[发明专利]一种用于改善正位移膨胀机的操作的方法和装置

说明书

本发明涉及一种正位移膨胀机，尽管不限制，但尤其涉及涡旋膨胀机在连接到压缩空气的供给源且例如可被操作以驱动适于在电力电源出现故障的情况下提供备用电源的发电机时的操作。

当高压气体或蒸汽与低压气体或蒸汽的比率近似等于膨胀机的固有膨胀率时，实现了在正位移膨胀机膨胀的气体或蒸汽时的最大效率。这些膨胀机包括涡旋式、螺杆式和旋转叶片式膨胀机，而且也包括各种线性膨胀机。如果膨胀机在比膨胀机本身的压力比高很多的压力比下操作时，可以从膨胀机获得增加的转矩并因此获得增加的功率，但降低了膨胀机的等熵效率。相反地，当以相对较低的膨胀率操作时，气体或蒸汽会过度膨胀，这也会导致效率降低。

在一些使用旋转膨胀机的系统中，在膨胀之前，在极高的压力下存储气体，从而提供高密度的存储能量。通常，膨胀机的膨胀率处于2-1到6-1的范围内，例如，可以将存储气体设置为大约300巴，而膨胀机的预定进气口压力可以低到10巴，出口处的膨胀气体的压力降低到1巴，等于环境压力。因此，正常实践中，在高压气体进入膨胀机之前对其进行调节，从而不仅可以获得与膨胀机的压力比接近的压力比，而且可以保持在膨胀机本身的压力容限之内。对存储气体压力的预调节也意味工作势能的可观损失。

本发明的目的是使得在压力相对较低的膨胀装置中能够利用更多的高压气体或蒸汽的工作势能，并且在膨胀气体或蒸汽的压力比膨胀机的压力比更高时，产生增加的等熵效率。而且，意图取代传统用来控制膨胀装置的转矩或速度或功率输出的调节器和控制阀门的功能，从而可以增加这些装置的动态响应。

根据本发明，提供装置，包括正位移气体或蒸汽膨胀机、压缩气体或蒸汽的供给源、在供给源和膨胀机之间的至少一个流量控制阀门、以及控制装置，该控制装置启动流量控制阀门以确定从供给源到膨胀机的气体或蒸汽的流量；其特征在于，流量控制阀门是快速作用阀门，并且控制装置适于在膨胀机的每个操作周期中将预定体积的压缩气体或蒸汽传送给膨胀机。

压缩气体或蒸汽的供给源可以是至少一个含有在大大超出膨胀机可以容许压力的压力下的气体或蒸汽的储罐。

控制装置可适于在气室膨胀期间将一定体积的压缩气体或蒸汽传送到膨胀机的气室中，传送体积被确定为小于靠近进口处的气室的体积。

控制装置可适于实现流量控制阀门的脉冲操作。

控制装置可以是PWM微处理器，该PWM微处理器电连接到流量控制阀门，并且被编程为确定信号的时序和持续时间以实现流量控制阀门的脉冲操作。

PWM微处理器可适于接收表示膨胀机运行特性的数据，并按照这些数据来调节流量控制阀门的脉冲操作。

PWM微处理器可适于接收表示压缩气体或蒸汽的特性的数据。

PWM微处理器可适于接收表示由膨胀机驱动的装置的操作或特性的数据。

流量控制阀门可以被直接地且紧邻地连接到膨胀机进气口。

流量控制阀门可以被直接地连接到气体或蒸汽的供给源。

压力调节器可以设置在气体或蒸汽的供给源和流量控制阀门之间。

膨胀机可以是旋转设备。

膨胀机可以是涡旋式膨胀机。

被驱动的装置可以是适于在电力电源出现故障的情况下提供备用电源的发电机。

根据本发明的另一个方面，提供一种操作正位移膨胀机的方法，该膨胀机通过流量控制阀门连接到压缩气体或蒸汽的供给源，该方法包括在膨胀机的每个操作周期中使流量控制阀门将预定体积的加压气体或蒸汽传送到膨胀机的步骤。

可以在其膨胀期间将气体或蒸汽传送到膨胀机的气室中，并且传送体积小于靠近进口处的气室体积。

PWM微处理器以如此方式调节流量控制阀门的脉冲操作，以至于为了针对膨胀机的膨胀率将气体进行有效膨胀，对膨胀机的气室恰好被从进气口密封的点处的该气室中的压力进行优化。。

传送量可以小于靠近入口处的气室的体积。

流量控制阀门可以接收来自PWM微处理器的电信号以实现流量控制阀门的脉冲操作。

脉冲操作可以包括单脉冲以在膨胀机的每个操作周期中传送一袋气体或蒸汽。

脉冲操作可以包括多脉冲以在膨胀机的每个操作周期中传送多袋气体或蒸汽。

PWM微处理器可以接收表示膨胀机的工作特性的数据，并按照这些数据来调节流量控制阀门的脉冲操作。

PWM微处理器可以接收表示压缩气体或蒸汽的特性的数据，并按照这些数据来调节流量控制阀门的脉冲操作。

PWM微处理器可以接收表示由膨胀机驱动的装置的工作特性的数据，并按照这些数据来调节流量控制阀门的脉冲操作。