一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置

1.本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置。


背景技术：

2.随着常规能源短缺日益严重以及环境污染问题的日益突出，可再生能源的利用成为急需解决的问题。压缩空气储能技术是解决上述问题非常具有潜力的一种储能方式，由于透平是压缩空气储能系统核心释能发电装置，所以透平的工作效率对整个系统高效运行起着至关重要的作用。
3.现有技术中的离心透平发电装置缺乏将透平与发电机融为一体进行设计制造的先例。导致现有技术中缺乏压缩空气储能离心透平发电集成装置，无法解决现有透平与发电机组合导致的能量损耗高的问题。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏压缩空气储能离心透平发电集成装置，无法解决现有透平与发电机组合导致的能量损耗高的问题。为此，本发明提供一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，包括：
5.叶轮发电机，为盘式电机，其包括：轮盘式结构的电机转子和电机定子；
6.透平叶轮，所述透平叶轮与所述电机转子固定在一起，以形成一体结构；所述透平叶轮将进入其内部的气流内能转化为动能，所述透平叶轮带动所述电机转子相对于所述电机定子转动，以实现发电；
7.透平导叶盘，与所述透平叶轮相对设置；且，所述透平叶轮上的叶片和所述透平导叶盘上的导叶交错设置。
8.用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，还包括：
9.透平排气室，所述透平排气室与所述透平叶轮相连通；气流进入透平后，推动所述透平导叶盘上的导叶加速后，并推动所述透平叶轮上的叶片旋转做功，然后排入所述透平排气室。
10.可选的，用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，还包括：
11.电网，所述叶轮发电机通过变频器与所述电网相连，以接收所述叶轮发电机产生的电磁感应电能。
12.可选的，所述变频器为四象限形式；
13.当离心透平正常运行时，所述变频器用于将所述叶轮发电机产生的电能转化为工频电能以满足所述电网要求；
14.当离心透平启动时，所述电网通过所述变频器带动所述透平叶轮达到设计转速；
15.当离心透平甩负荷故障时，所述变频器驱动所述透平叶轮制动，以防止透平飞车。
16.用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，还包括：
17.叶轮驱动转轴，所述叶轮驱动转轴通过发电机轴承转动设置在透平外壳上；且，所述透平叶轮固定安装在所述叶轮驱动转轴上。
18.可选的，所述发电机轴承为滚动轴承或者电磁轴承。
19.可选的，所述透平导叶盘上导叶的截面型线为naca系列或clark系列。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.1.本发明提供的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，包括：叶轮发电机，为盘式电机，其包括：轮盘式结构的电机转子和电机定子；透平叶轮，所述透平叶轮与所述电机转子固定在一起，以形成一体结构；所述透平叶轮将进入其内部的气流内能转化为动能，所述透平叶轮带动所述电机转子相对于所述电机定子转动，以实现发电；透平导叶盘，与所述透平叶轮相对设置；且，所述透平叶轮上的叶片和所述透平导叶盘上的导叶交错设置。
22.在本发明中，通过将轮盘式结构的电机转子集成设置在透平叶轮上。进而实现压缩空气储能离心透平发电集成装置，上述在轮盘上布置盘式电机的方式，使得透平转子与电机转子集成度高，上述结构无需复杂的轴系和联轴器，减少制造成本，进而降低了机械损失。而且，由于叶轮发电机的电机转子为轮盘结构，使得透平叶轮的叶顶形状不受限制，从而实现依据高效通流结构设计，进而提高发电效率。上述结构可以有效地解决现有透平与发电机组合导致的能量损耗高的问题。此外，透平导叶盘与所述透平叶轮相对设置；且，所述透平叶轮上的叶片和所述透平导叶盘上的导叶交错设置，上述设置方式可以有效地提高透平的发电效率。
23.2.本发明提供的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，还包括：电网，所述叶轮发电机通过变频器与所述电网相连，以接收所述叶轮发电机产生的电磁感应电能。
24.本发明中的离心透平变频发电装置直接通过变频器为电网供能，有效地实现了电力回收。
25.3.本发明提供的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，所述变频器为四象限形式；
26.当离心透平正常运行时，所述变频器用于将所述叶轮发电机产生的电能转化为工频电能以满足所述电网要求；
27.当离心透平启动时，所述电网通过所述变频器带动所述透平叶轮达到设计转速；
28.当离心透平甩负荷故障时，所述变频器驱动所述透平叶轮制动，以防止透平飞车。
29.在本发明中的变频器为四象限形式，使得压缩空气储能透平变工况运行响应灵敏。启动时可以加速、停机，并且在负载突卸时可以制动，提高了压缩空气储能透平变工况运行的机动性和安全性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
31.图1为本发明提供的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置的结构示意图。
32.附图标记说明：
33.1－叶轮发电机；2－电机转子；3－电机定子；4－透平叶轮；5－透平导叶盘；6－透平排气室；7－电网；8－变频器；9－叶轮驱动转轴；10－发电机轴承；11－透平外壳。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.实施例1
37.本实施例中提供一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，如图1所示，其包括：
38.叶轮发电机1，为盘式电机，其包括：轮盘式结构的电机转子2和电机定子3；
39.透平叶轮4，所述透平叶轮4与所述电机转子2固定在一起，以形成一体结构；所述透平叶轮4将进入其内部的气流内能转化为动能，所述透平叶轮4带动所述电机转子2相对于所述电机定子3转动，以实现发电；
40.叶轮驱动转轴9，所述叶轮驱动转轴9通过发电机轴承10转动设置在透平外壳11上；且，所述透平叶轮4固定安装在所述叶轮驱动转轴9上；上述发电机轴承10为滚动轴承；
41.透平导叶盘5，与所述透平叶轮4相对设置；且，所述透平叶轮4上的叶片和所述透平导叶盘5上的导叶交错设置；在本实施例中，上述透平导叶盘5上导叶的截面型线为naca系列。naca翼型是美国国家航空咨询委员会开发的一系列翼型。每个翼型的代号由“naca”这四个字母与一串数字组成，将这串数字所描述的几何参数代入特定方程中即可得到翼型的精确形状；
42.透平排气室6，所述透平排气室6与所述透平叶轮4相连通；气流进入透平后，推动所述透平导叶盘5上的导叶加速后，并推动所述透平叶轮4上的叶片旋转做功，然后排入所述透平排气室6；
43.电网7，所述叶轮发电机1通过变频器8与所述电网7相连，以接收所述叶轮发电机1产生的电磁感应电能。
44.在本实施例中，所述变频器8为四象限形式；
45.当离心透平正常运行时，所述变频器8用于将所述叶轮发电机1产生的电能转化为工频电能以满足所述电网7要求；
46.当离心透平启动时，所述电网7通过所述变频器8带动所述透平叶轮4达到设计转速；
47.当离心透平甩负荷故障时，所述变频器8驱动所述透平叶轮4制动，以防止透平飞车。
48.本实施例公开的离心透平变频发电装置工作原理是：
49.气流沿轴向进入透平后，首先经过透平导叶盘5、经过透平导叶盘5的导叶加速后，推动透平叶轮4旋转做功。上述透平叶轮4带动电机转子2旋转，与电机定子3形成相对运动，产生电磁感应电能，通过变频器8变为工频电流后传输至电网7。主流气经过叶轮后进入透平排气室6后排出透平。
50.当然，本实施例对发电机轴承10的类型不做具体限定，在其它实施例中，所述发电机轴承10为电磁轴承。
51.当然，本实施例对透平导叶的截面型线不做具体限定，在其它实施例中，所述透平导叶盘5上导叶的截面型线还可以为clark系列。clark为机翼横切面当中最典型的设计，其横切面为上弯下平，其最凸出处为弦长20％处，根据伯努利定律此种机翼横切面会令流过上翼面的气流比流过下方的快，从而令其上方是低气压区而下方是高气压区，由于上下翼面的有了气压差而产生了昇力。
52.当然，本实施例对叶轮发电机1的供电对象不做具体限定，在其它实施例中，叶轮发电机1通过变频器8向电池供电。
53.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，包括：叶轮发电机(1)，为盘式电机，其包括：轮盘式结构的电机转子(2)和电机定子(3)；透平叶轮(4)，所述透平叶轮(4)与所述电机转子(2)固定在一起，以形成一体结构；所述透平叶轮(4)将进入其内部的气流内能转化为动能，所述透平叶轮(4)带动所述电机转子(2)相对于所述电机定子(3)转动，以实现发电；透平导叶盘(5)，与所述透平叶轮(4)相对设置；且，所述透平叶轮(4)上的叶片和所述透平导叶盘(5)上的导叶交错设置。2.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，还包括：透平排气室(6)，所述透平排气室(6)与所述透平叶轮(4)相连通；气流进入透平后，推动所述透平导叶盘(5)上的导叶加速后，并推动所述透平叶轮(4)上的叶片旋转做功，然后排入所述透平排气室(6)。3.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，还包括：电网(7)，所述叶轮发电机(1)通过变频器(8)与所述电网(7)相连，以接收所述叶轮发电机(1)产生的电磁感应电能。4.根据权利要求3所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，所述变频器(8)为四象限形式；当离心透平正常运行时，所述变频器(8)用于将所述叶轮发电机(1)产生的电能转化为工频电能以满足所述电网(7)要求；当离心透平启动时，所述电网(7)通过所述变频器(8)带动所述透平叶轮(4)达到设计转速；当离心透平甩负荷故障时，所述变频器(8)驱动所述透平叶轮(4)制动，以防止透平飞车。5.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，还包括：叶轮驱动转轴(9)，所述叶轮驱动转轴(9)通过发电机轴承(10)转动设置在透平外壳(11)上；且，所述透平叶轮(4)固定安装在所述叶轮驱动转轴(9)上。6.根据权利要求5所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，所述发电机轴承(10)为滚动轴承或者电磁轴承。7.根据权利要求1所述的用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，其特征在于，所述透平导叶盘(5)上导叶的截面型线为naca系列或clark系列。

技术总结
本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种用于压缩空气储能的离心透平变频发电装置，包括：叶轮发电机，为盘式电机，其包括：轮盘式结构的电机转子和电机定子；透平叶轮，所述透平叶轮与所述电机转子固定在一起，以形成一体结构；所述透平叶轮将进入其内部的气流内能转化为动能，所述透平叶轮带动所述电机转子相对于所述电机定子转动，以实现发电；透平导叶盘，与所述透平叶轮相对设置；且，所述透平叶轮上的叶片和所述透平导叶盘上的导叶交错设置。通过将轮盘式结构的电机转子设置在透平叶轮上，从而实现无需复杂轴系和联轴器即可实现高效率发电。率发电。率发电。


技术研发人员：王星 李文 朱阳历 徐玉杰 陈海生
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/6/27