[实用新型]自由活塞式液体压力能量回收机

说明书

本实用新型涉及有压力流动液体能量回收利用装置，特别是涉及化学工程中化工液体能量的回收利用机械装置和水力工程机械装置。

在化工生产过程中，常常有要求在一定压力下使用某种液体洗涤净化某种工艺气体，洗涤了气体后的富液，又需要降低压力进行再生，使富液变成贫液，而贫液重新加压利用的工艺过程；有时还有需要从具有相当压力的系统中，分离出某种液体冷凝物的工艺过程。

任何一种流动的液体，当它处于压力较高时，总是比它处于压力较低时蓄有更多的势能，所以流动液体的降压过程，实际上是一个消除流动液体势能的过程，而静止的有压力液体一旦流动，压力即消失，故无势能，本文为了简化说明，下面所称液体都是指流动的液体。

在液体消能过程中所释放出的功率为N1＝（P1－P2）×Q×10⁶／（g×102）Kw（1）

式中N1－消能过程的理论功率    Kw

P1、P2－降压前、后液体的压力    MPa

Q－液体的体积流量 M³／S

g－重力加速度 9.8M／S²

102－kg·M／S与Kw换算系数

目前由于技术和经济两方面的原因，一般只有当N1≥200Kw才考虑使用某种水力工程机械，将此消能过程的能量予以回收利用。而在N1＜200Kw的场合，则往往使用减压阀将压力较高液体所蓄的势能转化为动能，由于高速液体自身与器壁之间的摩擦作用，从而出现减压温升现象。减压温升对物理吸收有害，因此有时造成不必要的冷却。有时即使N1＞200Kw，但由于P1压力太高，＞10.0MPa，目前技术上尚无成熟可靠的水力机械可以利用，也往往采用减压阀，而不将此有用的能量加以回收。

随着世界性的能源短缺和能源价格上涨，以往那种以N1≥200Kw为回收界限的观点显然不再符合客观形势要求了，必须把界限扩大到N1≥20Kw，甚至比这还低，为了适应这一经济要求，技术上必须设计出一种回收效率更高，运行更可靠、造价更低的新型液体残余势能的回收机。

目前回收压力相对较低（一般为1.0～5.0MPa）而流量较大（一般为1.0～5.0×10^－1M³／s）液体残余势能的方法，是采用水轮机——水泵——电动机机组，如从合成氨脱碳出来富含二氧化碳的溶液，进入液轮机（水轮机），驱动涡轮，水轮的出轴直接与离心式贫液加压泵（水泵）相连，由于机组效率和生产必须耗能、水轮机的输出功率不能满足水泵功率需要时，由电动机来提供。对于相对压力较高（一般为12.0～13.0MPa），而流量相对较小（一般为2.0～20×10^－3M／s），如出合成氨铜洗塔的铜液。这里虽然理论可回收能量N1＝25～250Kw，但无现成的水工机械可以采用，一般都没有进行残余势能的回收，（参见无机化工工艺学（一）合成氨、大连工学院等编、化学工业出版社1981年出版P174～177、185、P199～200、P227－229）。

采用水轮机——水泵——电动机三机同轴（水泵——涡轮机组）回收富液中的残余势能，有如下缺点：

1、可利用能量的理论利用效率低，实际可达效率更低。当前世界上最大型、最先进的水轮机和水泵，它们所能达到的最高效率≯75％。一般中小型工业水轮机和水泵的效率则只有70％左右，水泵——水轮机串联机组的总效率是两个分效率连乘的积，实际总效率最高只达50％左右。

2、操作弹性过小，易出现负效率现象。因为水泵、水轮机的流量Q、扬程或落差H与转速n的关系是十分敏感的。三机串联后，转数变化的可能性是很小的，这种变化仅是由于电网频率变化所造成的，电网频率变化一般≯1.0％，再者受内外诸多条件影响，如气候、温度、压力变化都会有影响。但是水轮机的允许变化幅度只有10％。这显然是不够的。当要求通过水轮机的流量超过设计流量时，水轮机就会出现阻塞现象，此时则必须开旁路分流部分液体，损失一些可利用的能量；当通过水轮机的水量一旦明显低于设计流量时，就会出现水轮机的转速达不到额定的转速的失速现象，由于实际上水轮机和水泵、电动机同轴串联，从而出现电动机牵引水轮机以同步转速运转，水轮机反而成为电动机的一个负荷，即水轮机的“负效率现象”。近年来国内外在水轮机和水泵之间装上了一种类似于汽油机、柴油机与起动电机之间连接的差速离合器，只要水轮机达到失速点，输出扭矩下降到零时，水轮机便会和水泵自动脱开，从而避免了出现负效率现象。即使如此，目前世界上最先进的机组，年平均总效率也只有30－40％。