[实用新型]一种活塞式气体功量交换装置

说明书

技术领域

本实用新型属于流体机械领域，涉及一种气体功量交换装置，尤其是一种利用飞轮和电机辅助推动的具有曲轴连杆结构的活塞式功量交换装置，该装置能提供运转平稳、规律可控的气体功量交换。

背景技术

过程工业中某些产品物流经常呈现为高压气流的物理状态，而原料物流会呈现低压气流的物理状态，高压气流具有一定的内能和流动功，具有能量利用和回收的潜力，而对低压气体增压会耗费机械功，如果将高压气体所蕴含的能量用来压缩并推动低压气体，将实现高压气流能量的回收利用。

目前已有的能量交换装置，有一些基于流体高温的特点，用来回收流体的能量，如换热器可以交换流体的内热能，流体间的温度差是交换的动力；涡轮机主要回收流体内能转化而来的流体膨胀后的能量，同样需要流体具有很高的温度来实现能量高效率的转换，如蒸汽轮机和燃气轮机。

也有能量交换装置利用一些流体具有的高压力的特点，如一些回转结构(如涡轮、转子、螺杆等)的膨胀机，用来回收流体降压膨胀过程的膨胀功。目前这类装置的应用领域在于有相变发生的场合，从液态到气态的体积剧烈膨胀更有利于能量的高效转化和回收。

目前，当在能量回收前是气体，能量回收后同样是气体的应用场合，其高压特性所蕴含的能量回收潜力并没有得到过多的关注。其一是单纯的气体膨胀毕竟不如相变过程具有更大的体积变化，使膨胀中转化的动能少，其二是待回收能量的气体可能是过程中下一阶段的原料，有压力(或温度)的需求，因此在回收能量的过程中压力(或温度)降低幅度受到限制，其能提供的膨胀功有限，使用膨胀机的效益受到置疑。

而过程工业中，如大型化工企业，其高压气体产物、副产物和中间产物具有流量大的特点，即使不考虑气体膨胀过程的功量回收，单是其气流所具有流动功就有巨大的能量蕴藏。因此，如何发明一种主要从高压气体流股的流动功中回收能量的装置，并具有运行稳定和过程可控的特点，也将具有节能的潜在意义。

发明内容

本实用新型的目的在于填补现有技术中的空白，提供一种利用飞轮和电机辅助推动的活塞式气体功量交换装置，使该装置直接从高压气体流股的流动功中回收功量，并不在意高压气体膨胀程度和压降幅度，同时能直接利用回收的功量将低压气体流股增压至接近高压气体所具有的高压压力。从流体流动功到机械(压缩)功，功量只经一步转化，高效率的回收流体因高压流动属性所蕴含的功量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：这种活塞式气体功量交换装置，包括气缸活塞组、曲轴、电动机和飞轮。所述曲轴上设置有多组连杆安装工位，每组连杆安装工位上均设置有一连杆以及与该连杆连接的气缸活塞组，所述气缸活塞组由一封闭的气缸以及设于气缸内的活塞和连接活塞中轴的活塞杆组成；气缸一端设有低压流体进、排气阀，另一端设有高压流体进、排气阀；所述活塞杆穿过气缸端盖并通过十字头和滑道装置与连杆连接；所述电动机与曲轴轴连接，所述飞轮同轴安装在曲轴一侧。

上述曲轴由轴承固定。

上述曲轴设有三组连杆安装工位。

进一步的，将各连杆上连接的气缸活塞组以曲轴周向间隔布置。

上述电动机通过离合器与曲轴连接。

综上所述，本实用新型采用气缸和活塞的组合作为两股气体流股的功量交换场所，在活塞往复运动的一个周期内，高压气体流股先推动活塞压缩低压气体，然后再推动被压缩后的低压气体离开气缸，其中在压缩环节，高压气体流股的流动功大于低压气体所需要的压缩功，会造成功量供需之间的波动，因此采用飞轮加曲轴连杆装置来间歇地进行蓄能和释放能量，使功量交换装置避免运行波动。为了适应刚启动时的启动功率的需求；或高压流体流动功有时不能提供足够的能量；或对低压流体有更高的压缩要求等，有时需要额外的辅助能量来协同压缩，因此采用电机来辅助推动装置运行，此电机提供的辅助功率远小于独立压缩同样低压气体所需要的压缩机功耗。多气缸对应一套曲轴连杆机构(多列交换)，由于曲轴上各曲柄均匀交错，曲轴受力得到更合理的平衡；气缸交错运行，总的进排气更似具有连续性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1为十字头和滑道装置；2为轴承；3为电动机；4为离合器；5为飞轮；6为曲轴；7为气缸；8为活塞；9为活塞杆；10为连杆。

具体实施方式