GPP密封系统的维护、更换和隔震的制作方法

本文披露的实施方式总体上涉及本文中称为“重力发电厂”或“gpp”的重力-液压能量储存系统中的流体密封系统。更具体地，这些实施方式对可移除密封组件以及相关联的密封件安装座和支撑基座提供了维修用的起重机与滑架系统、以及用于密封件安装座和支撑基座的隔震构型。

背景技术：

1、提供足够的能量来满足社会的各种需求正在逐年变得越来越成问题。煤炭、石油和天然气等常规来源正变得越来越昂贵且越来越难找到。与此同时，燃烧的副产物造成空气污染、并增加大气中的二氧化碳含量，从而对全球环境造成严重后果。可再生能源、尤其是太阳能集热器和风力涡轮机如果能够从间歇性生产转变为可靠、可调度的电力供应，则可以在很大程度上取代碳氢化合物。这可以通过将太阳能和/或风能的很大一部分输出引导到大型能量储存单元中来实现，然后该单元将根据需要释放该能量。

2、目前用于超高容量能量储存的主要技术是抽水蓄能。典型的设施在不同的高度处采用了两个大型水库，只要可获得多余的能量，水就从低水库泵送至高水库。根据需要，高水库的水通过液压涡轮机释放到低水库来发电。大型设施的峰值输出功率可以超过1000兆瓦并且储存容量为数千兆瓦时。几十年来，抽水蓄能一直是主要的大容量储存技术，全球容量超过150gw，但与水库设计相关的地理、地质和环境限制以及构造成本的增加，使其在未来扩张的吸引力大大降低。因此，该技术不是一种能提供为支持能量基础设施从碳氢化合物到可再生能源的重大转变所需的广泛适应性、太瓦容量、低成本和环境兼容性的实用方法。

3、2012年5月1日授予本发明人的名称为“system and method for storing energy[用于储存能量的系统和方法]”的美国专利8,166,760(其全部内容通过援引并入本文)描述了一种用于储存能量的系统和方法，该系统和方法避免了抽水蓄能的限制，同时提供了类似或更好的能量储存性能和经济性。2018年1月16日授予的、与本申请具有共同受让人的美国专利9,869,291(其全部内容通过援引并入本文)描述了对该“用于储存能量的系统和方法”的改进。在此系统中，大型活塞悬挂在填充有水的深竖井中(图1a(现有技术))。泵轮机通过管线连接至竖井的顶部和底部，其中泵轮机通过驱动轴连接至电动马达/发电机。使用非峰值或可再生能量(比如风能)来对电动马达提供动力以使泵自旋，从而在活塞下方产生高压以将活塞朝向竖井顶部提升，从而以重力势能的形式来储存能量。此后根据需要，活塞在竖井中降下，以迫使水通过连接管和涡轮机返回，从而使发电机自旋以产生电力来供应电网。

4、为了使该能量储存系统高效地操作、储存数百兆瓦时或更多的电力并适应数十或数百兆瓦或以上的输入和输出功率水平，活塞必须非常大并且水压也必须为相当高。必须防止高压水从活塞与竖井壁之间逸出，这将损害系统操作并降低效率。在小得多的系统(比如常规的液压缸)中，使用密封件来阻挡这种流体流动。这些密封件典型地沿着活塞或竖井壁的表面滑动。对具有准确的恒定直径的抛光活塞和/或竖井使用具有恒定直径的静态密封件。可以使用动态或挠曲密封件来适应活塞或竖井直径的最多几毫米的变化。

5、然而，在本能量储存系统中，活塞可以具有数十米或更大的直径和数百米的高度。构造这种具有不在活塞或竖井的竖直范围上变化的高准确度直径的活塞或竖井在经济上是不可行的。事实上，即使仔细实施，实际的构造技术也可能容易导致活塞或竖井的直径或竖直度发生几厘米的变化。

技术实现思路

1、本实施方式披露了一种用于重力发电厂的密封系统，该重力发电厂具有活塞102和带有竖井壁105的竖井104。该密封系统纳入了锚固到该竖井壁中并且环绕该活塞的密封组件支撑基座202。密封件安装座204具有适于将该密封件安装座锚固至该支撑基座202的径向凸缘210和从该径向凸缘的内圆周延伸的竖直凸缘212。密封组件206具有周向地接触该活塞的至少一个密封件组226、具有多个周向间隔开的夹具组件227，这些夹具组件被配置用于将该密封组件接合至该竖直凸缘，这些夹具组件具有将该密封组件从该竖直凸缘释放的打开位置和将该密封组件限制在该竖直凸缘上的闭合位置。

2、额外的实施方式提供了对密封组件的隔震，其中密封组件支撑基座具有一定内半径420的内表面424，从而在支撑基座402的内表面424与活塞102的表面103之间提供了空隙422。该径向凸缘支撑在下部轴承406上，该下部轴承靠近该内表面支撑在该密封组件支撑基座的顶表面上。该密封件安装座周向地环绕活塞102，并且径向凸缘410从密封组件支撑基座的内表面向内延伸，其中竖直凸缘与内表面相隔了该空隙内的径向间隙428。上部轴承被支撑为与密封件安装座404的径向凸缘410的顶表面411接合。

技术特征：

1.一种用于重力发电厂的密封系统，该重力发电厂具有活塞(102)和带有竖井壁(105)的竖井(104)，该密封系统包括：

2.如权利要求1所述的密封系统，其中，该密封组件进一步包括：

3.如权利要求2所述的密封系统，其中，每个夹具通过肩部螺栓(230)栓接至该密封件载体，该肩部螺栓具有穿过这些凸台中的相应凸台中的螺纹孔236的螺纹筒(234)，端部凸缘附接至该螺栓的内端以防止从该凸台移除。

4.如权利要求2所述的密封系统，其中，该至少一个密封件组包括多个密封件组并且进一步包括同心地安装在该密封件载体(220)中的多个引导环(224)，其中该多个密封件组(226)之一在竖直相邻的引导环之间被支撑在支撑环(248)上。

5.如权利要求4所述的密封系统，其中，该多个密封件组中的每个密封件组包括：

6.如权利要求1所述的密封系统，其中，在该多个夹具组件处于该打开位置时，该密封组件可沿着该活塞的轴线竖直地移动并从该密封件安装座移除。

7.如权利要求6所述的密封系统，进一步包括起重机与滑架系统(300)，该起重机与滑架系统被配置用于抓持被解锁的密封组件并将该密封组件从该密封件安装座吊起至该竖井中的水面。

8.如权利要求7所述的密封系统，其中，该起重机与滑架系统包括：

9.如权利要求8所述的密封系统，其中，每个起重机组件(302)包括具有一根或多根缆索(308)的缆索卷筒(306)，这些缆索附接至这些滑架中的相关联滑架。

10.如权利要求9所述的密封系统，其中，该一根或多根缆索在绞缆车或滑轮组(309)上延伸，然后向下延伸以附接至这些滑架中的相关联滑架。

11.如权利要求1所述的密封系统，其中，该密封组件支撑基座具有一定内半径(420)的内表面(424)，从而在该内表面与该活塞(102)的表面(103)之间提供了空隙(422)，并且其中，该径向凸缘(410)被支撑成与该支撑基座具有低摩擦接合并且从该密封组件支撑基座的内表面向内延伸，其中该竖直凸缘与该内表面相隔了该空隙内的径向间隙(428)。

12.如权利要求11所述的密封系统，其中，该径向凸缘支撑在下部轴承406上，该下部轴承靠近该内表面被支撑在该密封组件支撑基座的顶表面(407)上，其中上部轴承被支撑成与该密封件安装座(404)的径向凸缘(410)的顶表面(411)接合。

13.如权利要求12所述的密封系统，其中，该下部轴承包括具有非常低的摩擦系数的轴承板(406)、并且以环的形式一路围绕该组件支撑基座的上表面(408)延伸，从而包绕该活塞(102)。

14.如权利要求13所述的密封系统，其中，该上部轴承包括安装在多个重型支架(414)上的多个上部轴承板(408)，该多个重型支架牢固地锚固至该竖井壁(105)，这些上部轴承板(408)中的每一个的宽度与该重型支架的垂直于该活塞圆周的宽度基本上相同。

15.如权利要求14所述的密封系统，其中，该轴承板和该多个上部轴承板为聚四氟乙烯(ptfe)。

16.如权利要求13所述的密封系统，进一步包括密封件(426)，该密封件安装在该下部轴承板(406)下方、在该密封组件支撑基座的顶部内边缘(427)处，以防止水侵入。

17.一种用于重力发电厂中的密封组件的移除与更换系统，该系统包括：

18.如权利要求17所述的移除与更换系统，其中，该起重机与滑架系统包括：

19.一种用于移除如权利要求8所述的密封系统中的密封组件的方法，该方法包括：

20.一种具有提供隔震性能的密封系统的重力发电厂能量储存系统，该能量储存系统具有活塞(102)和带有竖井壁(105)的竖井(104)，该密封系统包括：

21.如权利要求20所述的重力发电厂能量储存系统，其中，该密封件安装座具有接合至该支撑基座(402)的径向凸缘(410)和从该径向凸缘的内圆周延伸的竖直凸缘(412)，该径向凸缘支撑在下部轴承(406)上，该下部轴承靠近该内表面支撑在该密封组件支撑基座的顶表面上，上部轴承被支撑成与该密封件安装座(404)的径向凸缘(410)的顶表面(411)接合。

22.如权利要求21所述的重力发电厂能量储存系统，其中，该下部轴承包括具有非常低的摩擦系数的轴承板(406)、并且以环的形式一路围绕该组件支撑基座的上表面(408)延伸，从而包绕该活塞(102)。

23.如权利要求22所述的重力发电厂能量储存系统，其中，该上部轴承包括安装在多个重型支架(414)上的多个上部轴承板(408)，该多个重型支架牢固地锚固至该竖井壁(105)，这些上部轴承板(408)中的每一个的宽度与该重型支架的垂直于该活塞圆周的宽度基本上相同。

24.如权利要求23所述的重力发电厂能量储存系统，其中，该轴承板和该多个上部轴承板为聚四氟乙烯(ptfe)。

25.如权利要求22所述的重力发电厂能量储存系统，进一步包括密封件(426)，该密封件安装在该下部轴承板(406)下方、在该密封组件支撑基座的顶部内边缘(428)处，以防止水侵入。

技术总结
一种用于具有活塞(102)和带有竖井壁(105)的竖井(104)的重力发电厂的密封系统，纳入了锚固到该竖井壁中并环绕该活塞的密封组件支撑基座(202)。密封件安装座具有用于将该密封件安装座锚固至该支撑基座(202)的径向凸缘(210)和从该径向凸缘的内圆周延伸的竖直凸缘(212)。密封组件(206)周向地接触该活塞、具有多个周向间隔开的夹具组件(227)以将该密封组件接合至该竖直凸缘，这些夹具组件具有将该密封组件从该竖直凸缘释放的打开位置和将该密封组件限制在该竖直凸缘上的闭合位置。为了实现对该密封组件的隔震，该径向凸缘被支撑在下部轴承(406)上，该下部轴承靠近内表面被支撑在该密封组件支撑基座的顶表面上。该径向凸缘(410)从该内表面向内延伸，其中该竖直凸缘与该内表面相隔了在该密封组件支撑基座与该活塞之间的空隙内的径向间隙(428)。上部轴承被支撑成与该密封件安装座(404)的径向凸缘(410)的顶表面(411)接合。

技术研发人员：奥罗·詹姆斯·费斯克
受保护的技术使用者：重力动力有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19