使液氮柱塞泵40排出压力由现有的15000psi提升至20000psi，以满足不同情况下的使用需求。
35.在一实施例中，根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30包括水刹车加载或液压马达加载，并通过现有技术中的连接方式与所述发动机10直接或间接传动连接。
36.参考图1-图2所示，根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30包括第一加载位31，所述第一加载位31连接于所述发动机10的第二取力口12，所述加载系统30通过所述第一加载位31于所述发动机10连接；或，
37.所述加载系统30包括第二加载位32，所述第二加载位32连接于所述变速箱20与所述柱塞泵之间，所述加载系统30通过所述第二加载位32与所述液氮柱塞泵40连接。
38.在一个实施例中，参考图1所示，所述加载系统30通过所述第一加载位31于所述发动机10的第二取力口12直接连接，进而，可通过所述加载系统30直接连接所述发动机10，提高所述发动机10的负载。
39.作为示例，可在所述第一加载位31与所述发动机10的所述第二取力口12直接设置第四传动轴110，通过所述第四传动转轴提高所述加载系统30与所述发动机10之间传动的稳定性。
40.参考图2所示，所述加载系统30包括第二加载位32，所述加载系统30通过所述第二加载位32与所述发动机10间接地连接，进而，可通过所述变速箱20可调整所述加载系统30的加载功率，提高实际使用过程中的灵活性，进而，通过所述加载系统30的加载功率对整个系统的余热回收总量进行调整，以满足更多的使用环境。
41.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30通过所述第一加载位31与所述发动机10连接时，所述动力系统还包括第一传动轴50，所述第一传动轴50一端与所述发动机10的第二取力口12连接，另一端通过所述第一加载位31连接于所述加载系统30，通过所述第一传动轴50，可使所述变速箱20稳定地传动连接于所述液氮柱塞泵40，提高所述变速箱20对所述液氮柱塞泵40的调整精度。
42.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30通过所述第二加载位32与所述液氮柱塞泵40连接时，所述动力系统还包括分动箱60，所述分动箱60包括一个输入口61及两个输出口62，所述分动箱60的输入口61与所述变速箱20连接，所述分动箱60的一个所述输出口62与所述液氮柱塞泵40连通，另一所述输出口62通过所述第一加载位31连接于所述加载系统30。参考图2所示，由于所述变速箱20与所述分动箱60的输入口61传动连接，通过分动箱60对所述变速箱20的输出动力进行划分，可通过所述分动箱60的多个输出口62与多种设备连接，以应对不同的是使用需求。
43.作为示例，使所述分动箱60的一个输出口62与所述加载系统30连接，一个所述输出口62与所述液氮柱塞泵40连接，以通过所述分动箱60进一步的提高所述加载系统30的加载功率及向所述液氮柱塞泵40的输出动力之间的比例，进而，在提高整体动力系统稳定的基础上，还可提高系统使用过程中的灵活性。
44.根据本技术的一实施方式，其中所述动力系统包括第二传动轴70及第三传动轴80，所述第二传动轴70连接于所述变速箱20与所述分动箱60输入口61之间，所述第三传动轴80连接于所述分动箱60输出口62与所述液氮柱塞泵40之间。通过所述第二传动轴70提高所述变速箱20与所述分动箱60之间动力传动过程中的稳定性，通过所述第三传动轴80提高所述分动箱60与所述液氮柱塞泵40之间传动连接的稳定性。
45.根据本技术的一实施方式，其中所述动力系统还包括液压系统90，所述变速箱20通过取力器120与所述液压系统90连接。
46.作为示例，所述液压系统90可包括液压泵，所述液压系统90内可包括多个变量柱塞泵，用于为动力系统中的液氮离心泵、冷却液离心泵、蓄能器、液动旋塞阀等提供动力。通过所述取力器120在所述变速箱20的另一端对所述液压系统90的液压驱动力进行调节，可确保在不影响其他设备使用需求的同时，通过所述第二加载位32连接的加载系统30提高所述发动机10的负载，增加整个动力系统的热回收功率，通过所述变速箱20调整发动机10向所述液压系统90与所述液氮柱塞泵40输出动力的比例，以便于调整各个设备的使用需求。
47.根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30通过所述第二加载位32与所述液氮柱塞泵40连接时，所述动力系统还包括散热件100，所述加载系统30通过所述第二加载位32与所述液氮柱塞泵40连接，所述发动机10的第二取力口12连接所述散热件100。参考图2所示，在此实施例中，通过所述发发动机10的第二取力口12直接驱动所述散热件100对整个所述动力系统的温度进行调整，避免系统温度过高引起的系统安全问题，提高整个系统在使用过程中的安全性。
48.作为示例，所述散热件100可设置为水散，所述发动机10的第二取力口12可通过皮带传动的形式与驱动所述水散的风扇运转，用于对所述发动机10的缸套水、中冷水、燃油等进行散热。
49.在另一实施例中，根据本技术的一实施方式，其中所述加载系统30通过所述第一加载位31与所述发动机10连接时，所述动力系统还包括散热件100，所述液压系统90的输出口62连接于所述散热件100。参考图1所示，通过液压系统90带动所述散热件100向为整个所述动力系统散热，避免系统温度过高引起的安全问题，提高整个系统在使用过程中的安全性。
50.本技术为解决解决现有热回收式液氮设备输出压力小的技术问题，打破常用的热回收式液氮设备的动力系统形式，通过图1及图2的连接方式，将加载系统30与所述发动机10传动连接，提高发动机10的负载，所述发动机10直接驱动所述液氮柱塞泵40，进而提高所述液氮柱塞泵40的输入扭矩，可实现将所述液氮柱塞泵40排出压力达到20000psi的使用需求，以灵活应对不同的使用调节。
51.在一实施例中：参考图1所示，发动机10驱动分动箱60，分动箱60驱动加载系统30、液压马达等，满足各个系统的动力需求。
52.1)发动机10输出口62与变速箱20直连，驱动变速箱20运转；变速箱20与液氮柱塞泵40之间通过第一传动轴50连接，将动力传至液氮柱塞泵40，满足液氮柱塞泵40的动力需求；
53.2)发动机10前输出口62(相当于第二取力口12)通过第四传动轴110驱动加载系统30，加载形式包括水刹车加载、液压马达加载等，用于提升发动机10的负载，同时将动能转化为热能，成为液氮蒸发为氮气的热源之一；加载功率≥200hp。
54.3)变速箱20的取力口连接取力器120，用于为整个液压系统90提供动力，液压系统90为液氮离心泵、冷却液离心泵、蓄能器、液动旋塞阀等提供动力；另增加驱动水散风扇马达(相当于散热件100)，用于对发动机10缸套水、中冷水、燃油等进行散热。
55.在另一实施例中：
56.参考图2所示，1)发动机10输出口62(相当于第一取力口11)与变速箱20直连，驱动变速箱20运转；变速箱20与分动箱60、分动箱60与液氮柱塞泵40之间通过第三传动轴80连接，将动力传至液氮柱塞泵40，满足液氮柱塞泵40的动力需求；
57.2)发动机10前输出口62通过皮带传动的形式驱动水散的风扇(相当于散热件100)运转，用于对发动机10缸套水、中冷水、燃油等进行散热；
58.3)变速箱20取力口连接取力器120，用于为整个液压系统90提供动力，液压系统90为液氮离心泵、冷却液离心泵、蓄能器、液动旋塞阀等提供动力；
59.4)分动箱60的另一输出口62用于连接加载系统30，加载形式包括水刹车加载、液
压马达加载等，用于提升发动机10的负载，同时将动能转化为热能，成为液氮蒸发为氮气的热源之一；加载功率≥200hp。
60.根据本技术的另一方面，提供一种热回收液氮设备，包括上述任一实施方式所述的热回收液氮设备的动力系统。
61.需要说明的是，在本文中，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。
62.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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。