CN115468301A - 一种发电机组耗能装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种发电机组耗能装置，其包括容器、加热单元和调节单元，多个加热单元设置于容腔中并与发电机组的输出端可通断地电连接，设置于容腔中的调节元件与发电机组的输出端电连接，接入的加热元件的功率和调节元件的接入功率共同组成了该发电机组耗能装置的消耗功率。通过上述结构，该发电机组耗能装置不仅能够通过调节接入的加热元件的数量来调节该发电机组耗能装置的消耗功率，还能够通过调节调节元件的接入功率对该发电机组耗能装置的消耗功率进行调节，由于调节元件的接入功率是可连续的，使得该发电机组耗能装置的消耗功率的调节是可连续的，其消耗功率的调节精度较高，能够与超临界二氧化碳发电系统相匹配。

Description

一种发电机组耗能装置

技术领域

本发明涉及耗能装置技术领域，尤其涉及一种发电机组耗能装置。

背景技术

在发电系统中，当运行的发电系统未接入电网或用电设备时，为了保证发电系统的安全运行，需要另外设置耗能装置，对发电系统多余的电能进行消耗。

因为超临界二氧化碳发电系统具有发电效率高、系统体积小等优点，所以受到人们的越发关注。现有的耗能装置具有较大体积，通常适用于功率较大的发电系统，其消耗调节的精度较低，调节动作相对较慢，难以与发电功率小、工况变化快的超临界二氧化碳发电系统相匹配。

发明内容

本申请实施例提供了一种发电机组耗能装置，该发电机组耗能装置的消耗功率调节精度较高，能够与超临界二氧化碳发电系统相匹配。

第一方面，本申请提供一种发电机组耗能装置，包括容器、调节元件和多个加热元件，容器中形成有容腔，容腔中盛有换热介质，容器设有进口和出口，进口和出口均与容腔连通；多个加热元件间隔设置于容腔中，多个加热元件均与发电机组的输出端可通断地电连接；调节元件设置于容腔中并与发电机组的输出端电连接，调节元件的接入功率配置为可连续调节。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，容腔中设有折流板，折流板连接于容器的内壁，折流板将容腔分隔为相互连通的流道，流道连通于进口和出口之间。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，折流板设有多个，多个折流板等间隔设置，多个加热元件等间隔穿设于折流板。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，容腔中设有防冲板，防冲板连接于容器的内壁，防冲板挡于进口的朝向。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，防冲板与进口的中心线的夹角配置为锐角。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，加热元件通过螺纹连接的方式与防冲板连接。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，多个加热元件分为第一加热元件组和第二加热元件组，第一加热元件组和第二加热元件组交替设置，第一加热元件组中的加热元件的输入端位于容器靠近出口的外侧，第二加热元件组中的加热元件的输入端位于容器靠近进口的外侧。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，沿加热元件延伸方向，多个加热元件在容器的端部的投影位于矩形、五边形、六边形中的至少一种所界定的范围内。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，沿加热元件延伸方向，相邻三个加热元件在容器的端部投影形状的中心的连线形成等边三角形。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，容腔中设有液位开关，液位开关与加热元件和调节元件电连接。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，加热元件的长径比为A，85≤A≤100。

在本申请一些具体实施方式所提供的发电机组耗能装置中，加热元件的额定功率为P，P≤100kW，调节元件的接入功率的调节范围为0至100kW。

本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请提供一种发电机组耗能装置，其包括容器、加热单元和调节单元，多个加热单元设置于容器盛有换热介质的容腔中，多个加热元件与发电机组的输出端可通断地电连接，能够通过调节与发电机组的输出端连接的加热元件的数量，对该发电机组耗能装置的消耗功率进行调节；另外，设置于容腔中的调节元件与发电机组的输出端电连接，接入的加热元件的功率和调节元件的接入功率共同组成了该发电机组耗能装置的消耗功率。通过上述结构，该发电机组耗能装置不仅能够通过调节接入的加热元件的数量来调节该发电机组耗能装置的消耗功率，还能够通过调节调节元件的接入功率对该发电机组耗能装置的消耗功率进行调节，由于调节元件的接入功率是可连续的，使得该发电机组耗能装置的消耗功率的调节是可连续的，其消耗功率的调节精度较高，能够与超临界二氧化碳发电系统相匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发电机组耗能装置一个视角的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种发电机组耗能装置另一个视角的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种发电机组耗能装置中加热元件与防冲板的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种发电机组耗能装置中加热元件的布置示意图；

图5是本发明实施例提供的一种发电机组耗能装置中相邻三个加热元件的布置示意图。

图中：1、容器；11、容腔；12、进口；13、出口；2、加热元件；3、调节元件；4、折流板；5、防冲板；6、螺母。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本申请具体实施方式所提供的发电机组耗能装置的技术方案进行进一步描述。

本申请实施例提供一种发电机组耗能装置，如图1所示，该发电机组耗能装置包括容器1、调节元件3、多个加热元件2，容器1中形成有容腔11，容腔11中盛有换热介质，容腔11设有进口12和出口13，进口12和出口13均与容腔11连通；多个加热元件2间隔设置于容腔11中，多个加热元件2均与发电机组的输出端可通断地电连接；调节元件3设置于容腔11中并与发电机组的输出端电连接，调节元件3的接入功率配置为可连续调节。

容器1可以指具有容纳盛放物质能力的构件，其形成有容腔11，容腔11中盛放有换热介质。在一些实施例中，容器1为压力容器，其能够呈承受一定的压力，使得该容器1的容腔11盛放的换热介质可以为具有一定压力的流体，具有一定压力的流体能形成压力差，使得流体能够在压力差的作用下流动。容器1可以为圆柱形的罐体，也可以为截面形状为椭圆形的罐体，还可以为球形的罐体，本领域技术人员可以根据实际情况设置容器1的外形，只要满足其容纳换热介质的要求即可。

如图2所示，容器1上的进口12可以指设置于容器1上与容腔11连通的开口，其用于外界向容腔11中通入换热介质，容器1上的出口13可以指设置于容器1上与容腔11连通的开口，其用于使容腔11中的换热介质向外界排出。容器1设置进口12和出口13，使得外界能够向容腔11中通入换热介质，容腔11中的换热介质能够向外界排出，使得容腔11中的换热介质不断流动。

加热元件2可以指能够将电能转化为热能的器件，其设置于容器1的容腔11中，能够对容腔11中的换热介质进行加热，将电能转化为换热介质的内能储存起来。加热元件2设有多个，多个换热元件间隔设置，不仅使得该发电机组耗能装置能够提供较大地对换热介质的加热功率，还有利于提高对换热介质加热的均匀性。具体地，该发电机组耗能装置包括16个加热元件2，16个加热元件2间隔设置于容腔11中，16个加热元件2使得该发电机组耗能装置具有足够的耗能功率来消耗发电机组产生的电能。

在一些实施例中，加热元件2的长径比为A，85≤A≤100。

加热元件2的长径比范围设置为85至100，能够增大加热元件2的相对换热面积，有利于提高加热元件2的加热功率。具体地，加热元件2的直径可以设置为16mm，长度可以设置为1470mm，有利于增大加热元件2的相对换热面积。

在一些实施例中，多个加热元件2均与发电机组的输出端可通断地电连接，使得与发电机组的输出端连接的加热元件2的数量可以进行调节，使得能够通过调节接入的加热元件2的数量来调节该发电机组耗能装置的消耗功率。需要说明的是，此处的发电机组可以指超临界二氧化碳发电机组，本申请实施例提供的发电机组耗能装置能够与超临界二氧化碳发电机组匹配。

在一些实施例中，加热元件2的额定功率为P，P≤100kW。

加热元件2的额定功率设置为小于等于100kW，使得加热元件2接入的数量变化时，该发电机组耗能装置的耗能功率能够以较小的数值变化，有利于实现该发电机组耗能装置的耗能功率的快速、精确调节。

调节元件3为能够将电能转化为热能的器件，其设置于容器1的容腔11中，能够对容腔11中的换热介质进行加热，将电能转化为换热介质的内能储存起来。调节元件3与发电机组的输出端电连接，能够利用发电机组产生的电能对换热介质加热，转化为换热介质的内能储存起来。

调节元件3的接入功率配置为可连续调节，使得该发电机组耗能装置的消耗功率的调节是可连续的，其消耗功率的调节精度较高，使得该发电机组耗能装置能够与工况变化快的超临界二氧化碳发电系统相匹配。在一些实施例中，可以是调节元件3为加热电阻，其接入电阻配制为连续可调节设置，使得调节元件3的接入功率可以连续调节，有利于提高该发电机组耗能装置的消耗功率调节精度。

在一些实施例中，调节元件3的接入功率的调节范围为0至100kW。

调节元件3的接入功率处于该调节范围，使得调节元件3的接入功率能够实现从0至加热元件2的额定功率范围内的调节，实现了该发电机组耗能装置的消耗功率的连续调节，有利于提高该发电机组耗能装置的消耗功率调节精度。

在上述结构中，不仅能够通过调节接入的加热元件2的数量来调节该发电机组耗能装置的消耗功率，还能够通过调节调节元件3的接入功率对该发电机组耗能装置的消耗功率进行调节，由于调节元件3的接入功率是可连续的，使得该发电机组耗能装置的消耗功率的调节是可连续的，其消耗功率的调节精度较高，能够与工况变化快的超临界二氧化碳发电系统相匹配。

在一些实施例中，容腔11中设有折流板4，折流板4连接于容器1的内壁，折流板4将容腔11分隔为相互连通的流道，流道连通于进口12和出口13之间。

折流板4可以指连接于容器1的内壁上的板状构件，其将容腔11分隔为相互连通的流道，流道连通于进口12和出口13之间，使得从进口12进入容腔11中的换热介质能够沿流道流过设定的轨迹并从出口13流出，能够使流动轨迹覆盖加热元件2和调节元件3的整个加热区域，从而消除流动死区，使加热更加均匀，有利于提高换热介质与加热元件2和调节元件3的换热效率。折流板4的部分边沿连接于容器1的内壁，折流板4的另一部分边沿未与容器1的内壁连接，使折流板4两侧的流道连通。

在一些实施例中，折流板4设有多个，多个折流板4等间隔设置，多个加热元件2等间隔穿设于折流板4。

折流板4设有多个，多个折流板4等间隔设置，使得折流板4分隔形成的流道有多条，有利于延长换热介质在容腔11中的流程，使得换热介质与加热元件2和调节元件3充分换热。在一些实施例中，多个加热元件2等间隔设置，使得换热介质的受热均匀，能够减小换热介质局部区域出现温度过高的可能。优选地，相邻两个加热元件2之间的间隔设置为90mm，使得多个加热元件2的布置较密，有利于提高该发电机组耗能装置的功率密度。

优选地，折流板4的布置间距范围设置为190mm至210mm，使得相邻两个折流板4之间形成的流道的宽度范围为190mm至210mm，此宽度范围的流道具有足够的过流能力，使得换热介质能够顺利的从流道流过。

加热元件2穿设于折流板4，使得加热元件2能够与折流板4连接，有利于提高加热元件2在容器1中的安装牢固性，有利于延长该发电机组耗能装置的使用寿命。

在一些实施例中，容腔11中设有防冲板5，防冲板5连接于容器1的内壁，防冲板5挡于进口12的朝向。

防冲板5可以指设置于容腔11中的板状构件，其连接于容器1的内壁上，且阻挡于容器1进口12的朝向，使得从容器1的进口12通入的换热介质冲击在防冲板5上被缓冲，能够减小从进口12通入的高速换热介质对进口12周围的加热元件2和调节元件3的冲击，起到保护作用，有利于延长加热元件2和调节元件3的使用寿命。

在一些实施例中，防冲板5与进口12的中心线的夹角配置为锐角。

防冲板5与进口12的中心线的夹角配置为锐角，使得进口12通入的高速换热介质在冲击至防冲板5上时，防冲板5能够将换热介质向一侧导向，使换热介质向预设区域流动，减小了换热介质对进口12附近的部件冲击的可能。优选地，防冲板5与进口12的中心线的夹角配置为30°，进口12通入的高速换热介质冲击至防冲板5上后能够被防冲板5导向预设区域，减小了换热介质对进口12附近的部件的冲击。

在本申请的一些实施例中，如图3所示，加热元件2通过螺纹连接的方式与防冲板5连接。

加热元件2的外周面上设有外螺纹，防冲板5上设有过孔，加热元件2穿过过孔后，螺母旋拧连接于加热元件2的外周面，将加热元件2与防冲板5锁紧。当加热元件2与防冲板5通过螺纹连接后，再将螺母焊接于加热元件2上，不仅能够增大加热元件2的刚性，还能够防止换热介质的流动对螺母的冲击导致螺母松脱，有利于提高加热元件2连接的牢固性。在一些实施例中，螺母与加热元件2的焊接可以采用激光焊接、氩弧焊、二氧化碳保护焊等焊接方式，本领域技术人员可以根据实际情况选择螺母与加热元件2的焊接方式。

在本申请的一些实施例中，多个加热元件2分为第一加热元件2组和第二加热元件2组，第一加热元件2组和第二加热元件2组交替设置，第一加热元件2组中的加热元件2的输入端位于容器1靠近出口13的外侧，第二加热元件2组中的加热元件2的输入端位于容器1靠近进口12的外侧。

通过上述设置，第一加热元件2组中的加热元件2和第二加热元件2组中的加热元件2交替设置，使得多个加热元件2在容腔11中的布置方便。第一加热元件2组中的加热元件2的输入端位于容器1靠近出口13的外侧，第二加热元件2组中的加热元件2的输入端位于容器1靠近进口12的外侧，使得多个加热元件2的输入端分散布置于容器1的两端，不仅便于多个加热元件2与容器1的连接，也便于多个加热元件2的输入端与发电机组的输出端连接。

在一些实施例中，如图4所示，沿加热元件2延伸方向，多个加热元件2在容器1的端部的投影位于矩形、五边形、六边形中的至少一种所界定的范围内。

加热元件2可以为管状的加热元件2，其中心轴线与容器1的中心轴线平行设置，使得加热元件2的长度方向沿容器1的长度方向布置，加热元件2的延伸方向即为容器1的长度方向。在一些实施例中，沿加热元件2延伸方向，多个加热元件2在容器1的端部的投影位于矩形、正五边形、正六边形中的至少一种所界定的范围内，多个加热元件2按该种形式布置，使得多个加热元件2在容腔11中的布置方便。

在一些实施例中，如图5所示，沿加热元件2延伸方向，相邻三个加热元件2在容器1的端部投影形状的中心的连线形成等边三角形。

通过上述结构，容腔11中的多个加热元件2的排布较为紧凑，可以有效提高该发电机组耗能装置的功率密度，有利于减少该发电机组耗能装置的体积。

在一些实施例中，容腔11中设有液位开关，液位开关与加热元件2和调节元件3电连接。

液位开关是指通过液位来控制线路通断的开关，其设置于容腔11中，通过检测到的换热介质的液面高度来控制加热元件2和调节元件3的通断，当液位开关检测到换热介质的液面高度低于预设的液面高度时，加热元件2与发电机组的电连接断开，调节元件3与发电机组的电连接断开，该发电机组耗能装置停止对换热介质加热，防止加热元件2烧毁。

在一些实施例中，容腔11中设有三个液位开关，当三个液位开关中的两个检测到换热介质的液面高度低于预设的液面高度时，加热元件2与发电机组的电连接断开，调节元件3与发电机组的电连接断开，能够减小因液位开关误动作导致的该发电机组耗能装置停止加热发生的概率。

在一些实施例中，该发电机组耗能装置还包括测量保护系统，测量保护系统能够根据超临界二氧化碳发电机组的运行状态自动地调节该发电机组耗能装置接入的加热元件2的数量。该测量保护系统包括设置于发电机组的转速传感器，转速传感器能够对发电机组的透平的转速进行监控，若透平转速与设定转速的偏差过大，则测量保护系统将通过自动连接或断开部分加热元件2的方式来改变该发电机组耗能装置的耗能功率以使得耗能功率与发电机组的扭矩匹配，使得透平转速维持在设定值，有利于减小发电机组运行工况发生偏离的可能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种发电机组耗能装置，其特征在于，包括：

容器，所述容器中形成有容腔，所述容腔中盛有换热介质，所述容器设有进口和出口，所述进口和所述出口均与所述容腔连通；

多个加热元件，间隔设置于所述容腔中，多个所述加热元件均与发电机组的输出端可通断地电连接；

调节元件，设置于所述容腔中并与所述发电机组的输出端电连接，所述调节元件的接入功率配置为可连续调节。

2.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述容腔中设有折流板，所述折流板连接于所述容器的内壁，所述折流板将所述容腔分隔为相互连通的流道，所述流道连通于所述进口和所述出口之间。

3.根据权利要求2所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述折流板设有多个，多个所述折流板等间隔设置，多个所述加热元件等间隔穿设于所述折流板。

4.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述容腔中设有防冲板，所述防冲板连接于所述容器的内壁，所述防冲板挡于所述进口的朝向。

5.根据权利要求4所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述防冲板与所述进口的中心线的夹角配置为锐角。

6.根据权利要求4所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述加热元件通过螺纹连接的方式与所述防冲板连接。

7.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，多个所述加热元件分为第一加热元件组和第二加热元件组，所述第一加热元件组和所述第二加热元件组交替设置，所述第一加热元件组中的所述加热元件的输入端位于所述容器靠近所述出口的外侧，所述第二加热元件组中的所述加热元件的输入端位于所述容器靠近所述进口的外侧。

8.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，沿所述加热元件延伸方向，多个所述加热元件在所述容器的端部的投影位于矩形、五边形、六边形中的至少一种所界定的范围内。

9.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，沿所述加热元件延伸方向，相邻三个所述加热元件在所述容器的端部投影形状的中心的连线形成等边三角形。

10.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述容腔中设有液位开关，所述液位开关与所述加热元件和所述调节元件电连接。

11.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述加热元件的长径比为A，85≤A≤100。

12.根据权利要求1所述的发电机组耗能装置，其特征在于，所述加热元件的额定功率为P，P≤100kW，所述调节元件的接入功率的调节范围为0至100kW。

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