一种塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统及方法与流程

本发明涉及一种塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统及方法，属于太阳能光热发电应用技术领域，具体用于回收塔式太阳能介质的下流动能。

背景技术：

太阳能光热发电是指利用聚焦的方式收集太阳热能，汇聚至接收器，通过导热介质带走，并由换热装置产生蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。塔式太阳能发电是重要的光热发电模式，也是最有大规模商业化应用前景的模式之一。它是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上，把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给导热介质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做功，带动发电机，最后以电能的形式输出。太阳能光热发电系统主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。

由于塔一般比较高（几十米至一百多米不等），在重力作用下，介质的动能逐渐增加，到接近地面的时候达到最大，目前的太阳能电站一般对下流介质的动能都是直接舍弃，不加利用，这是对能量的较大浪费；且由于介质下流过程中的流速巨大，对地面附近的管道冲击很大，轻则增加了冲刷腐蚀，使得此处的磨损比正常位置的管道大得多，重则直接冲爆管道，这种情况极易造成管道损坏，使得电站运作终止，有巨大的安全隐患。现在也有利用介质下流过程中的动能的技术，如公开日为2014年01月01日，公开号为CN103485990A的中国专利中，公开了一种提高熔盐塔式太阳能热发电站发电效率的装置和方法，由熔盐流体的重力势能驱动下降管道末端的液力透平的转子，将此转子的动能通过电机转化为电能，在降低高温熔盐重力流对热罐的冲击的同时利用液力透平回收势能，增加电站的发电量，该方法的能量转化效率不高，且没有公开动能利用的具体结构。

综上所述，目前还没有一种简单而有效的方式去同时解决动能回收和减少冲击这两个问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简单，设计合理，转换效率高，能够同时解决动能回收和减少冲击这两个问题的塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统及方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统的结构特点在于：包括一号下流管道、一号上流管道、水斗、叶轮、水斗腔、叶轮腔、传动连轴、二号下流管道和二号上流管道，所述水斗腔和叶轮腔均为圆形结构，该水斗腔和叶轮腔均套装在传动连轴上，所述传动连轴与水斗腔转动连接，该传动连轴与叶轮腔转动连接，所述水斗固定在传动连轴上，该水斗位于水斗腔内，所述叶轮固定在传动连轴上，该叶轮位于叶轮腔内，所述一号下流管道的一端和二号下流管道的一端均连接在水斗腔上，所述一号上流管道的一端和二号上流管道的一端均连接在叶轮腔上。

作为优选，本发明所述一号下流管道和二号下流管道均与圆形的水斗腔相切，该一号下流管道和二号下流管道均呈竖直状结构。

作为优选，本发明所述一号上流管道和二号上流管道均与圆形的叶轮腔相切，该一号上流管道和二号上流管道均呈竖直状结构。

作为优选，本发明所述传动连轴和水斗腔之间，以及传动连轴和叶轮腔之间均设置有轴密封结构，防止介质泄露；并确保同轴精度，减少震动。

作为优选，本发明所述水斗为双叶形状，使得动能转换过程中平稳，且转换效率高。

作为优选，本发明所述水斗的进水边位置正对一号下流管道的出口。水斗形状按符合介质流体的特性设计，尽可能多地吸收下流介质的动能。

一种采用所述的塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统的动能回收方法，其特点在于：所述方法的步骤如下：在塔式太阳能介质循环系统中，介质流体从接收器吸热后下流过程中的某段管道处设置水斗阵列，高速下流的介质对水斗冲击，使得水斗获得巨大的力矩，通过传动连轴，将力矩传递至另一端的叶轮上，使得叶轮获得力矩而旋转，并对上流至叶轮腔的介质做功，从而将部分的下流动能回收利用，减少了前级泵对上流介质的做功，实现了对介质动能的回收，同时减少介质下流过程对管道的冲刷腐蚀。

作为优选，本发明所述动能回收系统设置在管道接近地面的位置，以最大程度获取介质携带的冲击动能。

作为优选，本发明所述动能回收系统为拆卸式结构，可从管道中拆卸，便于周期性地更换水斗和叶轮，并增设旁路，在更换拆卸和更换装备的过程中，系统循环仍可继续。

作为优选，本发明所述轴密封部分要做好保温，尤其对于熔盐作为介质的系统，需设置伴热系统，防止轴密封处出现凝固现象。

作为优选，介质一般为熔盐或水，需按照实际介质参数情况设计本发明所描述的水斗-叶轮动能回收装置。

作为优选，轴密封使用迷宫密封，且宜做得较长，确保在有一定的抖动情况下的密封效果，尽量减少介质外溢。

作为优选，可选择采用磁力传动连轴，避免采用动密封装置，从根本上杜绝介质泄露现象。

作为优选，水斗采用镀制碳化硅或金刚石等硬质膜层的处理，减少下流介质高速冲击带来的冲刷腐蚀问题。

本发明在水斗和叶轮的外面分别设置水斗腔和叶轮腔，将水斗和叶轮分别套起来，传动连轴穿过两腔体之间。水斗获取的力矩通过传动连轴传递到叶轮那一端，并对上流入叶轮腔的介质做功。叶轮设计可以大抵类似于离心泵里的叶轮结构，具体结构需符合叶轮中流体力学设计，最大化地提高功能转换的效率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简单，能量转换效率高，能够同时解决动能回收和减少冲击这两个问题。本发明所提及的装置位于集热子系统和蓄热子系统之间，即接收器和储热罐之间的连接管道上。接收器作为集热子系统的主要组成部分，放置在塔顶，介质循环经过接收器时候吸收定日镜反射过来的太阳能辐射，获取能力，并下流带走。

附图说明

图1是本发明实施例中塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统的主视结构示意图。

图2是本发明实施例中塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统的后视结构示意图。

图中：1—一号下流管道；2—一号上流管道；3—水斗；4—叶轮；5—水斗腔；6—叶轮腔；7—传动连轴；8—二号下流管道；9—二号上流管道。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中的塔式太阳能发电站介质下流动能回收系统包括一号下流管道1、一号上流管道2、水斗3、叶轮4、水斗腔5、叶轮腔6、传动连轴7、二号下流管道8和二号上流管道9。

本实施例中的水斗腔5和叶轮腔6均为圆形结构，该水斗腔5和叶轮腔6均套装在传动连轴7上，传动连轴7与水斗腔5转动连接，传动连轴7可以在水斗腔5中转动，该传动连轴7与叶轮腔6转动连接，动连轴7可以在叶轮腔6中转动。水斗3固定在传动连轴7上，该水斗3位于水斗腔5内，叶轮4固定在传动连轴7上，该叶轮4位于叶轮腔6内，一号下流管道1的一端和二号下流管道8的一端均连接在水斗腔5上，一号上流管道2的一端和二号上流管道9的一端均连接在叶轮腔6上。

本实施例中的一号下流管道1和二号下流管道8均与圆形的水斗腔5相切，该一号下流管道1和二号下流管道8均呈竖直状结构。一号上流管道2和二号上流管道9均与圆形的叶轮腔6相切，该一号上流管道2和二号上流管道9均呈竖直状结构。

本实施例中的传动连轴7和水斗腔5之间，以及传动连轴7和叶轮腔6之间均设置有轴密封结构。水斗3为双叶形状。水斗3的进水边位置正对一号下流管道1的出口。

本实施例中塔式太阳能发电站介质下流动能回收方法的步骤如下：在塔式太阳能介质循环系统中，介质流体从接收器吸热后下流过程中的某段管道处设置水斗3阵列，高速下流的介质对水斗3冲击，使得水斗3获得巨大的力矩，通过传动连轴7，将力矩传递至另一端的叶轮4上，使得叶轮4获得力矩而旋转，并对从上流管道2进入叶轮腔6的介质做功，使得介质获取动能，提高了压头，从而将部分的下流动能回收利用，减少了前级泵对上流介质的做功，实现了对介质动能的回收，同时减少介质下流过程对管道的冲刷腐蚀。

本实施例中的动能回收系统设置在管道接近地面的位置，以最大程度获取介质携带的冲击动能。动能回收系统为拆卸式结构，可从管道中拆卸，便于周期性地更换水斗3和叶轮4，并增设旁路，在更换拆卸和更换装备的过程中，系统循环仍可继续。轴密封部分要做好保温，尤其对于熔盐作为介质的系统，需设置伴热系统，防止轴密封处出现凝固现象。

本实施例中的水斗3和叶轮4的参数设计，需根据介质流体特性，尽可能最大化地转换能量。传动连轴7穿过水斗腔5和叶轮腔2，有两处动密封，需严格做好轴密封，防止介质外泄。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。