本實(shí)用新型涉及余壓發(fā)電及冷能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣壓力能回收利用的膨脹發(fā)電及冷能利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國家天然氣管網(wǎng)的天然氣在管道輸送過程中，始終維持著較高的壓力，其壓力一般在10MPa左右。國家天然氣管網(wǎng)的天然氣輸送至各大城市管網(wǎng)及工業(yè)用戶，其主要通過各大城市管網(wǎng)的調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)降壓，一般從10MPa降低至4.0MPa左右，降壓后的天然氣再通過各大城市管網(wǎng)的城市門站調(diào)壓至0.4MPa后，輸送到終端用戶。在天然氣調(diào)壓站的降壓過程中，具有巨大的壓力能及冷能可以利用，與此同時，降壓之后的管道天然氣的溫度低于-20℃，必須要對天然氣進(jìn)行補(bǔ)熱，以保證通過城市門站的調(diào)壓后的天然溫度高于5℃。目前的調(diào)壓站是通過調(diào)壓閥門降低天然氣的壓力，同時，通過燃燒天然氣給管道中的天氣進(jìn)行加熱，其浪費(fèi)了大量的壓力能、冷能及熱能，如果能通過一種方式將該壓力能和冷能回收利用，將具有非常大的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

由于天然氣的工作壓力高，密封性要求嚴(yán)格，禁止泄漏，機(jī)體的強(qiáng)度要求高，現(xiàn)有的技術(shù)中很難找到一種適用的動力機(jī)械進(jìn)行能量回收。而螺桿膨脹機(jī)是一種由高壓氣體驅(qū)動螺桿的陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動力機(jī)械，其核心部件為一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，決定了螺桿膨脹機(jī)適合于天然氣壓力能的回收進(jìn)行發(fā)電，其是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的專門回收天然氣壓力能進(jìn)行發(fā)電的高新技術(shù)。

采用螺桿膨脹機(jī)對壓力能回收后，天然氣的溫度也會降低至-20℃以下，膨脹后的低溫天然氣具有巨大的冷能，如何將該冷能利用，同時，又可以將膨脹后的天然氣溫度升至5℃以上，是天然氣壓力能及冷能回收利用中的又一大難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的天然氣調(diào)壓站調(diào)壓后的壓力能和冷能無法利用，與此同時，又需要浪費(fèi)大量的天然氣進(jìn)行燃燒補(bǔ)熱的問題，提供了一種天然氣壓力能回收利用的膨脹發(fā)電及冷能利用系統(tǒng)。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種天然氣壓力能回收利用的膨脹發(fā)電及冷能利用系統(tǒng)，其特征在于：包括螺桿膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、預(yù)熱換熱器、級間換熱器、熱泵機(jī)組、一級油氣分離器、二級油氣分離器、換熱器和制冰機(jī)組；所述的發(fā)電機(jī)與螺桿膨脹機(jī)通過聯(lián)軸器設(shè)置在一起，所述的預(yù)熱換熱器的氣體進(jìn)口接頭通過管路與天然氣管道連接，所述的預(yù)熱換熱器的氣體出口接頭與螺桿膨脹機(jī)的一級進(jìn)氣口連接；所述的螺桿膨脹機(jī)的一級排氣口與級間換熱器的氣體入口接頭連接，級間換熱器的氣體出口接頭與螺桿膨脹機(jī)的二級進(jìn)氣口連接；級間換熱器的載冷劑進(jìn)出口接頭通過管道與熱泵機(jī)組的載冷劑進(jìn)出口接頭連接；所述的螺桿膨脹機(jī)的二級排氣口與一級油氣分離器的進(jìn)氣口連接；一級油氣分離器的排氣口與二級油氣分離器的進(jìn)氣口連接；二級油氣分離器的排氣口與換熱器的進(jìn)氣口通過管道連接，換熱器的載冷劑進(jìn)出口接頭與制冰機(jī)組的載冷劑進(jìn)出口接頭連接；

所述的螺桿膨脹機(jī)至少設(shè)置有一臺。

所述的二級油氣分離器的回油接口和一級油氣分離器的二次回油接口通過油管連接，所述的一級油氣分離器和二級油氣分離器的出油口與油泵的進(jìn)油口設(shè)置在一起。

所述的一級油氣分離器的儲油槽與油粗過濾器的進(jìn)口連接，油粗過濾器的排油口與油加熱器的進(jìn)口連接。

所述的油泵的排油口與油精過濾器連接，油精過濾器的排油口與油壓調(diào)節(jié)閥連接。

所述的油壓調(diào)節(jié)閥排油口與螺桿膨脹機(jī)的供油口連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：

本實(shí)用新型具有壓力能回收效率高、冷能利用效率高、利用空氣源進(jìn)行補(bǔ)熱、整體利用效率高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，其可廣泛應(yīng)用于各級天然氣的城市門站的調(diào)壓系統(tǒng)中的壓力能及冷能回收利用，具有非常大的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為螺桿膨脹劑的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說明，1- 螺桿膨脹機(jī)、2-發(fā)電機(jī)、3-預(yù)熱換熱器、4-級間換熱器、5-熱泵機(jī)組、6-一級油氣分離器、7-二級油氣分離器、8-換熱器、9-制冰機(jī)組、10-油粗過濾器、11-油加熱器、12-油泵、13-油精過濾器、14-油壓調(diào)節(jié)閥、15-一級機(jī)體、16-一級吸氣端座、17-二級機(jī)體、18-二級吸氣端座、19-一級機(jī)體壓蓋、20-一級陽轉(zhuǎn)子、21-一級陰轉(zhuǎn)子、22-二級陽轉(zhuǎn)子、23-二級陰轉(zhuǎn)子、24-圓柱滾子軸承一、25-一級平衡活塞、26-一級油缸套、27-一級迷宮密封套、28-圓柱滾子軸承二、29-單列角接觸軸承一、30-單列角接觸軸承二、31-鎖緊圓螺母一、32-聯(lián)軸節(jié)組件、33-二級迷宮密封套、34-圓柱滾子軸承二、35-四點(diǎn)接觸球軸承、36-鎖緊圓螺母二、37-二級陰轉(zhuǎn)子軸承壓蓋、38-二級吸氣端壓蓋一、39-二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋、40-O型密封圈、41-軸封安裝套、42-軸封一、43-軸封軸套、44-機(jī)械密封組件、45-軸封二、46-二級吸氣端壓蓋二、47-圓柱滾子軸承三、48-二級平衡活塞、49-二級油缸套，50-單列角接觸軸承三。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本設(shè)計做詳細(xì)描述：

參見圖1：一種天然氣壓力能回收利用的膨脹發(fā)電及冷能利用系統(tǒng)，包括螺桿膨脹機(jī)1、發(fā)電機(jī)2、預(yù)熱換熱器3、級間換熱器4、熱泵機(jī)組5、一級油氣分離器6、二級油氣分離器7、換熱器8和制冰機(jī)組9；所述的發(fā)電機(jī)2與螺桿膨脹機(jī)1通過聯(lián)軸器設(shè)置在一起；

所述的預(yù)熱換熱器3的氣體進(jìn)口接頭通過管路與天然氣管道連接，所述的預(yù)熱換熱器3的氣體出口接頭通過管路與螺桿膨脹機(jī)1的一級進(jìn)氣口連接；對來自于天然氣管道中的天然氣進(jìn)行預(yù)熱加熱，預(yù)熱后的天然氣進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)1；所述的螺桿膨脹機(jī)1的一級排氣口通過管路與級間換熱器4的氣體入口接頭連接，級間換熱器4的氣體出口接頭通過管路與螺桿膨脹機(jī)1的二級進(jìn)氣口連接；級間換熱器4的載冷劑進(jìn)出口接頭通過管路與熱泵機(jī)組5的載冷劑進(jìn)出口接頭連接，級間換熱器4內(nèi)的載冷劑通過管道輸送到熱泵機(jī)組5內(nèi)，熱泵機(jī)組5將空氣中的熱量輸送給級間換熱器4內(nèi)的天然氣，已達(dá)到給天然進(jìn)行補(bǔ)熱升溫的目的；所述的螺桿膨脹機(jī)1的二級排氣口與一級油氣分離器6的進(jìn)氣口連接；一級油氣分離器6對天然氣與油的混合物進(jìn)行粗效分離過濾；一級油氣分離器6的排氣口與二級油氣分離器7的進(jìn)氣口連接；二級油氣分離器7對天然氣與油的混合物進(jìn)行精密分離過濾，使得天然氣中的潤滑油含量小于1mg/Nm3；二級油氣分離器7的排氣口與換熱器8的進(jìn)氣口通過管道連接，換熱器8的載冷劑進(jìn)出口接頭通過管路與制冰機(jī)組9的載冷劑進(jìn)出口接頭連接，換熱器8內(nèi)部的載冷劑通過管道輸送到制冰機(jī)組9內(nèi)，制冰機(jī)組9吸收換熱器8內(nèi)的冷量，進(jìn)行制冰；

所述的二級油氣分離器7的回油接口和一級油氣分離器6的二次回油接口通過油管連接，所述的一級油氣分離器6和二級油氣分離器7的出油口與油泵12的進(jìn)油口設(shè)置在一起。

一級油氣分離器6的儲油槽與油粗過濾器10的進(jìn)口連接，油粗過濾器10的排油口與油加熱器11的進(jìn)口連接；

一級油氣分離器6內(nèi)部儲油槽的潤滑油進(jìn)入油粗過濾器10的進(jìn)口處，油粗過濾器10對潤滑油中的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行粗過濾；所述的油粗過濾器10的排油口與油加熱器11的進(jìn)口設(shè)置在一起，油加熱器11內(nèi)部的載冷劑對潤滑油進(jìn)行升溫；所述的油加熱器11的排油口與油泵12的進(jìn)油口設(shè)置在一起，油泵12對潤滑油進(jìn)行升壓至設(shè)定壓力；所述的油泵12的排油口與油精過濾器13連接，所述的油精過濾器13對潤滑油中的微細(xì)顆粒雜質(zhì)進(jìn)行精密過濾；所述的油精過濾器13的排油口與油壓調(diào)節(jié)閥14連接，油壓調(diào)節(jié)閥14調(diào)節(jié)進(jìn)入膨脹螺桿機(jī)1的潤滑油壓力，所述的油壓調(diào)節(jié)閥14排油管路中的潤滑油分別進(jìn)入膨脹螺桿機(jī)1的供油口，對膨脹螺桿機(jī)1進(jìn)行潤滑及提供油壓。

所述的螺桿膨脹機(jī)1至少設(shè)置有一臺，一臺實(shí)現(xiàn)兩級或多級膨脹，多臺實(shí)現(xiàn)兩級或多級膨脹，多臺時每臺螺桿膨脹機(jī)串聯(lián)在一起。

螺桿膨脹機(jī)包括一級機(jī)體15、一級吸氣端座16、二級機(jī)體17和二級吸氣端座18，所述的一級機(jī)體15和二級機(jī)體18均為空心殼體，一級機(jī)體15的一級吸氣端16與二級機(jī)體17連接，一級機(jī)體15的另一端設(shè)置有一級機(jī)體壓蓋19，二級機(jī)體17的另一端設(shè)置有二級吸氣端座18，所述的二級吸氣端座18上設(shè)置有二級吸氣端壓蓋一38和二級吸氣端壓蓋二46；

一級機(jī)體15內(nèi)設(shè)置有一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21，所述的一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21相對設(shè)置成圓柱狀，一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的兩側(cè)軸分別設(shè)置于一級機(jī)體15和一級吸氣端座16內(nèi)，一級陽轉(zhuǎn)子20的排氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上依次設(shè)置有圓柱滾子軸承一24、一級平衡活塞25，所述的一級平衡活塞25的圓周上設(shè)置有一級油缸套26，一級陰轉(zhuǎn)子21的排氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有圓柱滾子軸承一24；所述的圓柱滾子軸承一24主要用于承受一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的徑向氣體力；所述的一級平衡活塞25和一級油缸套26設(shè)置于圓柱滾子軸承一24的外側(cè)，一級平衡活塞25設(shè)置在一級陽轉(zhuǎn)子20的排氣側(cè)軸上，

所述的一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上分別依次設(shè)置有一級迷宮密封套27、圓柱滾子軸承二28、單列接觸球軸承一29、單列接觸球軸承二30和鎖緊圓螺母一31，所述的一級陽轉(zhuǎn)子20的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有單列接觸球軸承三50，所述的單列接觸球軸承三50設(shè)置于單列接觸球軸承二30的右側(cè)，所述的一級迷宮密封套27與一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的排氣側(cè)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)節(jié)流密封；圓柱滾子軸承二28設(shè)置于一級迷宮密封套27的外側(cè)，其主要用于承受一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的徑向氣體力，圓柱滾子軸承二28的外側(cè)設(shè)置有單列接觸球軸承一29和單列接觸球軸承二30，主要用于承受一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21的軸向氣體力；鎖緊圓螺母一31設(shè)置于單列接觸球軸承二30的外側(cè)，主要用于固定圓柱滾子軸承二28、單列接觸球軸承一29和單列接觸球軸承二30。

二級機(jī)體17內(nèi)設(shè)置有二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23，所述的二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23相對設(shè)置成圓柱狀；所述的二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的兩側(cè)軸分別設(shè)置于二級機(jī)體17和二級吸氣端座18內(nèi)；

二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置有二級迷宮密封套33、圓柱滾子軸承二34、四點(diǎn)接觸球軸承35和鎖緊圓螺母二36，所述的二級迷宮密封套33與二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)節(jié)流密封；圓柱滾子軸承二34設(shè)置于二級迷宮密封套33的外側(cè)，其主要用于承受二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的徑向氣體力，圓柱滾子軸承二34的外側(cè)設(shè)置有四點(diǎn)接觸球軸承35，主要用于承受二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的軸向氣體力；鎖緊圓螺母二36設(shè)置于四點(diǎn)接觸球軸承35的外側(cè)，主要用于固定圓柱滾子軸承二34和四點(diǎn)接觸球軸承35的內(nèi)圈；所述的二級陰轉(zhuǎn)子軸承壓蓋37設(shè)置于二級吸氣端座18內(nèi)，用于固定圓柱滾子軸承二34和四點(diǎn)接觸球軸承35的外圈；所述的二級吸氣端壓蓋一38設(shè)置于二級陰轉(zhuǎn)子軸承壓蓋37的外側(cè)，用于固定二級陰轉(zhuǎn)子軸承壓蓋37；

所述的二級陽轉(zhuǎn)子22的的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有機(jī)械密封組件44，二級吸氣端座18內(nèi)還設(shè)置有二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋39，二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋39設(shè)置于四點(diǎn)接觸球軸承35的右側(cè)，用于固定圓柱滾子軸承二34和四點(diǎn)接觸球軸承35的外圈，所述的二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋39的外圓周上設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有O型密封圈40，用于密封二級膨脹腔內(nèi)泄漏的氣體；二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋39的內(nèi)圓周上設(shè)置有軸封安裝套41，軸封安裝套41的內(nèi)圓周上設(shè)置有軸封一42，軸封一42設(shè)置于軸封軸套43上，軸封軸套43設(shè)置于二級陽轉(zhuǎn)子22的吸氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上，軸封一42與軸封軸套43接觸，用于密封二級膨脹腔內(nèi)泄漏的氣體；軸封軸套43的外側(cè)設(shè)置有機(jī)械密封組件44，用于密封二級膨脹腔內(nèi)泄漏的氣體；

所述的二級陽轉(zhuǎn)子22的排氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置有圓柱滾子軸承三47、二級平衡活塞48、二級油缸套49，二級陰轉(zhuǎn)子23的排氣側(cè)轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置有圓柱滾子軸承三47，所述的圓柱滾子軸承三42主要用于承受二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23的徑向氣體力；所述的二級平衡活塞48和二級油缸套49設(shè)置于圓柱滾子軸承三47的外側(cè)，二級平衡活塞48設(shè)置在二級陽轉(zhuǎn)子22的排氣側(cè)軸上，二級油缸套49設(shè)置在二級機(jī)體17內(nèi)部，所述的二級平衡活塞48布置在所述的二級油缸套49內(nèi)，所述的二級平衡活塞48在具有設(shè)定壓力的潤滑油的作用下，對二級陽轉(zhuǎn)子22施加設(shè)定的作用力，用于平衡二級陽轉(zhuǎn)子22所受到的氣體力作用，二級油缸套49設(shè)置在二級機(jī)體17內(nèi)部，所述的一級陽轉(zhuǎn)子20的吸氣端轉(zhuǎn)軸端部和二級陽轉(zhuǎn)子22的排氣端轉(zhuǎn)軸端部通過聯(lián)軸節(jié)組件32連接；所述的二級陽轉(zhuǎn)子軸承壓蓋39的外側(cè)設(shè)置有二級吸氣端壓蓋二46，用于固定二級吸氣端壓蓋二46；二級吸氣端壓蓋二46的內(nèi)圈內(nèi)設(shè)置有軸封二45，用于密封二級膨脹腔內(nèi)泄漏的氣體；

所述的一級平衡活塞25布置在所述的一級油缸套26內(nèi)，所述的一級平衡活塞25在具有設(shè)定壓力的潤滑油的作用下，對一級陽轉(zhuǎn)子20施加設(shè)定的作用力，用于平衡一級陽轉(zhuǎn)子20所受到的氣體力作用。

所述的二級平衡活塞48布置在所述的二級油缸套49內(nèi)。

所述的聯(lián)軸節(jié)組件32設(shè)置在二級平衡活塞48的外側(cè)和兩個單列接觸球軸承二30的外側(cè)。

所述的一級油缸套26設(shè)置在一級機(jī)體15內(nèi)部。

所述的二級陽轉(zhuǎn)子23吸氣端的轉(zhuǎn)軸伸出于二級吸氣端壓蓋二46。

本實(shí)用新型的工作過程：來自于天然氣管道的高壓天然氣進(jìn)入預(yù)熱加熱器3，經(jīng)過預(yù)熱后的高壓天然氣通過一級吸氣端座16上的進(jìn)氣口A進(jìn)入一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21組成的吸氣腔內(nèi)，完成一級進(jìn)氣過程；一級吸氣腔內(nèi)的高壓天然氣進(jìn)行一級膨脹，驅(qū)動一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21轉(zhuǎn)動，完成一級膨脹過程；在一級陽轉(zhuǎn)子20和一級陰轉(zhuǎn)子21轉(zhuǎn)動過程中，膨脹做功后的中間壓力壓天然氣通過一級機(jī)體15上的排氣孔口B排出，完成一級排氣過程；一級膨脹后的天然氣進(jìn)入級間換熱器4，由于一級膨脹后的天然氣的溫度降低，需要通過載冷劑液體吸收天然氣的冷量，級間換熱器4中的載冷劑液體輸送給熱泵機(jī)組5，熱泵機(jī)組5對級間換熱器4內(nèi)的天然氣進(jìn)行加熱，通過級間換熱器4的天然氣進(jìn)入二級吸氣端座18的吸氣孔口C中，進(jìn)入二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23組成的吸氣腔內(nèi)，完成二級進(jìn)氣過程；二級吸氣腔內(nèi)的中間壓力天然氣進(jìn)行二級膨脹，驅(qū)動二級陽轉(zhuǎn)子22和二級陰轉(zhuǎn)子23轉(zhuǎn)動，完成二級膨脹過程；在二級陰陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，中間壓力的天然氣膨脹做功后通過二級機(jī)體17上的排氣孔口D排出，完成二級排氣過程；通過膨脹螺桿機(jī)1的二級膨脹后的天然氣中含有大量的潤滑油，該油氣混合物需要進(jìn)行油氣分離凈化，一級油氣分離器6對天然氣油氣混合物進(jìn)行初級分離過濾，二級油氣分離器7對天然氣油氣混合物進(jìn)行精密分離過濾；過濾后的天然氣由于天然氣二級膨脹，溫度降低的原因，需要通過制冰機(jī)組9利用載冷劑的冷量進(jìn)行制冰（塊冰或片冰），換熱后的天然氣輸送至終端用戶；一級氣分離器6和二級油氣分離器7內(nèi)部的潤滑油以及分離下來的潤滑油通過管道匯集至油粗過濾器10內(nèi)進(jìn)行粗效過濾，攔截潤滑油中的大顆粒雜質(zhì)；粗效過濾后的潤滑油進(jìn)入油加熱器11中，通過載冷劑對潤滑油進(jìn)行加熱；加熱后的潤滑油通過油泵12加壓至設(shè)定壓力，加壓后的潤滑油通過油精過濾器13進(jìn)行精密過濾，攔截潤滑油中的微小顆粒；通過油壓調(diào)節(jié)閥14調(diào)壓后的潤滑油分別進(jìn)入膨脹螺桿機(jī)1的供油口，對膨脹螺桿機(jī)1進(jìn)行潤滑及提供油壓。

上述說明并非是對實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。