透平膨胀机的进气压力调节系统及透平膨胀机的制作方法

1.本发明涉及压缩气体储能技术领域，尤其涉及一种透平膨胀机的进气压力调节系统及两种采用该透平膨胀机的进气压力调节系统的透平膨胀机。


背景技术：

2.压缩气体储能系统未来将有极大的市场潜力，它可以配合煤电、核电、联合循环等电站做调峰使用。在用电低谷时段，电站的多余电能可以通过压缩气体储能系统储存在高压气体中，在用电高峰时段，将压缩气体储能系统中储存的高压气体释放，驱动气体透平发电。
3.为了保证压缩气体储能系统能够在额定功率下正常运行，常用的气体透平的进气压力调节方式为全周进气调节阀节流调节，该调节方式的气体透平入口的设计压力为气体透平在额定功率下工作时的最低压力，当高压气体的压力为气体透平在额定功率下工作时的最低压力时，调节阀全开，当高压气体的压力高于气体透平入口的设计压力时，高压气体通过调节阀节流降压至达到所需的气体透平入口压力后，再进入气体透平中，从而使气体透平能够在额定功率下稳定运行。但由于调节阀节流时有节流损失，这种调压方式会使得气体透平在节流后进气效率下降。
4.同时，公告号为cn209261631u的中国实用新型专利公开了一种高压空气透平的组合式喷嘴配气结构，该高压空气透平的组合式喷嘴配气结构采用调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节，具体为一圈喷嘴分为若干组，通常为四组，每组喷嘴的一端与一个调节阀相连通，另一端与透平的一个进口相连通，喷嘴和调节阀一起参与压力调节，即通过调节阀的开关来改变透平的进气流通面积，以实现不同的进气压力，进而使空气透平能够在额定功率下稳定运行。这种调压方式虽然可以有效降低节流损失，但在调节阀全开时，相较全周式调压进气式的通流效率较低，而且部分进汽会导致叶片气流激振力大、透平气缸受热不均、结构也较为复杂。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种节流损失小的透平膨胀机的进气压力调节系统及两种采用该透平膨胀机的进气压力调节系统的透平膨胀机。
6.本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供一种透平膨胀机的进气压力调节系统，包括主汽阀、调压补气装置和透平膨胀机，主汽阀的出口端与调压补气装置的进口端相连通，调压补气装置的调压出口端与透平膨胀机的首级叶片的进口相连通，调压补气装置的补气出口端与透平膨胀机的中间级叶片的进口相连通，在调压出口端完全打开且调压补气装置的进口端的压力低于透平膨胀机进口的设计压力时，补气出口端开始打开。
8.优选地，调压补气装置包括调节阀和补气阀，调节阀的出口端为与透平膨胀机的首级叶片的进口相连通的调压出口端，补气阀的出口端为与透平膨胀机的中间级叶片的进
口相连通的补气出口端，主汽阀的出口端同时与调节阀的进口端、补气阀的进口端相连通。
9.优选地，调节阀设有多个，透平膨胀机的首级叶片的进口沿周向设置有多个进气喷嘴，多个调节阀的出口端与多个进气喷嘴一一对应地连通。
10.优选地，调节补汽装置为调节补气联合阀，调节补气联合阀的第一出口端为与透平膨胀机的首级叶片的进口相连通的调压出口端，调节补气联合阀的第二出口端为与透平膨胀机的中间级叶片的进口相连通的补气出口端，调节补气联合阀的进口端与主汽阀的出口端相连通。
11.本发明还提供一种用于压缩空气储能系统的透平膨胀机，包括如上任一项所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
12.本发明还提供一种用于超临界co2循环发电系统的透平膨胀机，包括如上任一项所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
13.与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
14.本发明的透平膨胀机的进气压力调节系统在工作时，打开主汽阀，若进入调压补气装置的高压气体的压力不低于透平膨胀机进口的设计压力，调压补气装置通过调压将高压气体的压力调整至设计压力后，从调压出口端进入透平膨胀机的首级叶片内，驱动透平膨胀机的首级叶片发电，使透平膨胀机在额定功率下工作；若调压补气装置的调压功能全开后，调压补气装置的进口端的气体压力仍低于透平膨胀机进口的设计压力，则补气出口端对应打开，在高压气体从主汽阀进入调压补气装置后，一部分高压气体从调压补气装置的调压出口端进入透平膨胀机的首级叶片内，并驱动透平膨胀机的首级叶片发电，另一部分高压气体从调压补气装置的补气出口端进入透平膨胀机的中间级叶片内，并驱动透平膨胀机的中间级叶片发电，以使透平膨胀机仍旧能够在额定功率下工作，相较于现有的全周进气调节阀节流调节，本发明的透平膨胀机的进气压力调节系统中的透平膨胀机进口的设计压力不必为透平膨胀机在额定功率下工作时的最低压力，节流损失较小，高压气体的利用率显然更高，有利于增加透平膨胀机的发电量。
附图说明
15.图1是本发明实施例一中的透平膨胀机的进气压力调节系统的结构示意图。
16.图2是在300mw级压缩气体储能电站中应用时，现有的全周进气调节阀节流调节、调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节以及采用本发明实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统的透平膨胀机的进气压力调节的气体透平入口进气压力与进气量的关系图。
17.图3是本发明实施例二中的透平膨胀机的进气压力调节系统的结构示意图。
18.图4是图3中的a向视图。
19.图5是本发明实施例三中的透平膨胀机的进气压力调节系统的结构示意图。
20.其中，附图标记说明如下：
21.1、主汽阀
22.2、调压补气装置
23.21、调节阀
24.22、补气阀
25.3、透平膨胀机
26.4、进气喷嘴
27.a、调压出口端
28.b、补气出口端
29.a、全周进气调节阀节流调节
30.b、调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节
31.c、透平膨胀机的进气压力调节
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.实施例一
37.如图1所示，为本发明的透平膨胀机的进气压力调节系统的第一种实施例。
38.参见图1，本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统包括主汽阀1、调压补气装置2 和透平膨胀机3，主汽阀1的出口端与调压补气装置2的进口端相连通，调压补气装置2的调压出口端a与透平膨胀机3的首级叶片的进口相连通，调压补气装置2的补气出口端b与透平膨胀机3的中间级叶片的进口相连通，在调压出口端a完全打开且调压补气装置2的进口端的压力低于透平膨胀机3进口的设计压力时，补气出口端a开始打开。
39.需要说明的是，主汽阀1为现有技术中常用的一种开关阀门，具有全开和全闭两种状态。
40.参见图1，本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统在工作时，打开主汽阀1，若进入调压补气装置2的高压气体的压力不低于透平膨胀机3进口的设计压力，调压补气装置2 通过调压将高压气体的压力调整至设计压力后，从调压出口端a进入透平膨胀机3的首级叶片内，驱动透平膨胀机3的首级叶片发电，使透平膨胀机3在额定功率下工作；若调压补气装置2的调压功能全开后，调压补气装置2的进口端的气体压力仍低于透平膨胀机3进口的设计压力，则补气出口端b对应打开，在高压气体从主汽阀1进入调压补气装置2后，一部分高压气体从调压补气装置2的调压出口端a进入透平膨胀机3的首级叶片内，并驱动透平
膨胀机3的首级叶片发电，另一部分高压气体从调压补气装置2的补气出口端b进入透平膨胀机3的中间级叶片内，并驱动透平膨胀机3的中间级叶片发电，以使透平膨胀机3仍旧能够在额定功率下工作，相较于现有的全周进气调节阀节流调节，本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统中的透平膨胀机3进口的设计压力不必为透平膨胀机3在额定功率下工作时的最低压力，节流损失较小，高压气体的利用率显然更高，有利于增加透平膨胀机3的发电量。
41.优选地，参见图1，调压补气装置2包括调节阀21和补气阀22，调节阀21的出口端为与透平膨胀机3的首级叶片的进口相连通的调压出口端a，补气阀22的出口端为与透平膨胀机3的中间级叶片的进口相连通的补气出口端b，主汽阀1的出口端同时与调节阀21的进口端、补气阀22的进口端相连通。相较于现有的调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节，本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统的调节阀21的数量较少，结构相对简单，易于控制。
42.需要说明的是，本实施例一的调节阀21对透平膨胀机的首级叶片进行调节的方式为现有技术的全周进气调节阀节流调节；且调节阀21和补气阀22均为现有技术，调节阀21可通过调节自身的阀口开度对管路的压力进行控制；补气阀22可通过调整自身的阀口开度进行补汽，提升管路的排送效率。另外，虽然在传统电站发电领域中，超超临界汽轮机也会采用补气阀，但超超临界透平膨胀机中的补气阀是在机组额定负荷以上超发和快速响应一次调频要求时才使用，机组超发时为定压运行，进汽压力为机组的设计压力，此时，补气阀进行补汽；机组低负荷时采用主气阀全开的滑压运行方式，此时，补气阀不进行补汽。
43.具体地，参见图2，在本实施例一中，以300mw级压缩空气储能电站为例，设计要求空气透平在12.7mpa～14.3mpa的进气压力变动范围内其出力均为300mw。在相同功率和相同进气压力时，进气量越小说明透平膨胀机的高压气体的利用率越高，结合图3可知，采用本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节系统的透平膨胀机的进气压力调节c在一个较长的进气压力变动范围内的进气量小于全周进气调节阀节流调节a和调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节b的进气量，也就是说，在该进气压力变动范围内，使用本实施例一的透平膨胀机的进气压力调节c的透平膨胀机的高压气体的利用率比使用全周进气调节阀节流调节a和调节阀和喷嘴配气结构联合的调节级式调节b的透平膨胀机的高压气体的利用率更高。
44.基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例一还提供一种用于压缩空气储能系统的透平膨胀机，该透平膨胀机包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
45.基于基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例一还提供一种用于超临界co2循环发电系统的透平膨胀机，该透平膨胀机包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
46.实施例二
47.本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，参见图3和图4，本实施例二的调节阀21设有多个，透平膨胀机3的首级叶片的进口沿周向设置有多个进气喷嘴4，多个调节阀21的出口端与多个进气喷嘴4一一对应地连通。通过控制多个调节阀21 的开度可以改变透平膨胀机3的首级叶片的进气流通面积，以实现不同的进气压力，进而使空气透平能够在额定功率下稳定运行，有利于降低透平膨胀机3的首级叶片进口处
的节流损失，提高了高压空气的利用率。
48.基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例二还提供一种用于压缩空气储能系统的透平膨胀机，该透平膨胀机包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
49.基于基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例二还提供一种用于超临界co2循环发电系统的透平膨胀机，该透平膨胀机包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
50.实施例三
51.本实施例三与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例三的调节补汽装置2为调节补气联合阀，参见图5，调节补气联合阀的第一出口端为与透平膨胀机3 的首级叶片的进口相连通的调压出口端a，调节补气联合阀的第二出口端为与透平膨胀机3 的中间级叶片的进口相连通的补气出口端b，调节补气联合阀的进口端与主汽阀1的出口端相连通。当调节补汽装置2发生故障时，可以通过对调节补气联合阀进行维修更换即可实现本实施例三的透平膨胀机的进气压力调节系统的正常运行，相对于有多个不同零部件组成的调节补汽装置，本实施例三中的调节补汽装置2的维修更换效率显然更高。
52.需要说明的是，本实施例三的调节阀21对透平膨胀机的首级叶片进行调节的方式为现有技术的全周进气调节阀节流调节。
53.基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例三还提供一种用于压缩空气储能系统的透平膨胀机，包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
54.基于上述透平膨胀机的进气压力调节系统，本实施例三还提供一种用于超临界co2循环发电系统的透平膨胀机，包括如上所述的透平膨胀机的进气压力调节系统。
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。