一种自力轴流式氢气-天然气高效掺混系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自力轴流式氢气

【技术实现步骤摘要】
一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统


[0001]本专利技术涉及天然气掺氢输送
，具体涉及一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统。

技术介绍

[0002]氢能作为一种重要的清洁能源，其开发利用已被全球各国高度重视，然而，氢气储运成本约占“制、储、运、加”各个环节总成本的30%～40%，已成为制约氢气产业规模化发展的主要阻碍之一。氢气
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天然气掺混输送依托载体为现有的天然气管道，具有运行成本低、输送效率高的优势，已成为国内外氢能运输与开发利用的关键技术。而氢气与天然气的掺混效率及混合气体均一分布性质的持续度是决定掺混输送稳定性的关键问题。因此，研究一种氢气
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天然气高效掺混系统对实现氢气与天然气的掺混输送具有重要意义。
[0003]公开号为CN216418976U公开了一种天然气掺氢均匀混合装置，该装置上部设置了氢气入口，下部设置了天然气入口，通过形成旋向相反相互对冲的天然气旋流和氢气旋流，使得天然气和氢气进行混合。这种装置主要通过氢气与天然气接触与流动而实现混合，由于缺乏主动掺混构件以干预气体的混合，因此，掺混气体相分布的均一性及稳定性较低，不适合应用于掺混气体的长距离输送。
[0004]公开号为CN113769595A公开了一种均匀分配流量的天然气掺氢装置，包括方形管道、分隔结构和均流器，氢气通道内设置均流器，均流器包括渐缩渐扩管、收缩弹簧和流体弹子。该装置利用矩形分隔结构将氢气与天然气分散为细小支流，利用收缩弹簧和流体弹子实现流量的均匀控制。这种装置的矩形分隔结构排列均匀，若要实现两种流体的均匀混合，混合段尺寸则须较大，从而使得装置的结构庞大，占地面积较大，安装复杂、耗能高，不利用工业化应用与推广。
[0005]此外，现有技术中还普遍存在着装置中常规钢材构件使用时可能会因氢脆而失效、氢气与天然气掺混比例无法连续调节或调节范围窄、掺混效率低等问题。
[0006]基于上述，现有技术中氢气
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天然气掺混装置主要存在以下技术问题：氢气与天然气掺混比例不能连续调节、调节范围窄、掺混效率低、掺混气体相分布均一性和稳定性低、占地面积大、耗能高、材料因氢脆而失效。而这些技术问题则是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述问题，本专利技术提供了一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统，解决了现有技术氢气与天然气掺混比例不能连续调节、调节范围窄、掺混效率低、掺混气体相分布均一性和稳定性低、占地面积大、耗能高、材料因氢脆而失效等问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统，主要包括：进气系统、切向旋流混合系统、自力轴流式混合系统，所述进气系统设置在自力轴流式混合系统的左
侧，二者交汇处为切向旋流混合系统；所述进气系统包括氢气进气筒和天然气进气筒，所述氢气进气筒沿气体流动方向依次设置有氢气入口法兰、第一气体流量计、第一气体流量调节阀、第一止逆阀；所述天然气进气筒沿气体流动方向依次设置有天然气入口法兰、第二气体流量计、第二气体流量调节阀、第二止逆阀；所述自力轴流式混合系统包括混合段壳体、中心轴、若干自力轴流式多级叶片分隔构件、两个多级叶片分隔构件固定卡扣、两个轴承，所述中心轴平行设置在混合段壳体内部，所述自力轴流式多级叶片分隔构件相互90
°
交叉排列，按照左旋和右旋的顺序依次连接固定在中心轴上；所述一轴承的一端通过一个多级叶片分隔构件固定卡扣固定连接在混合段壳体的左侧的内壁上，另一端连接在中心轴的左端，另外一个轴承的一端通过一个多级叶片分隔构件固定卡扣固定连接在混合段壳体的右侧的内壁上，另一端连接在中心轴的右端。
[0009]进一步地，所述氢气进气筒和天然气进气筒交汇后于切向旋流混合系统中沿切线方向旋流进入自力轴流式混合系统。
[0010]进一步地，所述氢气进气筒和天然气进气筒的内径相同，氢气进气筒、天然气进气筒与混合段壳体的内径之比为1:1:2，氢气进气筒和天然气进气筒优选采用复合结构设计，内层优选合金钢，外层优选碳纤维。
[0011]进一步地，所述中心轴与分隔构件的连接方式为焊接或一体加工。
[0012]进一步地，所述自力轴流式多级叶片分隔构件在气流作用下相对于混合段壳体进行旋转运动。
[0013]进一步地，所述自力轴流式多级叶片分隔构件优选采用复合结构设计，叶片内层优选合金钢，外层优选碳纤维；所述轴承优选采用微阻尼混合陶瓷轴承。
[0014]进一步地，所述自力轴流式多级叶片分隔构件的各级叶片左旋和右旋的旋转角为180
°
。
[0015]进一步地，所述自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统应用于陆地及海上掺氢比连续可调的氢气
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天然气高效掺混与多相混合输送工作中。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术通过在氢气进气筒与天然气进气筒上设置气体流量调节阀，保证了氢气与天然气的流量可调节；通过设置气体流量计，实现了精准调节掺氢比；通过设计氢气进气筒内的氢气切向旋流进入天然气进气筒，充分利用了氢气与天然气交汇点局部涡流的扰动效应；通过设计自力轴流式多级叶片分隔构件，实现了构件转动的低碳化；通过将自力轴流式多级叶片分隔构件的多级叶片设置为相邻叶片间呈90
°
角交错分布，按照左旋和右旋的顺序依次连接，使分隔构件的装置尺寸小，占地面积小，且提高了掺混气体相分布的均一性和稳定性；通过将氢气进气筒、天然气进气筒与自力轴流式多级叶片分隔构件均设置为采用合金钢材质内层与碳纤维材质外层的复合结构，有效避免了氢分子诱导材料因氢脆而失效的风险；通过在自力轴流式多级叶片分隔构件两端设置微阻尼混合陶瓷轴承，在气流扰动和微阻尼混合陶瓷轴承的共同作用下，产生自力式旋转运动，无需外部提供动力源，提高了自力轴流式多级叶片分隔构件的转动速度，实现了掺混系统的低碳低耗化；通过切向旋流掺混和自力轴流式多级叶片分隔构件的协同作用，有效提升了掺混系统的掺混效率。本发
明的掺氢比连续可调，调节范围广，掺混效率高，掺混气体相分布均一性和稳定性高，占地面积小，耗能低、可预防材料因氢脆而失效。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的总体结构示意图；图2为本专利技术的管段及掺混段结构示意图；图3为本专利技术的管段及掺混段结构示意图的A处局部放大图；图4为本专利技术的管段及掺混段结构示意图的B
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B截面剖视图；图5为本专利技术的微阻尼混合陶瓷轴承及自力轴流式多级叶片分隔构件结构示意图；图6为本专利技术的微阻尼混合陶瓷轴承及自力轴流式多级叶片分隔构件的C
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C截面剖视图；图7为第一组参数下天然气流经4种结构装置后的相分布情况；图8为第二组参数下天然气流经4种结构装置后的相分布情况；图9为第三组参数下天然气流经4种结构装置后的相分布情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统，其特征在于：主要包括：进气系统、切向旋流混合系统（13）、自力轴流式混合系统（14），所述进气系统设置在自力轴流式混合系统（14）的左侧，二者交汇处为切向旋流混合系统（13）；所述进气系统包括氢气进气筒（11）和天然气进气筒（12），所述氢气进气筒（11）沿气体流动方向依次设置有氢气入口法兰（1）、第一气体流量计（3）、第一气体流量调节阀（4）、第一止逆阀（5）；所述天然气进气筒（12）沿气体流动方向依次设置有天然气入口法兰（2）、第二气体流量计（16）、第二气体流量调节阀（17）、第二止逆阀（18）；所述自力轴流式混合系统（14）包括混合段壳体（6）、中心轴（7）、若干自力轴流式多级叶片分隔构件（8）、两个多级叶片分隔构件固定卡扣（10）、两个轴承（15），所述中心轴（7）平行设置在混合段壳体（6）内部，所述自力轴流式多级叶片分隔构件（8）的各级叶片按先左旋后右旋的顺序依次排列，相邻叶片垂直交错分布在中心轴（7）上；所述一个轴承（15）的一端通过一个多级叶片分隔构件固定卡扣（10）固定连接在混合段壳体（6）的左侧的内壁上，另一端连接在中心轴（7）的左端，另外一个轴承（15）的一端通过一个多级叶片分隔构件固定卡扣（10）固定连接在混合段壳体（6）的右侧的内壁上，另一端连接在中心轴（7）的右端。2.根据权利要求1所述的一种自力轴流式氢气
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天然气高效掺混系统，其特征在于：所述氢气进气筒（11）和天然气进气筒（12）交汇后于切向旋流混合系统（13）中沿切线方向旋流进入自力轴流式混合系统（14）...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，杜玲，凌晓，白银，严哲楸，王蕾，刘晓雅，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：