本發(fā)明涉及壓差發(fā)電，尤其涉及一種多級膨脹機壓差發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術：

1、在天然氣開采、處理與運輸?shù)倪^程中，存在許多降壓環(huán)節(jié)，從井口采出的天然氣壓力為10～20mpa，管道運輸中輸入管道的天然氣壓力為10mpa，輸送至城市門站的天然氣壓力約為4～6mpa，再由城市門站降壓至0.8mpa以下輸送至天然氣終端用戶，這些過程中產(chǎn)生了大量的壓力能損失，天然氣行業(yè)中通常使用膨脹機回收調(diào)壓過程中高壓天然氣所損失的壓力能，然而，由于每個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的壓降并不相同以及每種膨脹機的運行工況各不相同。為了高效的回收壓力能，則需要根據(jù)不同調(diào)壓工況匹配不同形式與大小的膨脹機，甚至特定工況下需要重新設計膨脹機，才能充分回收天然氣調(diào)壓所損失的壓力能，這不僅導致壓力能回收成本升高，還會增加壓力能回收過程膨脹機選型的復雜度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

2、為此，本發(fā)明實施例提出了一種多級膨脹機壓差發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多級自由柱塞膨脹機與壓力繼電器組合的形式，使得每一級膨脹機組輸出的液壓能并聯(lián)后進入同一管道流向液壓馬達，避免每一級均安裝發(fā)電機，節(jié)約了成本，氣體壓力能夠得到充分利用，增加了壓力能回收效益。

3、為達到上述目的，本發(fā)明實施例提出了一種多級膨脹機壓差發(fā)電系統(tǒng)，包括：n級膨脹機組和發(fā)電機組；其中，各級所述膨脹機組均包括自由柱塞膨脹機、壓力繼電器和三位三通電磁閥，所述膨脹機組用于在對高壓氣體進行膨脹降壓過程中向所述發(fā)電機組輸出機械能；其中，所述第一級自由柱塞膨脹機的進氣端與高壓氣體輸入端連接，第i級自由柱塞膨脹機的出氣端與第i個壓力繼電器和第i個三位三通電磁閥的進氣端連接，第(i+1)級自由柱塞膨脹機的進氣端與第i個三位三通電磁閥的第一工作端連接，n個所述三位三通電磁閥的第二工作端均與低壓氣體輸出端連接；n個所述壓力繼電器用于監(jiān)測各級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力；其中，如果第i個壓力繼電器檢測到第i級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力高于對應的預設壓力閾值，則控制第i個三位三通電磁閥的第一工作端與第i級自由柱塞膨脹機的進氣端連通，以將第i級自由柱塞膨脹機的出氣端排出的氣體進入第(i+1)級自由柱塞膨脹機；如果第i個壓力繼電器檢測到第i級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力不高于對應的預設壓力閾值，則控制第i個三位三通電磁閥的第二工作端與第i級自由柱塞膨脹機的出氣端連通，以將通過第i級自由柱塞膨脹機膨脹降壓處理后的氣體通過所述低壓氣體輸出端排出；發(fā)電機組，所述發(fā)電機組與各級自由柱塞膨脹機的能量輸出端連接，用于將所述膨脹機組輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能；其中，n為大于或等于2的正整數(shù)，i為大于或等于1的正整數(shù)，且n＞i。

4、本發(fā)明實施例的多級膨脹機壓差發(fā)電系統(tǒng)包括：包括：n級膨脹機組和發(fā)電機組；其中，各級膨脹機組均包括自由柱塞膨脹機、壓力繼電器和三位三通電磁閥，膨脹機組用于在對高壓氣體進行膨脹降壓過程中向發(fā)電機組輸出機械能；其中，第一級自由柱塞膨脹機的進氣端與高壓氣體輸入端連接，第i級自由柱塞膨脹機的出氣端與第i個壓力繼電器和第i個三位三通電磁閥的進氣端連接，第(i+1)級自由柱塞膨脹機的進氣端與第i個三位三通電磁閥的第一工作端連接，n個三位三通電磁閥的第二工作端均與低壓氣體輸出端連接；n個壓力繼電器用于監(jiān)測各級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力；其中，如果第i個壓力繼電器檢測到第i級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力高于對應的預設壓力閾值，則控制第i個三位三通電磁閥的第一工作端與第i級自由柱塞膨脹機的進氣端連通，以將第i級自由柱塞膨脹機的出氣端排出的氣體進入第(i+1)級自由柱塞膨脹機；如果第i個壓力繼電器檢測到第i級自由柱塞膨脹機的出氣端的氣體壓力不高于對應的預設壓力閾值，則控制第i個三位三通電磁閥的第二工作端與第i級自由柱塞膨脹機的出氣端連通，以將通過第i級自由柱塞膨脹機膨脹降壓處理后的氣體通過低壓氣體輸出端排出；發(fā)電機組，發(fā)電機組與各級自由柱塞膨脹機的能量輸出端連接，用于將膨脹機組輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能。由此，該系統(tǒng)采用多級自由柱塞膨脹機與壓力繼電器組合的形式，使得每一級輸出的液壓能并聯(lián)后進入同一管道流向液壓馬達，避免每一級均安裝發(fā)電機，節(jié)約了成本，氣體壓力能得到充分利用，增加了壓力能回收效益。

5、另外，本發(fā)明實施例提出的多級膨脹機壓差發(fā)電系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征：

6、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，各級所述膨脹機組還包括：

7、n個第一單元，第i個第一單元對應控制第i級自由柱塞膨脹機中的自由柱塞，以使第i級自由柱塞膨脹機在運作過程中自由柱塞按照預定行程進行回程運動；

8、n個第二單元，第i個第二單元對應控制第i級自由柱塞膨脹機的能量回收腔內(nèi)的油液流動方向，以使第i級自由柱塞膨脹機中的油液在能量回收過程中按照預定方向流動。

9、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第i個第一單元包括：

10、第一蓄能器，所述第一蓄能器用于儲存和釋放能量；

11、壓力表，所述壓力表與所述第一蓄能器連接，所述壓力表用于監(jiān)測所述第一蓄能器內(nèi)的壓力；

12、液壓泵，所述液壓泵的一端通過第一單向閥與第一蓄能器連接，所述液壓泵的另一端與第一油箱連接，所述液壓泵用于提供和調(diào)節(jié)壓力；

13、第一溢流閥，所述第一溢流閥設置于所述第一蓄能器與所述液壓泵的另一端之間，用于對流出第一蓄能器液體的壓力進行限制；

14、第一二位二通電磁閥，所述第一二位二通電磁閥的一端連接所述第一蓄能器，所述第一二位二通電磁閥的另一端連接第i級自由柱塞膨脹機的高壓進液端，用于控制液壓流體向第i級自由柱塞膨脹機的供給；

15、第二單向閥，所述第二單向閥連接在所述第一蓄能器與第i級自由柱塞膨脹機的第一能量回收端，以防止流體逆流；

16、第一油箱，作為油液儲存和回收裝置，接收來自所述液壓泵和所述第一溢流閥的回流油液；

17、其中，所述第一單元通過控制液壓泵的輸出壓力和流量，結(jié)合第一蓄能器的能量儲存與釋放功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)，通過所述第一二位二通電磁閥和所述第二單向閥的配合使用，控制液壓流體向第i級自由柱塞膨脹機供給的方向和流量，實現(xiàn)對第i級自由柱塞膨脹機中自由柱塞回程的控制。

18、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第i個第二單元包括：

19、第三單向閥和第二油箱，所述第三單向閥設置在第i級自由柱塞膨脹機的第二能量回收端與所述第二油箱之間；

20、其中，所述第二單元通過對所述第三單向閥進行控制，以使第i級自由柱塞膨脹機的能量回收腔內(nèi)油液按照預定方向流動，實現(xiàn)能量的回收和轉(zhuǎn)換。

21、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第i個第二單元還包括：

22、第四單向閥，所述第四單向閥設置在所述發(fā)電機組和第i級自由柱塞膨脹機的能量輸出端之間。

23、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一級膨脹機組還包括：

24、第二二位二通電磁閥，所述第二二位二通電磁閥的一端與所述第一級自由柱塞膨脹機的進氣端連接，所述第二二位二通電磁閥的另一端與高壓氣體輸入端連接，所述第二二位二通電磁閥用于控制從所述高壓氣體輸入端進入所述第一級自由柱塞膨脹機內(nèi)部的高壓氣體的流量。

25、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述發(fā)電機組包括：

26、流量計，流量計用于監(jiān)測進入發(fā)電機組的流體流量；

27、第二蓄能器，所述第二蓄能器用于儲存和釋放能量；

28、壓力傳感器，所述壓力傳感器用于實時監(jiān)測第二蓄能器內(nèi)的壓力；

29、第二溢流閥，所述第二溢流閥設置在所述第二蓄能器與所述第三油箱之間，用于對流出所述第二蓄能器的壓力進行限制；

30、液壓馬達，所述液壓馬達用于接收來自自由柱塞膨脹機并通過第二蓄能器調(diào)節(jié)后的液壓能，并將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能；

31、扭矩傳感器，所述扭矩傳感器設置在液壓馬達的輸出軸上，用于測量并傳輸液壓馬達的扭矩信息；

32、發(fā)電機，所述發(fā)電機連接在液壓馬達的輸出端，用于將機械能轉(zhuǎn)換為電能；

33、第三油箱，所述第三油箱作為油液儲存和回收裝置，接收來自所述第二溢流閥和所述液壓馬達的回流油液。

34、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述氣體為天然氣。

35、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。