一种具有流体调压作用的惯性储能装置及储能方法与流程

本发明属于储能技术领域，涉及一种具有流体调压作用的惯性储能装置及方法。

背景技术：

惯性储能是利用物体运动时具有的动能来进行能量存储。目前，惯性储能的方法主要采用驱动飞轮高速旋转的方式进行储能，其基本原理是利用与飞轮机械连接的电动机带动飞轮加速旋转，将电能转换成飞轮的旋转动能进行存储。需要释放能量时，利用高速旋转的飞轮驱动与飞轮机械连接的发电机进行发电，将飞轮存储的动能转换为电能对外输出能量。飞轮的加速和减速实现了能量的存储和利用。但利用飞轮进行惯性储能的缺点在于：由于飞轮由实心固体结构加工而成，因此，飞轮无论在储能或释放能量的过程中都不具备对流体压力进行调压的功能。

技术实现要素：

本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述具有流体调压作用的惯性储能装置的储能方法，包括以下步骤：提供流体，该流体具体为：液体或压缩气体；对所述流体进行加速之后对该流体进行减速；当对所述流体进行减速时，将所述流体的减速动能进行回收；在对所述流体进行加速或减速的过程中，根据该流体的速度变化率及运动状态将该流体的压强从第一压强调控至第二压强；当所述流体的压强从所述第一压强调控至所述第二压强后，若所述第一压强小于所述第二压强，则对该流体在所述第二压强作用下产生的压力能进行获取；或当所述流体的压强从所述第一压强调控至所述第二压强后，若所述第一压强大于所述第二压强，则先将该流体的压强从所述第二压强恢复至所述第一压强，然后，再对该流体在所述第一压强作用下产生的压力能进行获取。

还包括：在所述流体变速运动期间或之后，至少将已回收的所述流体的减速动能或至少将已获取的所述流体的压力能通过发电装置转换为电能，并将该电能通过输电装置输送至用电终端。

其中，在对所述流体进行加速之前将该流体装入承载容器内；

其中，对所述流体进行加速之后对该流体进行减速；具体为：由加速系统对所述流体进行加速之后由动能回收系统对该流体进行减速；

其中，当对所述流体进行减速时，将所述流体的减速动能进行回收；具体为：当对所述流体进行减速时，由动能回收系统将所述流体的减速动能进行回收；

其中，在对所述流体进行加速或减速的过程中，根据该流体的速度变化率及运动状态将该流体的压强从第一压强调控至第二压强；具体为：在对所述流体进行加速或减速的过程中，该流体在变速运动的作用下，根据该流体的速度变化率及运动状态将该流体的压强从第一压强调控至第二压强；

其中，对所述流体在所述第二压强或所述第一压强作用下产生的压力能进行获取时，采用能量获取系统获取该流体的压力能。

本发明储能装置在对流体进行加速之后，利用该流体的动能进行储能的同时，还可以利用该流体在加速或减速过程中的加速度对该流体自身进行调压，因此，当该流体依靠其加速度进行调压后，可对该流体的压力能进行获取，进一步提高惯性储能效率。本发明储能装置可广泛应用于动力领域、电力领域及工业生产领域。

附图说明

图1是本发明储能装置的结构示意图。

图2是本发明储能装置中传动件的示意图。

图3是本发明储能装置中提升机构的示意图。

图4是本发明储能装置第一种工作状态的示意图。

图5是本发明储能装置第二种工作状态的示意图。

图6是本发明储能装置第三种工作状态的示意图。

图7是本发明储能装置第四种工作状态的示意图。

图中：1.真空容器，2.固定梁，3.第一储能油缸，4.第一高压容器，5.导向件，6.第一缸体，7.第一活塞，8.上移动梁，9.第一摇杆，10.第一支撑梁，11.第一支柱，12.低压软管，13.第二缸体，14.第一单向阀，15.第三缸体，16.下移动梁，17.第二单向阀，18.截止阀，19.高压软管，20.第二高压容器，21.交流发电机，22.第一液压马达，23.第一管路，24.底座，25.提升机构，26.第二管路，27.第三单向阀，28.第二储能油缸，29.第四单向阀，30.第三管路，31.第四管路，32.第一低压容器，33.换向阀，34.第三高压容器，35.电动液压泵，36.第二低压容器，37.第五单向阀，38.第四缸体，39.第六单向阀，40.第一传动件，41.第二传动件，42.第二支撑梁，43.第二支柱，44.连接缸，45.第二摇杆，46.第二活塞，47.小活塞头，48.销孔，49.连接杆，50.弹簧，51.大活塞头，52.传动导杆，53.第二液压马达，54.安装座，55.齿轮，56.齿条，57.顶杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明储能装置，包括底座24，底座24上并排竖直设有两根导向件5，两根导向件5的顶端通过固定梁2相连接，固定梁2的上面安装有第一高压容器4，固定梁2朝向底座24的侧壁上安装有第一储能油缸3，第一高压容器4的内腔与第一储能油缸3的内腔连通，第一储能油缸3的活塞杆朝向底座24；

底座24上还竖直安装有第二储能油缸28，第二储能油缸28位于两根导向件5之间，第二储能油缸28的活塞杆朝向固定梁2；

沿从固定梁2到底座24的方向依次设有上移动梁8和下移动梁16，上移动梁8和下移动梁16均设于两个导向件5上，并可沿导向件5上下移动；上移动梁8和下移动梁16位于第一储能油缸3和第二储能油缸28之间；上移动梁8上安装有第一缸体6，第一缸体6内设有第一活塞7和第二活塞46，第一活塞7的活塞体和第二活塞46的活塞体均位于第一缸体6内，第一活塞7的活塞杆和第二活塞46的活塞杆均伸出第一缸体6外，第一活塞7的活塞杆和第二活塞46的活塞杆位于180°方向上，且第一活塞7活塞杆的中心线和第二活塞46活塞杆的中心线与上移动梁8的中心线相平行；第一活塞7活塞杆伸出第一缸体6外的一端与第一摇杆9的上端铰接，第二活塞46活塞杆伸出第一缸体6外的一端与第二摇杆46的上端铰接；

下移动梁16上安装有第二缸体13，第二缸体13通过筒形的连接缸44与第一缸体6相连，第一缸体6的内腔、连接缸44的内腔和第二缸体13的内腔连通，形成容腔；第二缸体13的外壁上对称固接有第三缸体15和第四缸体38，第三缸体15的中心线和第四缸体38的中心线位于180°方向上，且与下移动梁16的中心线相平行；第三缸体15内设有第二传动件41，第四缸体38内设有第一传动件40。第三缸体15上安装有第一单向阀14和第二单向阀17，第四缸体38上安装有第五单向阀37和第六单向阀39。

第一传动件40和第二传动件41的结构完全相同，以第一传动件40为例进行说明：如图2所示，第一传动件40包括并排设置的小活塞头47和大活塞头51，大活塞头51的直径大于小活塞头47的直径，小活塞头47的直径与第四缸体38的内径相适配，大活塞头51的直径与第三缸体15的内径相适配；小活塞头47和大活塞头51通过对接的连接杆49及传动导杆52相连接，连接杆49上设有销孔48，连接杆49上套装有弹簧50。

第一传动件40中的小活塞头47和销孔48均位于第四缸体38内，第一传动件40中的大活塞头51和弹簧50均位于第二缸体13内，第一传动件40中的销孔48内安装有第一销轴，该第一销轴与第二摇杆45的下端活动连接。

第二传动件41中的小活塞头47和销孔48均位于第三缸体15内，第二传动件41中的大活塞头51和弹簧50均位于第二缸体13内。第二传动件41中的销孔48内安装有第二销轴，该第二销轴与第一摇杆9的下端活动连接。

连接缸44的侧壁上对称固接有第一支撑梁10和第二支撑梁42，第一支撑梁10上设有可绕自身轴线往复转动的第一支柱11，第一支柱11上加工有第一安装孔，第一摇杆9穿过该第一安装孔；第二支撑梁42上设有可绕自身轴线往复转动的第二支柱43，第二支柱43上加工有第二安装孔，第二摇杆45穿过该第二安装孔。

每根导向件5下端均安装有两套结构如图3所示的提升机构25，提升机构25包括齿条56和安装座54，安装座54上安装有第二液压马达53，第二液压马达53通过传动机构驱动齿轮55转动，齿轮55与齿条56组成齿轮齿条副，齿条56与导向件5固接，安装座54上竖直固接有顶杆57，顶杆57上端与下移动梁16固接，所有的第二液压马达53均与第四管路31连通。

第二储能油缸28左右相对的两个侧壁上分别设有第二管路26和第三管路30，第二管路26上安装有第三单向阀27，第二管路26的另一端连接有第二高压容器20，第三管路30上安装有第四单向阀29，第三管路30的另一端连接有第一低压容器32；第二高压容器20通过第一管路23与第一低压容器32连通，第一管路23上安装有第一液压马达22，第一液压马达22与交流发电机21相连。

所有的第二液压马达53均通过第四管路31与换向阀33相连，换向阀33分别与第三高压容器34和第二低压容器36相连，第三高压容器34和第二低压容器36还与电动液压泵35相连。第二高压容器20通过高压软管19与第二单向阀17和第五单向阀37相连，高压软管19上设有截止阀18，第一低压容器32通过低压软管12与第一单向阀14和第六单向阀39相连。

底座24上设有真空容器1，固定梁2、第一储能油缸3、第一高压容器4、导向件5、第一缸体6、上移动梁8、第一活塞7、第一摇杆9、第一支撑梁10、第二缸体13、第一单向阀14、第三缸体15、下移动梁16、第二单向阀17、第三单向阀27、第二储能油缸28、第四单向阀29、第五单向阀37、第四缸体38、第六单向阀39、第一传动件40、第二传动件41、第二支撑梁42、连接缸44、第二摇杆45、第二活塞46、截止阀18和所有的提升机构25均位于真空容器1内。高压软管19、低压软管12、第二管路26的一部分以及第三管路30的一部分也位于真空容器1内。

第一缸体6、上移动梁8、连接缸44、第二缸体13和下移动梁16组成能量转换机构。

本发明提供了一种具有流体调压作用的惯性储能装置的储能方法，具体按以下步骤进行：

1）将流体（液体或压缩气体）装入第二缸体13、连接缸44与第一缸体6构成的容腔内；第一高压容器4、第二高压容器20和第三高压容器34内均储存有高压气体及液压油；第一低压容器32内和第二低压容器36内均充有低压气体及液压油；第一储能油缸3、第二储能油缸28、第一管路23、第二管路26、第三管路30、第四管路31、低压软管12和高压软管19内均充满液压油；

2）开启高压软管19上的截止阀18，将换向阀33调整为第一换向状态，换向阀33处于第一换向状态时，第四管路31通过换向阀33与第三高压容器34连通，第四管路31与第二低压容器36不连通；开启电动液压泵35，第二低压容器36内的液压油被电动液压泵35泵入第三高压容器34内，同时，第三高压容器34内的液压油在高压气体的压力作用下通过第四管路31进入所有的第二液压马达53内，第二液压马达53在液压油压力的作用下通过传动机构驱动齿轮55转动，转动的齿轮55沿齿条56向上爬升，齿轮55沿齿条56向上爬升过程中通过第二液压马达53带动安装座54沿导向件5向上移动，即沿图4中箭头所指方向移动，顶杆57推动下移动梁16向上移动，下移动梁16通过第二缸体13、连接缸44和第一缸体6推动上移动梁8向上移动；能量转换机构上升过程中，第一低压容器32内的液压油在第一低压容器32内的低压气体的气压作用下通过第三管路30和第四单向阀29进入第二储能油缸28内，此时，第三单向阀27截止，进入第二储能油缸28内的液压油将第二储能油缸28的活塞杆向上推至图5中所示的上止点位置。

当第一缸体6与第一储能油缸3的活塞杆相接触后，推动第一储能油缸3的活塞杆向第一储能油缸3内移动，此时，第一储能油缸3内的液压油被压入第一高压容器4内，直至第一储能油缸3的活塞杆被上推至图5所示的上止点时，将换向阀33调整为第二换向状态，当换向阀33处于第二换向状态时，第四管路31与第三高压容器34不连通，第四管路31通过换向阀33与第二低压容器36连通，此时，第二液压马达53瞬间失去来自于第三高压容器34的驱动压力，第一高压容器4内的高压液压油瞬时流向第一储能油缸3，推动第一储能油缸3的活塞杆向下运动，该活塞杆推动能量转换机构，进而向下弹射能量转换机构，如图6所示，能量转换机构被向下弹射过程中，能量转换机构通过顶杆57推动提升机构25向下移动，并产生加速度，进而对容腔内的流体进行加速，此时，齿轮55被迫反向转动，将第二液压马达53内的液压油通过第四管路31及换向阀33排至第二低压容器36内；

当第一储能油缸3的活塞杆下移至下止点后，该活塞杆与第一缸体6分离，同时第二缸体13与第二储能油缸28的活塞杆碰撞接触，在惯性作用下，能量转换机构继续向下移动，推动第二储能油缸28的活塞杆向第二储能油缸28内移动，将第二储能油缸28内的液压油通过第三单向阀27和第二管路26压入第二高压容器20内，在此过程中，第四单向阀29呈截止状态；第二储能油缸28内的液压油被压入第二高压容器20的过程中，依靠第二高压容器20内的气压的压力作用对能量转换机构进行减速，使得容腔内的流体在加速之后又进行减速；容腔内的流体进行减速时，由于第二储能油缸28内的液压油在能量转换机构的惯性作用下被压入第二高压容器20进而使第二高压容器20内的压力增大，因此，在容腔内的流体进行减速期间，由第二高压容器20回收该流体的减速动能；

能量转换机构向下加速或减速期间，容腔内的流体下端的压强（即第二缸体13内的压强）会在该流体的加速度的作用下根据该流体的速度变化率及运动状态发生变化。因此，流体进行加速或减速的过程中，该流体下端的压强从第一压强变化至第二压强；

当容腔内流体下端的压强从第一压强变化至第二压强后，若第一压强小于第二压强，则对该流体在第二压强作用下产生的压力能进行获取，具体为：若能量转换机构在向下加速期间的加速度大于1个g（重力加速度），且能量转换机构在向下减速期间的负加速度也大于1个g的情况下，该能量转换机构在向下加速运动过程中，由于加速度作用使得第二缸体13内的流体的压强小于第一缸体6内的流体的压强，此时，流体推动第一活塞7和第二活塞46逐渐远离，第一活塞7运动过程中，推动第一摇杆9的上端向远离第二活塞46的方向移动，由于第一摇杆9穿过第一支柱11上的第一安装孔，根据杠杆原理，第一支柱11绕自身轴线转动，第一摇杆11下端带动第二传动件41向第一传动件40的方向移动；同理，第二活塞46运动过程中，推动第二摇杆45的上端向远离第一活塞7的方向移动，由于第二摇杆45穿过第二支柱43上的第二安装孔，根据杠杆原理，第二支柱43绕自身轴线转动，第二摇杆45下端带动第一传动件40向第二传动件41的方向移动，如图6；第一传动件40和第二传动件41相向运动过程中，第三缸体15和第四缸体38的容积增大，产生吸力，该吸力将第一低压容器32中的液压油吸入低压软管12内，进入低压软管12内的液压油分成两路，一路经第一单向阀14进入第三缸体15内，另一路经第六单向阀39进入第四缸体38内，此过程中，第二单向阀17和第五单向阀37截止；

当能量转换机构进入向下减速运动过程时，由于超重作用使得第二缸体13内的流体的压强大于第一缸体6内的流体的压强，此时，流体推动第一传动件40和第二传动件41逐渐远离，第三缸体15内的液压油和第四缸体38内的液压油分别经第二单向阀17和第五单向阀37进入高压软管19内，此时，第一单向阀14和第六单向阀39截止；进入高压软管19内的液压油在压力作用下被压入第二高压容器20内。

若容腔内流体下端的压强从第一压强变化至第二压强后，第一压强大于第二压强，则先将该流体下端的压强从第二压强恢复至第一压强，然后，再对该流体在第一压强作用下产生的压力能进行获取；具体为：若能量转换机构在向下加速期间的加速度等于1个g，且该能量转换机构在向下减速期间的负加速度也等于1个g的情况下，由于能量转换机构在向下加速期间的失重作用使第二缸体13内的流体的压强与第一缸体6内的流体的压强都降至于0压强状态，此时，在弹簧50的弹力作用下，第一传动件40和第二传动件41相向运动，第二传动件41带动第一摇杆9绕第一支柱11的轴线顺时针转动，第一摇杆9转动过程中，带动第一活塞7向远离第二活塞46的方向移动，同理，第一传动件40带动第二摇杆45绕第二支柱43的轴线逆时针转动，第二摇杆45转动过程中，带动第二活塞46向远离第一活塞7的方向移动；

在能量转换机构进入向下减速运动过程之前，将截止阀18关闭，直至能量转换机构在完成向下减速运动过程之后，再开启截止阀18，当截止阀18开启时，由于容腔内的流体的重力已恢复至加速之前的重力状态即非失重状态，因此，在流体重力作用下使得第二缸体13内的流体的压强大于第一缸体6内的流体的压强，此时，第二缸体13内的流体克服弹簧50的弹力将第一传动件40和第二传动件41向相反的方向推离，第一传动件40通过第二摇杆45带动第二活塞46向第一活塞7的方向运动，第二传动件41通过第一摇杆9带动第一活塞7向第二活塞46的方向运动，在此过程中，由第一传动件40将第四缸体38内的液压油通过第五单向阀37压入高压软管19内，第二传动件41将第三缸体15内的液压油通过第二单向阀17压入高压软管19内，高压软管19内的液压油在压力作用下被压入第二高压容器20内。

在流体变速运动期间或之后，至少将已回收的流体的减速动能或至少将已获取的流体的压力能通过发电装置转换为电能，并将该电能通过输电装置输送至用电终端。如图7所示。具体操作为：高压软管19内的液压油在压力作用下被压入第二高压容器20内，同时，第二储能油缸28内的液压油也被压入第二高压容器20内之后，第二高压容器20内的液压油在第二高压容器20内的气压驱动作用下经过第一液压马达22及第一管路23进入第一低压容器32；第二高压容器20内的液压油在流入第一低压容器32的过程中，液压油的压力驱动第一液压马达22旋转，旋转的第一液压马达22驱动交流发电机21发电，交流发电机21产生的电能通过输电系统输送至用电终端。

交流发电机21和第一液压马达22构成液压发电装置。

第二储能油缸28、第二管路26、第三管路30、四单向阀29、第三单向阀27、第一低压容器32、第二高压容器20、第一管路23构成动能回收装置。