具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的天然气压力能利用系统，包括第一压力能转换单元1、第二压力能转换单元2、液力传动装置3和发电机4。所述第一压力能转换单元1、第二压力能转换单元2分别包括压力转换组件。所述压力转换组件包括进气管12、排气管13和至少一个能量转换装置11。所述能量转换装置11包括壳体111和活动密封结构112，所述活动密封结构112可活动地设置在壳体111内，并将壳体111的内腔分隔成第一介质腔114和第二介质腔113，通过活动密封结构112可以调整第一介质腔114与第二介质腔113的大小；所述进气管12上设有进气控制阀14，以控制进气管12的通断。所述排气管113上设有排气控制阀15，以控制排气管113的通断。所述进气管12以及排气管13的一端均与能量转换装置11的第二介质腔113连接。所述第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114通过管道与液力传动装置3的一端连接，所述第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114通过管道与液力传动装置3的另一端连接，所述液力传动装置3的输出轴与发电机4传动连接。

液力传动装置3的作用是将液体的动能或压力能转成机械能，具体可以是液压马达、透平机、水轮机等。液压马达效率更高，为此，本发明中液力传动装置3优选液压马达。

为了方便自动控制，可以理解的是，本发明中进气控制阀14和排气控制阀15均优选采用电磁阀。

转换组件中，能量转换装置11具体数量可以为大于等于1的任意数目，本发明实施例中，转换组件包括三个能量转换装置11。为了方便控制，可以理解的是，当压力能转换单元内设有多个能量转换装置11时，同一压力转换单元内的能量转换装置11之间优选共用一根进气管和共用一个排气管。

该系统使用时，将第一压力能转换单元1和第二压力能转换单元2的进气管12连接在高压管道7上，将第一压力能转换单元1和第二压力能转换单元2的排气管12连接在低压管道8上。为了方便说明，将第一压力能转换单元1上的进气控制阀14定义为YM1，第一压力能转换单元1上的排气控制阀15定义为YM2，第二压力能转换单元2上的进气控制阀14定义为YM3，第二压力能转换单元1上的排气控制阀15定义为YM4。

如图1所示，系统利用天然气压力能时，步骤一、打开YM1和YM4，关闭YM2和YM3。此时，第一压力能转换单元1的进气管12以及第二压力能转换单元2的排气管13均处于接通状态，第一压力能转换单元1的排气管13以及第二压力能转换单元2的进气管12均处于关闭状态，井口天然气沿着第一压力能转换单元1的进气管12进入第一压力能转换单元1(能量转换装置11)的第二介质腔113内，对第一压力能转换单元1的第二介质腔113充气，在气压的作用下使第一压力能转换单元1的能量转换装置11内的活动密封结构112活动，使其第二介质腔113变大，第一介质腔114变小，从而将其第一介质腔114内的液体压出。液体压出后从液力传动装置3的一端进入液力传动装置3，推动液力传动装置3转动，液力传动装置3再通过输出轴驱动发电机4转动，发电。液体从液力传动装置3流出后进入第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114内，并将其第二介质腔113内的气体压出，第二压力能转换单元2从排气管13排出低压气体。当第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第二介质腔113充入一定量气体后，进行步骤二、关闭YM1和YM4，打开YM2和YM3。此时，井口天然气沿着第二压力能转换单元2的进气管12进入第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第二介质腔113中，对第二压力能转换单元2的第二介质腔113充气，在气压的作用下使第二压力能转换单元2的能量转换装置11内的活动密封结构112活动，使其第二介质腔113变大，第一介质腔114变小，从而将其第一介质腔114内的液体压出。液体压出后从液力传动装置3的另一端进入液力传动装置3，推动液力传动装置3反转，液力传动装置3再驱动发电机4转动，发电。液体从液力传动装置3流出后进入第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114内，并将该能量转换装置的第二介质腔113内的气体压出，第一压力能转换单元1从排气管13排出低压气体。当第二压力能转换单元2的第二介质腔113内充入一定量气体后，重复步骤1，当第一压力能转换单元1的第二介质腔113内充入一定量气体后，重复步骤2，如此不断循环步骤1和步骤2，可不断将天然气的压力能转换成电能，从而实现对天然气压力能的利用。

为了保证低压管道8的流量稳定，在高压管道7与低压管道8之间通常并列设置多个上述系统。

该系统采用能量转换装置11将天然气的压力能转换成液体的动能，再利用液体动能推动发电机发电，能量转换效率高的同时，转换过程中气液不相接触，满足了天然气压力能利用的要求。在采气井口，天然气的压力通常高达几十兆帕，常规气力传动设备难以满足如此高的承压要求，本系统的能量转换装置采用壳体111和活动密封结构112将气力转换成液力，能量转换装置的结构简单、成本低，可以达到很高的承压要求，因此，该系统也可直接用于井口天然气的压力能的利用，且系统制造成本低、维护方便。另外系统相比采用气缸推动液缸联动的气液能量转换方式，该系统的结构可以更为紧凑，能量转换装置的布置安装也更为方便。

需要说明的是，本发明中：第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114与液力传动装置3的一端连接，所述第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114与液力传动装置3的另一端连接，主要是实现对两压力能转换单元1中的能量转换装置11内的液体的循环利用，并不仅限于推动液力传动装置3正转、反转、正传的方式发电。如图4所示，也可以在第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114与第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114之间设置换向结构，实现连续推动液力传动装置3转动发电(液力传动装置3不反转)。图中，第一压力能转换单元1排液时，电磁阀YM6和YM7打开，YM5和YM8关闭，当第二压力能转换单元2排液时，YM6和YM7关闭，YM5和YM8打开，即可实现力传动装置3连续转动(不反转)。

能量转换装置11内活动密封结构112具体可参见现有的蓄能器结构，活动密封结构112可以是活塞式结构或囊式结构。由于天然气中不可避免的含有固体颗粒，特别是井口天然气中天然气未经过处理，固体颗粒较多，若能量转换装置11采用活塞式结构，固体颗粒进入能量转换装置11后，固体颗粒容易导致能量转换装置11内活塞密封失效或活塞卡死，因此为了避免上述情况，活动密封结构112优选为囊式结构。

能量转换装置11可采用各种方式设置，如：水平、直立、倒立、倾斜设置等。特别是用于井口天然气压力能利用时，气体中的固体颗粒较多，若能量转换装置11的皮囊内的固体颗粒不能及时排出，不仅会影响皮囊的收缩，还可能导致皮囊损坏。为了方便皮囊内固体颗粒及时排出，优选的，能量转换装置11倒装设置，即：能量转换装置11的第二介质腔113向下，能量转换装置11的第一介质腔114向上安装。

本系统中，第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114与液力传动装置3之间的管道上设有第一流量控制阀5，第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114与液力传动装置3之间的管道上设有第二流量控制阀9。这样通过第一流量控制阀5、第二流量控制阀9可分别控制第一压力能转换单元1与第二压力能转换单元2的能量转换装置11向液力传动装置3压出液体的流量，从而可以控制液力传动装置3的转速，使系统发电电压更稳定。

第一流量控制阀5和第二流量控制阀9均可选用单向或双向流量调节阀，本发明实施例中第一流量控制阀5，第二流量控制阀9均采用向液力传动装置3方向的单向流量调节阀。

本系统还包括补液系统6，所述补液系统6包括补液泵61、第一补液管路62、第二补液管路63和回油管路64。所述第一补液管路62、第二补液管路63和回油管路64的一端均与补液泵61的出液口连接。所述第一补液管路62的另一端与第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114连通，所述第一补液管路62上设有向第一压力能转换单元1的能量转换装置11的第一介质腔114方向的单向阀65。所述第二补液管路63的另一端与第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114连通，所述第二补液管路63上设有向第二压力能转换单元2的能量转换装置11的第一介质腔114方向的单向阀65。所述回油管路64上设有溢流阀66。当第一压力能转换单元1的能量转换装置11内的液体不足以完全补充第二压力能转换单元2的能量转换装置11时，补液泵61可通过第二补液管路63向第二压力能转换单元2的能量转换装置11补充液体；当第二压力能转换单元2的能量转换装置11内的液体不足以完全补充第一压力能转换单元1的能量转换装置11时，补液泵61又可通过第一补液管路62向第一压力能转换单元1的能量转换装置11补充液体，这样也有助于系统平稳发电。溢流阀66起完全阀的作用，是控制系统的补油压力。

本系统的补液系统还设有冷却装置67，以对补液系统油路中的液体进行冷却。回油管路64的另一端与冷却装置67的入口连接。