[发明专利]利用天然气管道中过剩压力发电的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源回收领域，特别是提取在天然气管道中以过剩压力形式存在的势能，用其进行发电的设备和方法。

发明背景

天然气通常在700-1000psia(绝对压强)的压力下在传输管道中传送。在城市入口站，通过压力调节器及控制阀，天然气的压力被减至150-200psia以输送到分配网，在分配网中天然气的压力再次被减至约50psia并供应给用户。但是，在传统的减压设备中，气体过剩压力的势能主要以废热的形式白白损失掉了。

对天然气管道中能源损耗这一问题的一个解决方法是Stewart &Stevenson最近研究出来的被称做“能量扩展器”(“Power expander”)的能源回收装置。能量扩展器在线设置并使高压气体通过其内的喷嘴以一定角度流向反击式汽轮机涡轮。该涡轮在气体压力的作用下旋转并通过与感应发电机联接的输出轴传送机械能。

当安装在每天连续流量2100万立方英尺、进气压力150psia、出气压力50psia的天然气输送道内时，能量扩展器的输出功率为382马力，即在压降为100psi时，功率为250kw。这就是说，该装置输出约3.82马力，即在气体压力每下降1psi时相应产生2.5kw功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种将气体压力转换成电能的设备和方法，它能充分利用气体管道中以过剩压力形式存在的势能。

根据本发明的用于发电同时降低管道中气体压力的设备，它包括：一个装满液体的容器，该容器包含一个基本竖直的第一部分和一个从第一部分向上倾斜的第二部分，每个部分都有顶端和底端，该容器还包含将第一和第二部分的顶端和底端连接起来的两个基本上水平的部分；一个安装在其中一个水平部分内与水平输出轴一起旋转的链轮；一个安装在另一个水平部分内且能旋转的惰轮；一个环绕着链轮和惰轮的环形驱动链；多个由驱动链带动的开口贮槽，每个贮槽安装在链上，使得当贮槽同驱动链一起向上运动通过第二部分时是开口朝下的，而当贮槽随驱动链一起向下运动通过第一部分时是开口朝上的；一个位于第二部分的底端下方的气体入口，以使至少一部分流入容器内的气体能够进入在第二部分内开口朝下的贮槽中并置换贮槽内的液体，这样就可以产生一个正的浮力以推动贮槽向上运动并使链轮及输出轴旋转，且还可以减小贮槽中气体的压力，当贮槽绕过链轮而翻转成开口朝上时，贮槽中的气体被释放并向上流向容器顶部；一个在第二部分的顶端上方与容器相连的气体出口。

在本发明的设备中，所述链轮的直径大于惰轮的直径，链轮被安装在将第一和第二部分的顶端连接起来的水平部分内并且能够旋转，而所述惰轮被安装在将第一和第二部分的底端连接起来的另一水平部分内并且也能够旋转。

在本发明的设备中，每个贮槽外侧都设有一个溢流通道，进入容器中的气体可通过此通道并进入下一个较高的贮槽内直到产生足够的浮力能使贮槽开始向上运动并使链轮旋转。

根据本发明的发电而同时将输送管道中天然气压力减至分配压力的方法，它包括以下步骤：使天然气在向外倾斜部分的下方注入充满液体的容器，以便被由环状驱动链带动的多个开口的贮槽所收集，环状链围绕着一个安装在容器内水平输出轴上并同该轴一起旋转的链轮，这样当贮槽在向外倾斜的部分内运动时其开口端朝下，当位于向外倾斜部分内的贮槽收集天然气时，从贮槽中被置换的液体将产生一个正的浮力以推动开口朝下的贮槽向上运动并使链轮和输出轴旋转，同时降低了贮槽内天然气的压力，当每个贮槽绕过链轮并翻转成口朝上时天然气被释放并向容器的上部流动；经容器顶部的出口收集释放的天然气并将其顺序地导入串联连接的其它这样充满液体的容器中，然后从中释放以使压力进一步降低直至从所述其它容器中的一个容器释放出的天然气的压力大约为适于分配的水平；将在每个容器中向上运动的贮槽的浮力转化为各容器的输出轴的旋转能。

本发明的装置能够降低天然气管道中的气体压力而同时又显著提高气体压力下降每psi时所能回收的能量。具体地讲，当气体压力由进气时的150psia被降至出气时的50psia时，本发明的装置拟提供约31.42马力，它将在每psi气压降的条件下产生22.14KW功率。

本发明的这些和其它目的、优点和特征对于本领域的技术人员而言，可以从本说明书和附图以及权利要求书中显而易见。

附图说明

在附图中：

图1是本发明所述发电设备的局部前视和局部剖面图；

图2是沿图1中2-2线截取的发电设备下部水平部分的剖视图；