一种多合缸空气透平机组的制作方法

本发明涉及压缩空气储能发电技术领域，具体地讲，涉及一种多合缸空气透平机组。

背景技术：

近年来对具有储能功能示范电站的研究逐渐受到人们的追捧，目前大规模储能技术有光热、抽水蓄能、电池储能以及压缩空气储能等，其中光热和抽水蓄能都对场地有特殊的要求，电池储能寿命较短且对环境不友好，而压缩空气储能不受地理条件限制，无资源约束，工作介质为最常见的空气，环保无害，且寿命长，设计寿命大于40年，同时可实现冷-热-电三联供，综合利用效率高。压缩空气储能电站在储能时，来自风电、光伏或其他电力来源的电能通过电动机驱动多段空气压气机将空气压缩至高压并储存至高压储罐或岩穴、岩洞中，而各段压气机压缩过程中产生的热量通过换热器回收并储存在储热介质中并存储至热罐，能量释放时，来自高压储罐的高压空气进入多段空气透平膨胀做功，各段透平进口的空气均要通过各级压气机前换热器和高温储热介质进行换热，换热完的储热介质储存至冷罐。作为压缩空气储能的核心动力部件空气透平，其结构形式、效率直接决定了电站的投资成本和经济性，由此，研究设计一种提高机组经济性的多合缸空气透平机组成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多合缸空气透平机组，其目的一在于能够充分利用空气储能系统的多段压缩热量，提高机组的循环效率及经济性，其目的二在于采用多组合缸气缸结构，减少气缸数量，减少轴封漏气，降低成本，以进一步提高机组经济性，其目的三在于采用多合缸空气透平机组，能减少电厂现场的安装时间和减小安装难度，具有很好的推广使用效果。

本发明采用的技术方案如下：

一种多合缸空气透平机组，包括

合缸组件，所述合缸组件包括至少两段合缸，每段所述合缸均配置有至少两个进气口和至少两个排气口，且每个所述进气口与排气口均配置有相应的阀门；

轴承箱组件，所述轴承箱体组件包括安装在所述合缸组件前端的前轴承箱、安装在所述合缸组件后端的后轴承箱以及位于相邻两段合缸之间的中间轴承箱；每段所述合缸均通过其前后两端的猫爪搭接在轴承箱组件对应的枕座上；

透平转子，所述透平转子穿设在所述合缸组件内并分别支撑在前轴承箱、中间轴承箱和后轴承箱上，所述透平转子的端部通过联轴器与外部驱动装置连接，以使空气通过所述进气口进入所述合缸组件后膨胀而推动所述透平转子旋转，并同步带动与透平转子连接的驱动装置旋转，以进行扭转的传递；

整体基架，所述轴承箱组件安装在整体基架上，所述整体基架用以承受整个机组的重量。

本技术方案中多合缸空气透平机组是通过整体基架承受整个机组重量，轴承箱组件中的前轴承箱、中间轴承箱及后轴承箱分别安装在整体基架上，共同承受合缸组件和透平转子的重量以及透平转子的运动载荷，通过轴承箱组件在机组工作时吸收合缸组件传递的膨胀量，以及承受合缸组件和透平转子传递的轴向推力，将透平转子支撑在前轴承箱、中间轴承箱和后轴承箱上，其端部和外部驱动装置连接进行扭矩的传递，采用上述多合缸空气透平机组一方面能够减少电厂现场的安装时间和减小安装难度，另一方面能够充分利用空气储能系统的多段压缩热量，提高机组的循环效率及经济性，再一方面能够减少气缸数量，减少轴封漏气，降低成本，以进一步提高机组经济性，由此具有很好的推广使用效果。

作为上述技术方案的优选，所述合缸组件包括ⅰ-ⅱ段合缸和ⅲ-ⅳ段合缸，所述ⅰ-ⅱ段合缸通过其前后两端的猫爪分别搭接在所述前轴承箱和中间轴承箱的枕座上，所述ⅲ-ⅳ段合缸通过其前后两端的猫爪分别搭接在所述中间轴承箱和后轴承箱的枕座上。采用上述结构，通过前轴承箱的枕座承受ⅰ-ⅱ段合缸猫爪传递的部分重量，以使前轴承箱作为透平转子的一个支撑点，前轴承箱在机组工作时吸收ⅰ-ⅱ段合缸传递的膨胀量；通过中间轴承箱的枕座承受ⅰ-ⅱ段合缸和ⅲ-ⅳ段合缸猫爪传递的部分重量，中间轴承箱作为透平转子的另一个支撑点，中间轴承箱是机组的绝对死点及相对死点，在机组工作时，承受ⅰ-ⅱ段合缸、ⅲ-ⅳ段合缸及透平转子传递的轴向推力；并通过后轴承箱的枕座承受ⅲ-ⅳ段合缸猫爪传递的部分重量，后轴承箱作为透平转子的又一个支撑点，后轴承箱是机组的相对死点，在机组工作时吸收ⅲ-ⅳ段合缸传递的膨胀量，以达到机组平稳安全运行效果。

作为上述技术方案的优选，所述ⅰ-ⅱ段合缸包括有ⅰ段排气口、ⅰ段进气口、ⅱ段进气口和ⅱ段排气口，所述ⅰ段进气口为具有两个进气口的双向进气结构，所述ⅰ段进气口为设于所述ⅰ-ⅱ段合缸底部的下排结构。由此本技术方案中ⅰ-ⅱ段合缸的ⅰ段进气口采用双向进气结构及ⅰ段排气口采用下排结构，其目的在于降低进气损失，增加机组效率。

作为上述技术方案的优选，所述ⅰ段进气口的两个进气口分别配置有ⅰ段左阀和ⅰ段右阀，并分别通过法兰与ⅰ段左阀和ⅰ段右阀刚性连接，所述ⅰ段排气口与空气储能系统的再热器配置的ⅰ段再热管路进口连接。采用上述结构，能够通过调节ⅰ段左阀和ⅰ段右阀的开度控制进入ⅰ段进气口的空气量，以使空气进入气缸后膨胀做功推动透平转子旋转，将空气内能转化成透平转子的动能，由于透平转子和外部的被驱动装置连接，如此使得机组达到目标转速或负荷；进而膨胀后的空气从ⅰ段排气口排出并通过ⅰ段再热管路进入空气储能系统的再热器。

作为上述技术方案的优选，所述ⅱ段进气口配置有ⅱ段联合阀，且ⅱ段进气口通过ⅱ段主气管和ⅱ段联合阀连接，所述ⅱ段联合阀的进口与空气储能系统的再热器配置的ⅰ段再热管路的出口连接；所述ⅱ段排气口与空气储能系统的再热器配置的ⅱ段再热管路进口连接。由此，上述进入空气储能系统的再热器被加热后的空气进入ⅱ段联合阀，通过调节ⅱ段联合阀开度控制进入ⅱ段进气口的空气量，使得机组达到目标负荷，如此能够充分利用空气储能系统的ⅰ-ⅱ段合缸空气压缩热量，提高ⅰ-ⅱ段合缸的空气循环效率。

作为上述技术方案的优选，所述ⅰ段左阀、ⅰ段右阀以及ⅱ段联合阀均通过阀门支架与所述整体基架弹性连接。

作为上述技术方案的优选，所述ⅲ-ⅳ段合缸包括有ⅲ段排气口、ⅲ段进气口、ⅳ段进气口和ⅳ段排气口，所述ⅲ段进气口配置有ⅲ段联合阀，所述ⅲ段进气口通过ⅲ段主气管和ⅲ段联合阀连接，所述ⅲ段联合阀的进口与空气储能系统的再热器配置的ⅱ段再热管路的出口连接，所述ⅲ段排气口与空气储能系统的再热器配置的ⅲ段再热管路进口连接。由此经过ⅰ-ⅱ段合缸膨胀后的空气温度和压力再次降低，从ⅱ段排气口排出并通过ⅱ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被二次加热的空气进入ⅲ段联合阀，通过调节ⅲ段联合阀开度控制进入ⅲ段进气口的空气量，使得机组达到目标负荷，以提高相邻两段合缸之间的循环效率。

作为上述技术方案的优选，所述ⅳ段进气口配置有ⅳ段联合阀，所述ⅳ段进气口通过ⅳ段主气管和ⅳ段联合阀连接，所述ⅳ段联合阀进口与空气储能系统的再热器配置的ⅲ段再热管路的出口连接，膨胀后的空气通过ⅳ段排气口进入现有空气储能系统。由此从ⅲ段排气口排出的空气通过ⅲ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被加热后的空气进入ⅳ段联合阀，通过ⅳ段联合阀开度控制进入ⅳ段进气口的空气量，使得机组达到目标负荷，如此能够充分利用空气储能系统ⅲ-ⅳ段合缸的空气压缩热量，提高ⅲ-ⅳ段合缸的空气循环效率。

作为上述技术方案的优选，所述ⅲ段联合阀和ⅳ段联合阀通过阀门支架与所述整体基架弹性连接。

作为上述技术方案的优选，所述ⅰ-ⅱ段合缸和ⅲ-ⅳ段合缸均包括在其前后两端呈对称布置的两组猫爪，在所述前轴承箱上设置有与ⅰ-ⅱ段合缸上猫爪相对应的一组枕座，在所述后轴承箱上设置有与ⅲ-ⅳ段合缸上猫爪相对应的一组枕座，在所述中间轴承箱的两端分别设置有与ⅰ-ⅱ段合缸和ⅲ-ⅳ段合缸上猫爪相对应的一组枕座，以使轴向推动力传递稳定，进一步保证机组平稳运行。

如上所述，本发明相对于现有技术至少具有如下有益效果：

1.本发明采用整体基架结构用以承受整个机组的重量，方便机组的整体发货和运输；且用于搭接合缸组件的轴承箱组件均通过每段合缸前后两端的猫爪搭接在轴承箱组件对应的枕座上，可有效减少电厂现场的安装时间和安装难度。

2.本发明合缸组件中的每段所述合缸均配置有至少两个进气口和至少两个排气口，其结合现有空气储能系统的再热器能充分利用多段空气压缩热量，从而提高机组经济性。

3.本发明多合缸空气透平机组采用的合缸组件结构设计可有效减少气缸数量，减少轴封漏气，降低成本，提高机组经济性。

4.本发明ⅰ-ⅱ段合缸的ⅰ段进气口采用双向进气结构及ⅰ段排气口采用下排结构，其目的在于降低进气损失，增加机组效率。

综上所述，本发明提供的多合缸空气透平机组一方面能够减少电厂现场的安装时间和减小安装难度，另一方面能够充分利用空气储能系统的多段压缩热量，提高机组的循环效率及经济性，再一方面能够减少气缸数量，减少轴封漏气，降低成本，以进一步提高机组经济性，由此具有很好的推广使用效果，适合推广应用。

附图说明

本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1是本发明示例性实施例多合缸空气透平机组的结构示意图；

图2是本发明示例性实施例多合缸空气透平机组另一侧的结构示意图；

图3是本发明示例性实施例中ⅰ-ⅱ段合缸的结构示意图；

图4是本发明示例性实施例中ⅲ-ⅳ段合缸的结构示意图。

附图标记说明：1-整体基架；2-前轴承箱；3-ⅰ-ⅱ段合缸；4-ⅰ段左阀；5-ⅰ段右阀；6-ⅱ段主气管；7-ⅱ段联合阀；8-中间轴承箱；9-ⅲ-ⅳ段合缸；10-后轴承箱；11-透平转子；12-ⅳ段联合阀；13-ⅳ段主气管；14-ⅲ段联合阀；15-ⅲ段主气管；16-枕座；17-猫爪；18-ⅰ段排气口；19-ⅰ段进气口；20-ⅱ段进气口；21-ⅱ段排气口；22-ⅲ段排气口；23-ⅲ段进气口；24-ⅳ段进气口；25-ⅳ段排气口；26-阀门支架。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

实施例一基本如图1和图2所示：本实施例提供了一种多合缸空气透平机组，应用于空气储能系统中，利用高压空气进入多合缸空气透平机组膨胀做功；具体地，该多合缸空气透平机组包括合缸组件、轴承箱组件、透平转子11以及用以承受整个机组的重量的整体基架1，本实施例提供的整体基架1通过其下底面与基础进行连接，其上平面用以安装轴承箱组件。

其中，合缸组件包括至少两段合缸，本实施例以合缸组件包括ⅰ-ⅱ段合缸3和ⅲ-ⅳ段合缸9两段合缸为例，每段合缸均配置有至少两个进气口和至少两个排气口，且每个进气口与排气口均配置有相应的阀门；结合两段合缸安装设计，本实施例提供的轴承箱体组件包括安装在合缸组件前端的一前轴承箱2、安装在合缸组件后端的一后轴承箱10以及位于相邻两段合缸之间的一中间轴承箱8，每段合缸均通过其前后两端的猫爪17搭接在轴承箱组件对应的枕座16上，同时透平转子11穿设在合缸组件内并分别支撑在前轴承箱2、中间轴承箱8和后轴承箱10上，以形成多合缸空气透平机组；上述透平转子11的端部通过联轴器与外部驱动装置连接，以使空气通过进气口进入合缸组件后膨胀而推动透平转子11旋转，并同步带动与透平转子11连接的驱动装置旋转，以进行扭转的传递。

具体地，轴承箱组件中的前轴承箱2、中间轴承箱8及后轴承箱10分别安装在整体基架1的上平面，ⅰ-ⅱ段合缸3通过其前后两端的猫爪17分别搭接在前轴承箱2和中间轴承箱8的枕座16上，通过前轴承箱2的枕座16承受ⅰ-ⅱ段合缸3猫爪17传递的部分重量，以使前轴承箱2作为透平转子11的一个支撑点，前轴承箱2在机组工作时吸收ⅰ-ⅱ段合缸3传递的膨胀量；ⅲ-ⅳ段合缸9通过其前后两端的猫爪17分别搭接在中间轴承箱8和后轴承箱10的枕座16上，通过中间轴承箱8的枕座16承受ⅰ-ⅱ段合缸3和ⅲ-ⅳ段合缸9猫爪17传递的部分重量，中间轴承箱8作为透平转子11的另一个支撑点，中间轴承箱8是机组的绝对死点及相对死点，在机组工作时，承受ⅰ-ⅱ段合缸3、ⅲ-ⅳ段合缸9及透平转子11传递的轴向推力，并通过后轴承箱10的枕座16承受ⅲ-ⅳ段合缸9猫爪17传递的部分重量，后轴承箱10作为透平转子11的又一个支撑点，后轴承箱10是机组的相对死点，在机组工作时吸收ⅲ-ⅳ段合缸9传递的膨胀量，以达到机组平稳安全运行效果。

结合图1和图3所示，本实施例提供的ⅰ-ⅱ段合缸3包括有ⅰ段排气口18、ⅰ段进气口19、ⅱ段进气口20和ⅱ段排气口21，ⅰ段进气口19为具有两个进气口的双向进气结构，ⅰ段进气口19为设于ⅰ-ⅱ段合缸3底部的下排结构，以形成具有三个进气口和两个排气口的ⅰ-ⅱ段合缸3结构，而本实施例ⅰ-ⅱ段合缸3的ⅰ段进气口19采用双向进气结构及ⅰ段排气口18采用下排结构，其目的在于降低进气损失，增加机组效率。

本实施例中ⅰ段进气口19的两个进气口分别配置有ⅰ段左阀4和ⅰ段右阀5，并分别通过法兰与ⅰ段左阀4和ⅰ段右阀5刚性连接，ⅰ段排气口18与空气储能系统的再热器配置的ⅰ段再热管路进口连接；如此能够通过调节ⅰ段左阀4和ⅰ段右阀5的开度控制进入ⅰ段进气口19的空气量，以使空气进入气缸后膨胀做功推动透平转子11旋转，将空气内能转化成透平转子11的动能，由于透平转子11和外部的被驱动装置连接，如此使得机组达到目标转速或负荷；进而膨胀后的空气从ⅰ段排气口18排出并通过ⅰ段再热管路进入空气储能系统的再热器；本实施例中再热器为空气储能系统中的现有技术，其再热管路根据合缸组件相应的进气口及排气口配置，以实现压缩空气循环利用，其并不为本实施例多合缸空气透平机组的发明点，故在此不作赘述。

进一步地，ⅱ段进气口20配置有ⅱ段联合阀7，且ⅰ段左阀4、ⅰ段右阀5以及ⅱ段联合阀7均通过阀门支架26与整体基架1弹性连接，ⅱ段进气口20通过ⅱ段主气管6和ⅱ段联合阀7连接，ⅱ段联合阀7的进口与空气储能系统的再热器配置的ⅰ段再热管路的出口连接，ⅱ段排气口21与空气储能系统的再热器配置的ⅱ段再热管路进口连接；由此，上述进入空气储能系统的再热器被加热后的空气进入ⅱ段联合阀7，通过调节ⅱ段联合阀7开度控制进入ⅱ段进气口20的空气量，使得机组达到目标负荷，如此能够充分利用空气储能系统的ⅰ-ⅱ段合缸3空气压缩热量，提高ⅰ-ⅱ段合缸3的空气循环效率。

结合图2和图4所示，本实施例提供的ⅲ-ⅳ段合缸9包括有ⅲ段排气口22、ⅲ段进气口23、ⅳ段进气口24和ⅳ段排气口25，以形成具有两个进气口和两个排气口的ⅲ-ⅳ段合缸9结构；具体地，ⅲ段进气口23配置有ⅲ段联合阀14，ⅲ段进气口23通过ⅲ段主气管15和ⅲ段联合阀14连接，ⅲ段联合阀14的进口与空气储能系统的再热器配置的ⅱ段再热管路的出口连接，ⅲ段排气口22与空气储能系统的再热器配置的ⅲ段再热管路进口连接；由此经过ⅰ-ⅱ段合缸3膨胀后的空气温度和压力再次降低，从ⅱ段排气口21排出并通过ⅱ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被二次加热的空气进入ⅲ段联合阀14，通过调节ⅲ段联合阀14开度控制进入ⅲ段进气口23的空气量，使得机组达到目标负荷，以提高相邻两段合缸之间的循环效率。

进一步地，ⅳ段进气口24配置有ⅳ段联合阀12，ⅲ段联合阀14和ⅳ段联合阀12通过阀门支架26与所述整体基架1弹性连接；ⅳ段进气口24通过ⅳ段主气管13和ⅳ段联合阀12连接，ⅳ段联合阀12进口与空气储能系统的再热器配置的ⅲ段再热管路的出口连接，膨胀后的空气通过ⅳ段排气口25进入现有空气储能系统；由此从ⅲ段排气口22排出的空气通过ⅲ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被加热后的空气进入ⅳ段联合阀12，通过ⅳ段联合阀12开度控制进入ⅳ段进气口24的空气量，使得机组达到目标负荷，如此能够充分利用空气储能系统ⅲ-ⅳ段合缸的空气压缩热量，提高ⅲ-ⅳ段合缸的空气循环效率。

本实施例多合缸空气透平机组的工作原理如下：

在机组启动时，来自空气储能系统的高温高压空气分别进入ⅰ段右阀5、ⅰ段左阀4，同时调节ⅰ段右阀5和ⅰ段左阀4开度，控制进入ⅰ段进气口19的空气量，空气进入气缸后膨胀做功推动透平转子11旋转，将空气内能转化成透平转子11的动能，透平转子11再和外部的被驱动装置连接，使得机组达到目标转速或负荷，膨胀后的空气温度和压力同时降低，从ⅰ段排气口18排出并通过ⅰ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被加热的空气进入ⅱ段联合阀7，通过调节ⅱ段联合阀7开度控制进入ⅱ段进气口20的空气量，使得机组达到目标负荷，膨胀后的空气温度和压力二次降低，从ⅱ段排气口21排出并通过ⅱ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被二次加热的空气进入ⅲ段联合阀14，通过调节ⅲ段联合阀14开度控制进入ⅲ段进气口23的空气量，使得机组达到目标负荷，膨胀后的空气温度和压力三次降低，从ⅲ段排气口22排出并通过ⅲ段再热管路进入空气储能系统的再热器，被三次加热的空气进入ⅳ段联合阀12，通过ⅳ段联合阀12开度控制进入ⅳ段进气口24的空气量，使得机组达到目标负荷，膨胀后的空气通过ⅳ段排气口25回到空气储能系统管道。由上所述，可通过同时协调ⅰ段右阀5、ⅰ段左阀4、ⅱ段联合阀7、ⅲ段联合阀14、ⅳ段联合阀12的阀门开度控制进入合缸的空气量，可实现机组负荷的调节或转速的调节，通过多段膨胀做功，一方面充分利用了空气储能系统的多段压缩热量，同时提高了机组的循环效率。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，其不同之处在于：作为实施例一的优选，本实施例提供一种多合缸空气透平机组，结合图3和图4所示，为保证机组平稳运行，本实施例提供的ⅰ-ⅱ段合缸3和ⅲ-ⅳ段合缸9均包括在其前后两端呈对称布置的两组猫爪17，共有四个猫爪17；在前轴承箱2上设置有与ⅰ-ⅱ段合缸3上猫爪17相对应的一组枕座16，在后轴承箱10上设置有与ⅲ-ⅳ段合缸9上猫爪17相对应的一组枕座16，在中间轴承箱8的两端分别设置有与ⅰ-ⅱ段合缸3和ⅲ-ⅳ段合缸9上猫爪17相对应的一组枕座16，即前轴承箱2和后轴承箱10上共有两个枕座16，中间轴承箱8共有四个枕座16，一方面以使轴向推动力传递稳定，保证机组平稳运行，另一方面结合整体基架1结构能够有效能减少电厂现场的安装时间和减小安装难度。

综上所述，本实施例多合缸空气透平机组一方面采用整体基架1结构用以承受整个机组的重量，方便机组的整体发货和运输，且用于搭接合缸组件的轴承箱组件均通过每段合缸前后两端的猫爪17搭接在轴承箱组件对应的枕座16上，可有效减少电厂现场的安装时间和安装难度；另一方面本实施例合缸组件中的ⅰ-ⅱ段合缸3均配置有三个进气口和两个排气口，ⅲ-ⅳ段合缸9配置有两个进气口和两个排气口，其结合现有空气储能系统的再热器能充分利用多段空气压缩热量，从而提高机组经济性；再一方面本实施例多合缸空气透平机组采用的合缸组件结构设计可有效减少气缸数量，减少轴封漏气，降低成本，以整体提高机组经济性，由此具有很好的推广使用效果，适合推广应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。