CN109973158A - 一种膨胀发电机组合调节系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀发电机组合调节系统和方法，包括高压储气罐、进气电动主气门、可调喷气射流装置、调节阀、膨胀机和发电机，进气电动主气门安装在高压储气罐的出口管道上，进气电动主气门后的管道上先后串联安装有可调喷气射流装置、调节阀和膨胀机，发电机与膨胀机通过传动轴相连。本发明利用可调喷气射流装置和调节阀在膨胀发电机不同运行阶段分别进行调节，实现膨胀发电机的组合调节，在不同阶段实施不同的控制，兼顾启动时的精细控制和运行中的系统效率。

Description

一种膨胀发电机组合调节系统和方法

技术领域

本发明属于膨胀发电机控制设备技术领域，具体涉及一种膨胀发电机组合调节系统和方法。

背景技术

压缩空气储能目前储能技术中较为先进的一种储能方式，具体运作方式为：当电网电量过剩时，启动压缩机压缩空气，将空气压缩储能过程，消耗电能驱动压缩机运行，空气经多级压缩后储存于储气罐内；当电网电量紧缺时，启动膨胀机机，储气罐内的高压空气进入膨胀机进行多级膨胀，驱动膨胀机旋转，带动发电机进行发电。其主要特点是削峰填谷，对电网电量进行调节。具有储能规模大、存储周期长、对环境污染小等优点，被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一。

启动发电机过程中，需要首先进行冲转，即：膨胀发电机转速从静止状态达到额定转速。到达额定转速后，开始带负荷发电。在这个过程中，由于压缩空气不断消耗，储气罐内的压力由启动前的储存压力逐渐降低。刚启动时，储气罐内的压力最大，所以冲转过程中，由于进气调节阀开度过小，膨胀发电机的转速难以实现稳定控制，转速波动较大，因此，并网时的频率难以控制，甚至造成机组超速事故等。在膨胀发电机正常运行中，通过调节阀调节进气量，造成节流损失，使得机组效率降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种膨胀发电机组合调节系统和方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种膨胀发电机组合调节系统，包括高压储气罐、进气电动主气门、可调喷气射流装置、调节阀、膨胀机和发电机，进气电动主气门安装在高压储气罐的出口管道上，进气电动主气门后的管道上先后串联安装有可调喷气射流装置、调节阀和膨胀机，发电机与膨胀机通过传动轴相连。

优选的，上述可调喷气射流装置包括喷嘴、喷针、喉管、扩散管、吸入室、调节机构和逆止阀，喷嘴安装在吸入室左端，喷针安装在喷嘴内，喷针左端设置调节机构，吸入室右端设置有喉管，下端设置有与外界连通的吸气口，吸气口内安装有入口扑板式逆止阀，喉管右端设置有左小右大的扩压管，喷嘴内端设置有喉口，喷针内端为锥形结构，通过调节机构向内移动后能够封堵喉口，喷射器是一种将两股不同压力的流体相互混合，并发生能量交换，以提升低压流体压力的装置。本发明使用的喷射器采用量调节的方法，通过改变工作喷嘴的喉部截面积而达到调节流量的目的，对喷射器的工作状态进行调节。

优选的，上述调节机构采用机械式调节机构和电动式调节机构。

优选的，上述吸气口处设置有80-200目的金属过滤网。

一种膨胀发电机组合调节系统的调节方法，该方法包括以下步骤：

1）机组启动时，全开进气电动主气门，然后开启可调喷气射流装置的调节机构至20%开度位置（喷针和喉口间开度），用调节阀控制膨胀机进气量进行机组冲转和提升转速，达到额定转速后，发电机并入电网逐渐提升输出功率，这个阶段利用喷气射流装置的卷吸特性，使吸入室内产生真空而吸入环境中的空气，将进入膨胀发电机内的压缩空气由高压力小流量变换为低压力大流量，提升调节阀在调节过程中的调节开度范围，即调节阀同样开度对应的机组转速变化小，实现启动初期的精细控制；

2）调节阀全开后，膨胀发电机进入运行状态，向右移动/向左移动可调喷气射流装置的调节机构，增大/减小喷针与喉口之间的截面积，增大/减小喷气射流装置出口压缩空气的流量和压力，利用可调喷气射流装置的量调节方法调节膨胀发电机输出功率。因环境空气的焓值高于膨胀机排气的焓值，这样可以利用吸入环境空气的能量在膨胀机内做功，减少了原来直接用调节阀开度控制带来的节流损失，提高膨胀发电机系统效率。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明利用可调喷气射流装置和调节阀在膨胀发电机不同运行阶段分别进行调节，实现膨胀发电机的组合调节，在不同阶段实施不同的控制，兼顾启动时的精细控制和运行中的系统效率。

附图说明

图1为本发明的系统图；

图2为可调喷气射流装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-2所示，一种膨胀发电机组合调节系统，包括高压储气罐1、进气电动主气门2、可调喷气射流装置3、调节阀4、膨胀机5和发电机6，进气电动主气门2安装在高压储气罐1的出口管道上，进气电动主气门2后的管道上先后串联安装有可调喷气射流装置3、调节阀4和膨胀机5，发电机6与膨胀机5通过传动轴相连。

系统工作时，高压空气储存在空气高压储气罐1中，经过进气电动主气门2、可调喷气射流装置3、调节阀4进入膨胀机5，在膨胀机5中膨胀，带动发电机6进行发电。

优选的，上述可调喷气射流装置3包括喷嘴301、喷针302、喉管303、扩散管304、吸入室305、调节机构306和逆止阀307，喷嘴301安装在吸入室305左端，喷针302安装在喷嘴301内，喷针302左端设置调节机构306，吸入室305右端设置有喉管303，下端设置有与外界连通的吸气口309，吸气口309内安装有入口扑板式逆止阀307，空气只能由装置外进入，喉管303右端设置有左小右大的扩压管304，喷嘴301内端设置有喉口310，喷针302内端为锥形结构，通过调节机构306向内移动后能够封堵喉口310，进气电动主气门2通过管道连接到喷嘴301外端侧壁，喷嘴301从侧壁进气，右端出气，扩压管304右端连接有直筒状的稳压管，喷射器是一种将两股不同压力的流体相互混合，并发生能量交换，以提升低压流体压力的装置。本发明使用的喷射器采用量调节的方法，通过改变工作喷嘴的喉部截面积而达到调节流量的目的，对喷射器的工作状态进行调节。

入口扑板式逆止阀307通过转轴可旋转地连接在圆形的吸气口内且封闭后能够密封吸气口，入口扑板式逆止阀307能够全开全关，保证空气只能由装置外进入，防止压缩空气入口压力低、射流效果差时，混合后空气从射流装置入口处流出。

优选的，上述调节机构306采用机械式调节机构和电动式调节机构，该调节机构类似阀门，即喷嘴等同于阀体，喷针等同于阀芯，喷针的轴向移动实现喷嘴开度的调节，机械式调节机构包括与喷针外端可转动连接的旋转螺杆，旋转螺杆螺旋连接在支架上，支架固定连接在喷嘴外端，旋转螺杆伸出支架后连接有旋转手柄，通过旋转旋转手柄，旋转螺杆左右移动，从而推动喷针左右移动，实现喷针的开度调节，电动式调节机构采用电动推杆，电动推杆的推拉杆与喷针外端固定连接，电动推杆的壳体通过固定支架固定连接在喷嘴外端，控制电动推杆的推拉杆左右移动，从而推动喷针左右移动，实现喷针的开度调节，调节机构306与喷针302直接连接，通过调节机构306带动喷针302左右移动，喷嘴301内端设置有喉口310，喷针302内端为锥形结构，调节机构306处于最右端时即开度位置为“0”，喷针302能够完全封堵喉口310。调节机构306处于最左端时即开度位置为“100”，喷针302与喉口310之间的截面积为最大。改变调节机构306开度，即改变喷针302与喉口310之间的截面积，改变喷气射流装置出口压缩空气的流量、压力，调节膨胀机入口能量值。

优选的，上述吸气口309处设置有80-200目的金属过滤网308，吸气口处气源来自大气，金属过滤网308能进行过滤，实现空气的清洁。

停机时，由进气电动主气门2切断气源，机组启动时全开位置，接收停机信号后迅速关闭，只有全开全关两个状态。机组调节由可调喷气射流装置3和调节阀4完成。

实施例2：一种膨胀发电机组合调节系统的调节方法，该方法包括以下步骤：

1）机组启动时，全开进气电动主气门2，然后开启可调喷气射流装置3的调节机构306至20%开度位置（喷针302和喉口310间开度），用调节阀4控制膨胀机5进气量进行机组冲转和提升转速，达到额定转速后，发电机6并入电网逐渐提升输出功率，这个阶段利用喷气射流装置的卷吸特性，使吸入室内产生真空而吸入环境中的空气，将进入膨胀发电机内的压缩空气由高压力小流量变换为低压力大流量，提升调节阀在调节过程中的调节开度范围，即调节阀同样开度对应的机组转速变化小，实现启动初期的精细控制；

2）调节阀4全开后，膨胀发电机进入运行状态，向右移动/向左移动可调喷气射流装置3的调节机构306，增大/减小喷针302与喉口310之间的截面积，增大/减小喷气射流装置出口压缩空气的流量和压力，利用可调喷气射流装置的量调节方法调节膨胀发电机输出功率。因环境空气的焓值高于膨胀机排气的焓值，这样可以利用吸入环境空气的能量在膨胀机内做功，减少了原来直接用调节阀开度控制带来的节流损失，提高膨胀发电机系统效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种膨胀发电机组合调节系统，其特征在于：包括高压储气罐（1）、进气电动主气门（2）、可调喷气射流装置（3）、调节阀（4）、膨胀机（5）和发电机（6），进气电动主气门（2）安装在高压储气罐（1）的出口管道上，进气电动主气门（2）后的管道上先后串联安装有可调喷气射流装置（3）、调节阀（4）和膨胀机（5），发电机（6）与膨胀机（5）通过传动轴相连。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀发电机组合调节系统，其特征在于：可调喷气射流装置（3）包括喷嘴（301）、喷针（302）、喉管（303）、扩散管（304）、吸入室（305）、调节机构（306）和逆止阀（307），喷嘴（301）安装在吸入室（305）左端，喷针（302）弹性密封连接在喷嘴（301）左端，喷针（302）左端设置调节机构（306），吸入室（305）右端设置有喉管（303），下端设置有与外界连通的吸气口（309），吸气口（309）内安装有入口扑板式逆止阀（307），喉管（303）右端设置有左小右大的扩压管（304），喷嘴（301）内端设置有喉口（310），喷针（302）内端为锥形结构，通过调节机构（306）带动喷针（302）向内移动后能够完全封堵喉口（310）。

3.根据权利要求2所述的一种膨胀发电机组合调节系统，其特征在于：调节机构（306）采用机械式调节机构和电动式调节机构。

4.根据权利要求2所述的一种膨胀发电机组合调节系统，其特征在于：吸气口（309）处设置有80-200目的金属过滤网（308）。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种膨胀发电机组合调节系统的调节方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）机组启动时，全开进气电动主气门（2），然后控制调节机构，开启调节机构（306）至20%开度位置，用调节阀（4）控制膨胀机（5）进气量进行机组冲转和提升转速，达到额定转速后，发电机（6）并入电网逐渐提升输出功率；

2）调节阀（4）全开后，膨胀发电机进入运行状态，向右移动/向左移动可调喷气射流装置（3）的调节机构（306），增大/减小喷针（302）与喉口（310）之间的截面积，增大/减小喷气射流装置出口压缩空气的流量和压力，调节膨胀发电机输出功率。