CN115199934B - 一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统，包括多级锁定平台、多级重力压块、承压筒、多级第二密封膜，多级重力压块对应设置在多级锁定平台上；承压筒顶端外壁设置限位元件，承压筒在最低限位时通过限位元件支撑在位于竖井最底部的一级锁定平台上，承压筒和竖井的内壁之间通过第一密封膜密封连接；多级第二密封膜对应设置在多级锁定平台下方，第一密封膜漏气时通过多级第二密封膜实现多级密封。本发明的储气系统通过设置多级锁定平台和多级第二密封膜，一方面能够实现分级锁定重力压块，分担锁定平台承受的压力，另一方面通过多级密封的方式大幅度减少气体泄露。

Description

一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统

技术领域

本发明涉及电能存储技术领域，尤其涉及一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统，具体为一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的重力压缩空气储气系统。

背景技术

压缩空气储能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下空间，即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并储存于贮气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机做功发电，满足电力系统调峰需要。

在重力压缩空气储气系统中通过设置密封膜以防止气体外漏，目前重力压缩空气储气系统中的密封膜一般是只锚固设置在最下方的重力组件和竖井内壁之间，一旦压缩空气发生泄露将直接泄露到外界，不能实现压缩空气的多级密封。另外，重力压缩空气储能是将空气进行压缩后通入储气腔中，将压缩空气的能量部分转化为重力组件的重力势能进行存储，存储量较大时，需要较大重量的重力组件，直接将重力组件设置成一个整体的结构时，重力组件的重量太大使得吊装不方便。由于储气腔中需要留有一定空间，以向内部通入足够的压缩空气，因此需要对重力组件进行支撑，当重力组件设置成一个整体的结构时，支撑平台施工难度大，且存在较大安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统。

本发明提出了一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统，包括：

多级锁定平台，所述多级锁定平台自下而上设置在竖井内壁面；

多级重力压块，所述多级重力压块对应设置在所述多级锁定平台上，一级重力压块设置在承压筒顶部；

所述承压筒，所述承压筒顶端设置限位元件，所述承压筒在最低限位时通过所述限位元件支撑在位于所述竖井最底部的一级锁定平台上，所述承压筒和所述竖井的内壁之间通过第一密封膜密封连接；

多级第二密封膜，所述多级第二密封膜对应设置在所述多级锁定平台下方，所述第一密封膜漏气时通过所述多级第二密封膜实现多级密封。

在一些实施例中，第一螺栓从外向内依次穿过第二密封垫片、第二压板、所述第一密封膜、第一压板、第一密封垫片从而将所述第一密封膜固定在所述承压筒壁面或所述竖井内壁面，所述第二密封垫片的两端延伸后贴靠在所述第一密封膜上。

在一些实施例中，所述第一密封膜为柔性筒体，所述柔性筒体的顶端向内翻折形成顶端相连的内环段和外环段，所述内环段固定连接所述承压筒底部，所述外环段固定连接所述竖井内壁面。

在一些实施例中，所述多级锁定平台下方均对应设置支撑环，所述支撑环的一端固定在所述竖井内壁，所述支撑环远离所述竖井内壁的一端具有圆弧角。

在一些实施例中，所述第二密封膜的一端固定在所述竖井内壁，所述第二密封膜远离所述竖井内壁的一端搭在所述支撑环上。

在一些实施例中，一级第二密封膜设置在所述一级锁定平台下方，所述第一密封膜漏气时，在所述支撑环的作用下气体沿着所述支撑环与所述承压筒之间的空隙上升，所述一级第二密封膜远离所述竖井内壁的一端与所述承压筒外壁贴合进行密封。

在一些实施例中，所述竖井为多级竖井，所述多级竖井的内径自下而上逐渐增大。

在一些实施例中，所述多级锁定平台下方对应设置多级沉管。

在一些实施例中，所述锁定平台为预埋在所述竖井内壁的锁定环，所述限位元件为设置在所述承压筒顶端外壁上的支撑环，所述限位元件的外径大于所述一级锁定平台的内径，所述限位元件的外径小于二级锁定平台的内径，所述二级锁定平台位于所述一级锁定平台上方。

在一些实施例中，所述重力压块均包括多个相同的重力件，所述重力件的直径大于支撑其的锁定平台的内径，小于其上方的锁定平台的内径。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的储气系统通过设置多级锁定平台和多级第二密封膜，一方面能够实现分级锁定重力压块，分担锁定平台承受的压力，另一方面通过多级密封的方式大幅度减少气体泄露。

本发明第一密封垫片的两端延伸后贴靠在第一密封膜上，充气过程中，在气压作用下第一密封垫片两端紧紧贴在第一密封膜上从而避免气体从第一密封膜的锚固位置处泄露，起到密封作用。

本发明的储气系统通过设置多级重力压块，同时对应设置多级锁定平台，通过多级锁定平台分别对多级重力压块进行支撑，不仅吊装方便，并且通过多级锁定平台的分散支撑，可以减少作用于锁定平台上的作用力，降低施工难度。

本发明的储气系统通过设置多级竖井使得储气腔室可以承担风大的气室压力。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例提出的可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提出的可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统的结构示意图；

图3为多级第二密封膜动作过程示意图；

图4为一实施例提出的第一密封膜的固定方式示意图；

图5为一实施例提出的第二密封膜的固定方式示意图；

附图标记说明：

1、竖井；2、承压筒；3、限位元件；4、一级第二密封膜；5、二级第二密封膜；6、一级锁定平台；7、二级锁定平台；8、一级重力压块；9、二级重力压块；10、第一密封膜；11、一级支撑环；12、二级支撑环；13、一级沉管；14、二级沉管；15、一级重力件；16、二级重力件；17、重力块；18、储气腔室；19、第一密封垫片；20、第二密封垫片；21、第一压板；22、第二压板；23、第一螺栓；24、第二螺栓；25、第三压板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统。

如图1-5所示，本发明的可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统，包括竖井1、多级锁定平台、多级重力压块、承压筒2、第一密封膜10和多级第二密封膜。

多级锁定平台自下而上设置在竖井1内壁面，即竖井1内壁上沿轴向方向设置多级锁定平台。具体为，一级锁定平台6位于竖井1最底部，二级锁定平台7紧邻设置在一级锁定平台6上方，三级锁定平台紧邻设置在二级锁定平台7上方，依此类推，直至N级锁定平台。

承压筒2顶端外壁设置限位元件3，承压筒2在竖井1内的最低限位处时通过限位元件3支撑在位于竖井1最底部的一级锁定平台6上，承压筒2和竖井1的内壁之间通过第一密封膜10密封连接，使得承压筒2、第一密封膜10以及竖井1位于第一密封膜10下方的空间形成储气腔室18。具体为，承压筒2可活动插接在竖井1内，承压筒2向下移动，承压筒2顶端外壁的限位元件3与一级锁定平台6接触时，承压筒2达到最低限位处，承压筒2停止向下移动。可以理解的是，当承压筒2达到最低限位处时，储气腔室18保留一定空间使得向储气腔室18中投入足量压缩空气时，承压筒2能够启动并向上移动。

在一些实施例中，承压筒2内部填充有多个重力块17，多个重力块17层层叠加堆叠在承压筒2中，使得吊装方便。在吊装过程中先吊装承压筒2，再向承压筒2中填充多个重力块17，使得在保障方便吊装的同时，又通过设置承压筒2包覆在多个重力块17外部以提高气密性，从而保证储气腔室18的密封特性，进一步使得储气腔室18可以承受较高的压力，提升系统储能的能量密度。

在一些实施例中，承压筒2为筒状结构，筒状结构的承压筒2内部为空腔，在承压筒2内壁上沿轴向方向设置多个支撑筋以增大承压筒2的强度。

在一些实施例中，承压筒2的底部为锥形结构，底部为锥形结构的承压筒2使得在高压环境下承压筒2底部受力均匀，不易变形，提高了承压筒2的使用寿命。

多级重力压块对应设置在多级锁定平台上，即每一锁定平台上均对应设置有相应的重力压块，具体为，一级锁定平台6上设置一级重力压块8，二级锁定平台7上设置二级重力压块9，三级锁定平台上设置三级重力压块，以此类推，直至N级锁定平台上设置N级重力压块。

另外，由于承压筒2通过限位元件3支撑在一级锁定平台6上，那么一级锁定平台6上的一级重力压块8直接设置在承压筒2顶端，即一级重力压块8通过承压筒2进行支撑。

通过设置多级锁定平台和多级重力压块，且多级重力压块由其对应的多级锁定平台进行支撑，从而将多级重力压块进行分级支撑，使得多级重力压块的重量不是集中在一个锁定平台上，而是由多级锁定平台进行分担支撑，从而降低了锁定平台的施工难度，提高了施工安全性。

多级重力压块由对应的多级锁定平台进行支撑，具体为，储气腔室18连接空气压缩机组和空气膨胀机组，空气压缩机组将得到的压缩空气通入储气腔室18中，压缩空气向上的压力带动承压筒2向上移动，承压筒2向上移动时带动一级重力压块8向上移动，一级重力压块8向上移动至与二级重力压块9相接时，储气腔室18中压力增大直到将二级重力压块9一起向上顶起，向上移动，以此类推，实现能量的存储。在释能时，储气腔室18中的压缩空气通入空气膨胀机组中进行做功，转化为电能，多级重力压块向下移动，直到N级重力压块通过N级锁定平台限位支撑停止移动，此时剩余的多级重力压块的重量减小，压缩空气持续向外做功，直到压缩空气的压力与剩余多级重力压块的重力平衡时，再向外做功，剩余多级重力压块的重力大于压缩空气的压力，剩余多级重力压块继续向下移动，直到N-1级重力压块与N-1级锁定平台相接，通过N-1级锁定平台限位支撑，此时余下的多级重力压块的的重量减少，压缩空气持续向外做功，直到压缩空气的压力与余下的多级重力压块的重力平衡时，再向外做功，余下的多级重力压块的重力大于压缩空气的压力，余下的多级重力压块继续向下移动，以此类推，直到承压筒2向下移动至限位元件3支撑在一级锁定平台6上时，一级重力压块8支撑在承压筒2顶部，通过逐级锁定，能够实现多级重力压块的多级支撑，使得每级锁定平台承受的重量均较小，提高了锁定平台的使用寿命。

在一些实施例中，多级重力压块均包括多个相同的重力件，重力件的直径大于支撑其的锁定平台的内径，小于其上方的锁定平台的内径。

具体为，一级重力压块8为例，一级重力压块8包括多个相同的一级重力件15，一级重力件15的直径大于一级锁定平台6的内径，小于二级锁定平台7的内径，使得一级重力件15可以穿过二级锁定平台7，而不能穿过一级锁定平台6，从而将一级重力件15支撑在一级锁定平台6上。同样地，二级重力压块9包括多个相同的二级重力件16。

在一些实施例中，锁定平台为预埋在竖井1内壁的锁定环，限位元件3为设置在承压筒2顶部外壁上的支撑圈，限位元件3的外径大于一级锁定平台6的内径，限位元件3的外径小于二级锁定平台7的内径，二级锁定平台7位于一级锁定平台6上方。具体为，限位元件3设置在承压筒2顶端外壁，二级锁定平台7位于一级锁定平台6上方，限位元件3的外径大于一级锁定平台6的内径，限位元件3的外径小于二级锁定平台7的内径，使得承压筒2能够穿过位于一级锁定平台6上方的二级锁定平台7，而不能穿过一级锁定平台6，从而使得限位元件3与一级锁定平台6接触时，通过限位元件3将承压筒2支撑在一级锁定平台6上。

承压筒2和竖井1的内壁之间通过第一密封膜10密封连接，第一密封膜10为柔性筒体，柔性筒体的顶端向内翻折形成顶端相连的内环段和外环段，内环段固定连接承压筒2底部，外环段固定连接竖井1内壁面，从而使得承压筒2、第一密封膜10以及竖井1位于第一密封膜10下方的空间形成储气腔室18。

在一些实施例中，第一密封膜10的固定方式如图4所示，第一螺栓23从外向内依次穿过第二密封垫片20、第二压板22、第一密封膜10、第一压板21、第一密封垫片19从而将第一密封膜10固定在承压筒2壁面或竖井1内壁面，第二密封垫片20的两端延伸后贴靠在第一密封膜10上。

具体为，以靠近壁面方向为内侧，远离壁面方向为外侧，此处的壁面为承压筒2壁面或竖井1内壁面，从内向外依次为第一密封垫片19、第一压板21、第一密封膜10、第二压板22、第二密封垫片20，在固定时，第一螺栓23从外向内依次穿过第二密封垫片20、第二压板22、第一密封膜10、第一压板21、第一密封垫片19将第一密封膜10固定在壁面，也就是说，在最内侧和最外侧分别设置第一密封垫片19和第二密封垫片20，其中第二密封垫片20的两端具有延伸段，第二密封垫片20的延伸段贴靠在第一密封膜10上，充气过程中，在气压作用下第二密封垫片20被压紧在第一密封膜10上，从而避免气体从第一密封膜10的锚固位置处泄露，起到了密封作用；第一密封垫片19的设置可以避免气体从第一密封膜10和壁面之间的空隙泄露，同样起到了密封作用。

多级第二密封膜设置在多级锁定平台下方，第一密封膜10漏气时通过多级第二密封膜实现密封。具体为，一级第二密封膜4设置在一级锁定平台6下方，二级第二密封膜5设置在二级锁定平台7下方，三级第二密封膜设置在三级锁定平台下方，以此类推，直至N级第二密封膜设置在N级锁定平台下方。可以理解的是，竖井1井口端地面为N级锁定平台，N级第二密封膜设置在靠近井口端的地面下方竖井1内壁面。

在一些实施例中，多级锁定平台下方均设置支撑环，支撑环的一端固定在竖井1内壁，支撑环的另一端具有圆弧角。具体为，支撑环位于锁定平台下方，每级锁定平台下方设置与之对应的支撑环，支撑环的一端固定在竖井1内壁，支撑环的另一端为自由端，且支撑环的自由端具有圆弧角。可以理解的是，具有圆弧角的支撑环的一端在搭接与之相应的第二密封膜时不会对第二密封膜造成损伤。

在一些实施例中，第二密封膜设置在与之相应的锁定平台和支撑环之间，第二密封膜的一端固定在竖井1内壁，第二密封膜远离竖井1内壁的一端延伸搭在支撑环上。

具体为，以一级第二密封膜4为例，一级第二密封膜4设置在一级锁定平台6下方，一级支撑环11设置在一级第二密封膜4的下方，一级支撑环11的一端固定在竖井1内壁，一级支撑环11的另一端具有圆弧角；一级第二密封膜4的一端通过螺栓固定在竖井1壁面，一级第二密封膜4的另一端延伸搭在支撑环具有圆弧角的一端。可以理解的是，二级第二密封膜5的设置方式与一级第二密封膜4的设置方式相同，二级支撑环12的设置方式与一级支撑环11的设置方式相同。

在一些实施例中，一级第二密封膜4与竖井1内壁面的固定方式如图5所示，以靠近竖井1内壁面为内侧，远离竖井1内壁面为外侧，一级第二密封膜4的固定端紧贴竖井1内壁面，在一级第二密封膜4的外侧设置第三压板25，第二螺栓24穿过第三压板25从而将一级第二密封膜4的固定端固定在竖井1内壁面。可以理解的是，在一些实施例中还可以在一级第二密封膜4与竖井1内壁面之间设置用于防止气体从一级第二密封膜4与竖井1内壁面之间的间隙泄露的密封垫片。另外，多级第二密封膜可以采用相同的固定方式。

在充气阶段，第一密封膜10开始鼓起，理想状态下第一密封膜10的两侧贴壁，中间呈半球鼓起，将气体密封在储气腔室18内，并带动重力压块运行。当第一密封膜10的锚固位置漏气时，气体经第一密封膜10从储气腔室18中泄露，气体沿第一密封膜10的间隙上升，由于一级支撑环11的作用，气体沿一级支撑环11与承压筒2之间的空隙继续上升，导致一级第二密封膜4伸长段与承压筒2外壁贴合，且漏气量越大，贴合越紧密，从而进行密封，避免了因第一密封膜10漏气造成的压缩空气泄漏。

在一些实施例中，在多级锁定平台下方对应设置多级沉管。多级沉管分别对与其相应的多级锁定平台进行支撑。可以理解的是，多级锁定平台下方设置多级沉管时，第一密封膜10的一端固定在一级沉管13上，第一密封膜10的另一端固定在承压筒2上；一级第二密封膜4的一端固定在一级沉管13上，另一端延伸后搭在一级支撑环11上；二级第二密封膜5的一端固定在二级沉管14上，另一端延伸后搭在二级支撑环12上。

在一些实施例中，竖井1为多级竖井，多级竖井的内径自下而上逐渐增大。可以理解的是，多级竖井的设置使得储气腔室18可以承担更大的气室压力。

本发明的储气系统通过设置多级锁定平台、多级第二密封膜和多级竖井，不仅能够实现分级锁定重力压块，分担锁定平台承受的压力，而且通过多级密封的方式大幅度减少气体泄露，另外，通过开挖竖井1且增加竖井1级数以承担更大的气室压力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种可实现多级密封及分级锁定重力压块的储气系统，其特征在于，包括：

多级锁定平台，所述多级锁定平台自下而上设置在竖井内壁面；

多级重力压块，所述多级重力压块对应设置在所述多级锁定平台上，一级重力压块设置在承压筒顶部；

所述承压筒，所述承压筒顶端外壁设置限位元件，所述承压筒在最低限位时通过所述限位元件支撑在位于所述竖井最底部的一级锁定平台上，所述承压筒和所述竖井的内壁之间通过第一密封膜密封连接；

多级第二密封膜，所述多级第二密封膜对应设置在所述多级锁定平台下方，所述第一密封膜漏气时通过所述多级第二密封膜实现多级密封；第一螺栓从外向内依次穿过第二密封垫片、第二压板、所述第一密封膜、第一压板、第一密封垫片从而将所述第一密封膜固定在所述承压筒壁面或所述竖井内壁面，所述第二密封垫片的两端延伸后贴靠在所述第一密封膜上。

2.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述第一密封膜为柔性筒体，所述柔性筒体的顶端向内翻折形成顶端相连的内环段和外环段，所述内环段固定连接所述承压筒底部，所述外环段固定连接所述竖井内壁面。

3.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述多级锁定平台下方均对应设置支撑环，所述支撑环的一端固定在所述竖井内壁，所述支撑环远离所述竖井内壁的一端具有圆弧角。

4.如权利要求2所述的储气系统，其特征在于，所述第二密封膜设置在与之相应的锁定平台和所述支撑环之间，所述第二密封膜的一端固定在所述竖井内壁，所述第二密封膜远离所述竖井内壁的一端搭在所述支撑环上。

5.如权利要求4所述的储气系统，其特征在于，一级第二密封膜设置在所述一级锁定平台下方，所述第一密封膜漏气时，在所述支撑环的作用下气体沿着所述支撑环与所述承压筒之间的空隙上升，所述一级第二密封膜远离所述竖井内壁的一端与所述承压筒外壁贴合进行密封。

6.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述竖井为多级竖井，所述多级竖井的内径自下而上逐渐增大。

7.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述多级锁定平台下方对应设置多级沉管。

8.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述锁定平台为预埋在所述竖井内壁的锁定环，所述限位元件为设置在所述承压筒顶端外壁上的支撑环，所述限位元件的外径大于所述一级锁定平台的内径，所述限位元件的外径小于二级锁定平台的内径，所述二级锁定平台位于所述一级锁定平台上方。

9.如权利要求1所述的储气系统，其特征在于，所述重力压块均包括多个相同的重力件，所述重力件的直径大于支撑其的锁定平台的内径，小于其上方的锁定平台的内径。