CN102071973A - 用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，其静涡盘的底部排气孔处设置有排气阀，特征是排气阀为可控排气阀，设置有能使排气阀的舌型阀片旋转一定角度的转轴；当复合机处于压缩工作状态时，舌型阀片处于封堵排气孔的位置上，曲轴传动机构带动动涡盘旋转，与静涡盘啮合对吸入空气进行连续压缩；当复合机处于膨胀工作状态时，转动转轴，使舌型阀片脱离封堵排气孔的位置，来自排气管方向的压缩气体直接进入动、静涡盘形成的容积腔，压缩气体膨胀做功，推动动涡盘带动曲轴传动机构转动，为发电机提供一定的驱动力。本发明能够实现压缩机与膨胀机的复合功能，具有效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单等优点。

Description

用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，涉及用压缩空气作为一种储能方式的涡旋式压缩-膨胀复合机。可用于一方面进行空气压缩从而实现压缩空气储能，另一方面当需要压缩空气膨胀做功时，通过转向阀又可起到膨胀机的作用，从而确保储能压缩与膨胀做功的相互转换。
背景技术
可再生能源发电技术已日益成熟并取得了显著的经济效益和社会效益。然而，可再生能源，如太阳能、风能等常常因自然条件所限而在不同的时间、空间随机变化。能量供给的波动性和间歇性将造成电网功率的波动，造成电能质量下降。研究显示，能量存储是平抑能源波动性和间歇性的有效手段之一，同时，结合能量存储技术，还可以有效增加设备的利用率，降低单位发电量的成本。因此，将能量存储技术应用于可再生能源发电系统，对确保系统平稳、正常运行以及改善电能质量都具有十分重要的意义。
压缩空气储能(CAES)是一种集能量转换效率高、成本低、污染小、易于控制等众多优点于一身的能量存储系统，在世界范围内备受关注，前景广阔，我国尚处于研究和开发的初期阶段。压缩空气储能的原理是当其他多余能量，通过空气压缩机将空气压缩并存储，当系统负载处于尖峰时再释放此高压空气，利用压缩空气膨胀做功提供辅助驱动力平抑负载的波动。压缩空气储能技术中重要的设备是压缩机和膨胀机，其性能直接影响整个储能系统的效率。因此，开发结构紧凑、高效率的压缩机和膨胀机是实现将压缩空气储能技术用于可再生能源发电系统的关键技术。
涡旋式压缩机是一种新型高效的容积式压缩机，具有能量转换效率高、结构紧凑、体积小、重量轻和噪音低等优点。从目前报道来看，能够利用涡旋式压缩机同一组动、静涡盘同时实现空气压缩和压缩气体膨胀功能的涡旋式压缩-膨胀复合机在国内外尚未出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡旋式压缩-膨胀复合机，使用于可再生能源发电系统中，在一定的电磁控制条件下既能够进行空气压缩，实现能量存储的功能，又能够进行气体膨胀做功，实现为发电机提供辅助驱动力的功能。
其技术解决方案是：
一种用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，包括机箱、曲轴传动机构、动涡盘及静涡盘，曲轴传动机构与动涡盘连接，静涡盘的底部排气孔处设置有排气阀，机箱的后盖上设置有排气管，上述排气阀为可控排气阀，其设置有能使排气阀的舌型阀片旋转一定角度脱离排气孔或封堵排气孔的排气阀转轴；当涡旋式压缩-膨胀复合机处于压缩工作状态时，上述舌型阀片处于封堵排气孔的位置上，曲轴传动机构在原动机驱动力的作用下带动动涡盘旋转，与静涡盘啮合形成数对封闭的月牙形容积腔，对由进气管吸入的空气进行连续压缩，经压缩后的气体通过静涡盘底部的排气孔顶开舌型阀片后，经由排气管输送至压缩气体储存装置；当涡旋式压缩-膨胀复合机处于膨胀工作状态时，转动排气阀转轴，由排气阀转轴带动舌型阀片旋转，使舌型阀片脱离封堵排气孔的位置，来自排气管方向的压缩气体可直接由静涡盘底部的排气孔进入动、静涡盘形成的容积腔，压缩气体膨胀做功，推动动涡盘带动曲轴传动机构转动，为与曲轴传动机构相连的发电机提供一定的驱动力。
上述排气阀包括阀片垫板与阀片挡板，舌型阀片处于阀片垫板与阀片挡板之间，排气阀转轴与阀片垫板、舌型阀片及阀片挡板固定联接。
上述后盖内设置有碗型压板，排气阀的垫板、舌型阀片及挡板位于碗型压板与静涡盘所形成的空腔内；上述排气阀转轴的驱动端位于后盖的外侧，在排气阀转轴穿入后盖的轴段与后盖之间设置有轴承与密封圈。
上述排气阀转轴的驱动端采取手动驱动方式或自动驱动方式进行转动。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明使用于可再生能源发电系统中，曲轴传动机构在原动机驱动力的作用下带动动涡盘旋转，与静涡盘啮合对吸入空气进行连续压缩，又可以将气体膨胀做功的能量用于驱动曲轴转动，为发电机提供一定的驱动力；采用一组动、静涡盘，既实现气体压缩又实现气体膨胀两种功能，简化了总体结构，使得复合机体积小、重量轻；排气阀采用阀片垫板、舌型阀片和阀片挡板，在排气阀转轴的控制下能实现压缩与膨胀工作状态的转换。本发明能够实现压缩机与膨胀机的复合功能，具有效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单等优点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图为本发明一种实施方式的结构原理示意图。
图中1.前端盖，2.深沟球轴承，3.曲轴，4.毡圈油封，5.轴承，6.平衡块，7.机箱，8.动涡盘，9.静涡盘，10.O型密封圈，11.紧固螺钉，12.碗型压板，13.后盖，14.手轮，15.排气阀转轴，16.唇形密封圈，17.轴承，18.O型密封圈，19.紧固螺母，20.阀片挡板，21.舌形阀片，22阀片垫板，23.进气管，24.排气管。
具体实施方式
参看附图，一种用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，包括机箱7、曲轴传动机构、动涡盘8及静涡盘9。曲轴传动机构包括曲轴3、深沟球轴承2及平衡块6，曲轴传动机构与动涡盘8连接。静涡盘9的底部排气孔处设置有排气阀，机箱的后盖上设置有排气管，上述排气阀为可控排气阀，包括阀片垫板22与阀片挡板20，舌型阀片21处于阀片垫板22与阀片挡板20之间，排气阀转轴15与阀片垫板、舌型阀片及阀片挡板固定联接，排气阀转轴能带动舌型阀片及阀片垫板与阀片挡板旋转一定角度使舌型阀片脱离排气孔或封堵排气孔。上述后盖13内设置有碗型压板12，排气阀的垫板22、舌型阀片21及挡板20位于碗型压板12与静涡盘9所形成的空腔内。上述排气阀转轴15的调整端位于后盖的外侧，上述排气阀转轴的驱动端采取手动驱动方式，即设置有手轮14，通过手轮14手动转动排气阀转轴；在排气阀转轴穿入后盖的轴段与后盖之间设置有轴承17与密封圈，密封圈包括唇形密封圈16与O型密封圈18。当涡旋式压缩-膨胀复合机处于压缩工作状态时，上述舌型阀片处于封堵排气孔的位置上，曲轴传动机构在原动机驱动力的作用下带动动涡盘旋转，与静涡盘啮合形成数对封闭的月牙形容积腔，对由进气管吸入的空气进行连续压缩，经压缩后的气体通过静涡盘底部的排气孔顶开舌型阀片后，经由排气管输送至压缩气体储存装置；当涡旋式压缩-膨胀复合机处于膨胀工作状态时，转动排气阀转轴，由排气阀转轴带动舌型阀片旋转，使舌型阀片脱离封堵排气孔的位置，来自排气管方向的压缩气体可直接由静涡盘底部的排气孔进入动、静涡盘形成的容积腔，压缩气体膨胀做功，推动动涡盘带动曲轴传动机构转动，为与曲轴传动机构相连的发电机提供一定的驱动力。通过转动上述排气阀转轴实现上述压缩与膨胀工作状态的转换。
上述方式中，排气阀转轴的驱动端还可采取自动驱动方式进行调整，即通过电磁控制或电机驱动等方式控制排气阀转轴相应转动，借此实现上述压缩与膨胀工作状态的自动转换。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所作出的任何等同方式，或明显变型方式均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，包括机箱、曲轴传动机构、动涡盘及静涡盘，曲轴传动机构与动涡盘连接，静涡盘的底部排气孔处设置有排气阀，机箱的后盖上设置有排气管，其特征在于：所述排气阀为可控排气阀，其设置有能使排气阀的舌型阀片旋转一定角度脱离排气孔或封堵排气孔的排气阀转轴；当涡旋式压缩-膨胀复合机处于压缩工作状态时，上述舌型阀片处于封堵排气孔的位置上，曲轴传动机构在原动机驱动力的作用下带动动涡盘旋转，与静涡盘啮合形成数对封闭的月牙形容积腔，对由进气管吸入的空气进行连续压缩，经压缩后的气体通过静涡盘底部的排气孔顶开舌型阀片后，经由排气管输送至压缩气体储存装置；当涡旋式压缩-膨胀复合机处于膨胀工作状态时，转动排气阀转轴，由排气阀转轴带动舌型阀片旋转，使舌型阀片脱离封堵排气孔的位置，来自排气管方向的压缩气体可直接由静涡盘底部的排气孔进入动、静涡盘形成的容积腔，压缩气体膨胀做功，推动动涡盘带动曲轴传动机构转动，为与曲轴传动机构相连的发电机提供一定的驱动力。
2.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，其特征在于：所述排气阀包括阀片垫板与阀片挡板，舌型阀片处于阀片垫板与阀片挡板之间，排气阀转轴与阀片垫板、舌型阀片及阀片挡板固定联接。
3.根据权利要求2所述的用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，其特征在于：所述后盖内设置有碗型压板，排气阀的垫板、舌型阀片及挡板位于碗型压板与静涡盘所形成的空腔内；上述排气阀转轴的驱动端位于后盖的外侧，在排气阀转轴穿入后盖的轴段与后盖之间设置有轴承与密封圈。
4.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩-膨胀复合机，其特征在于：所述排气阀转轴的驱动端采取手动驱动方式或自动驱动方式进行转动。
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