一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构

本技术属于能源储存，具体涉及一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构。

背景技术：

1、压气储能电站是一种高效、经济、环保的能源存储解决方案。压气储能电站充分利用在电力需求低峰时期获得的廉价电力，通过将电能转化为压缩空气储存起来，并在电力需求高峰时释放这些压缩空气，将其转化回电能，为电网提供了灵活的电力调节。

2、为了储存压缩空气，压气储能电站需要一个可靠的压缩空气储能腔，包括高压储气罐、高压储气室或高压储气仓。压缩空气储能腔的结构完整性和气密性对压气储能电站至关重要，任何气密性失效都会导致存储的能量损失，并可能产生巨大的安全隐患。通常，压缩空气储能腔的外层由混凝土浇筑成衬砌支撑结构，内层由高分子材料制成气密层以保存压缩空气。然而，衬砌混凝土在压缩空气的压力下容易开裂，高分子气密层虽然本身不易因压缩空气的压力破坏，但衬砌开裂后产生的不规则裂缝会导致气密层嵌入裂缝并受到剪切应力从而发生剪切破坏，造成极大的安全风险。

3、过去，为了应对这一问题，往往采取增加混凝土的厚度、增加钢筋量或使用高强度的混凝土配比。但这些方法极大的增加了建设成本，而且仍然不能完全解决衬砌开裂和气密层破坏的问题。

技术实现思路

1、本实用新型针对高压压缩空气在储气腔中引发衬砌混凝土结构裂缝从而导致气密层破坏的问题，提供了一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，该结构能主动地控制裂缝的产生和发展，保障高压储气仓的结构完整性，在高压状态下防止有效防止气体泄漏。

2、为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，所述预导向气密结构用于安装在压缩空气储能腔混凝土衬砌的引导裂缝处，包括位于混凝土衬砌外环面的第一支撑钢板和嵌设在引导裂缝内的橡胶密封结构，所述第一支撑钢板的宽度大于引导裂缝的宽度，位于混凝土衬砌外表面，所述橡胶密封结构远离压缩空气储能腔内腔的一面紧贴支撑钢板，邻近压缩空气储能腔内腔的一侧开设有凹槽，在凹槽开口两侧对称设有第二支撑钢板，所述第二支撑钢板一端紧贴橡胶密封结构的内壁，并与橡胶密封结构固定连接，另一端延伸至引导裂缝外侧，通过穿过混凝土衬砌额连接筋与第一支撑钢板固定连接。

3、本实用新型较优的技术方案：所述压缩空气储能腔为埋设在围岩内截面呈圆形的密封腔体，在第一支撑钢板和围岩之间设置有润滑层，所述第一支撑钢板嵌入混凝土衬砌内，在混凝土衬砌对应第一支撑钢板嵌入位置的两端分别预留有与第一支撑钢板厚度相匹配的第一槽体。

4、本实用新型较优的技术方案：所述引导裂缝沿着压缩空气储能腔的轴向从压缩空气储能腔其中一端开设到另一端。

5、本实用新型较优的技术方案：所述连接筋为钢筋，在混凝土衬砌上对应连接筋穿过的位置设有直径大于连接筋外径的空腔。

6、本实用新型较优的技术方案：所述凹槽开设在橡胶密封结构中部，其槽底拐角部位设有弧形倒角。

7、本实用新型较优的技术方案：两块第二支撑钢板对称设置在凹槽的槽口两侧，并嵌入混凝土衬砌内，且两块第二支撑钢板分别通过锁紧螺栓与橡胶密封结构固定连接，在凝土衬砌对应每块第二支撑钢板远离凹槽的一端的位置设有与第二支撑钢板厚度相匹配的第二槽体。

8、本实用新型较优的技术方案：所述引导裂缝的径向深度等于混凝土衬砌的厚度。

9、本实用新型通过在压缩空气储能腔的混凝土砌筑层上预留有引导裂缝，并在裂缝部位安装预导向气密结构，预留的引导裂缝为衬砌受环向应力的变形留出了空间，减少衬砌的开裂风险；引导裂缝内部填充的密封结构为悬臂梁状的橡胶结构，可以使高压储气仓的衬砌得到环向应力支撑，进一步减少衬砌的开裂风险，从而保障高压储气仓的结构完整性，有效防止气体泄漏。

10、本实用新型的结构通过引导裂缝在预定的位置和方向形成，同时确保即使在裂缝发生时，气密性依然得以维护，可以解决现有技术中因衬砌开裂导致的气密层破坏和因使用高强度钢筋混凝土而导致的高昂成本的问题；所述压缩空气储能腔上的引导裂缝开设数量根据混凝土的强度进行设置，裂缝宽度结合腔内气压、围岩参数及腔体半径、埋设深度等参数计算得到，能够保证其裂缝开设数量及宽度能够满足衬砌受环向应力的变形留空间，带有引导裂缝及预导向气密结构的压缩空气储能腔能够有效地引导和控制裂缝的发展，使高压储气仓的围岩开裂时，其气密层不会发生剪切破坏导致内部气体泄漏，保障压气储能系统的安全与稳定运行。

技术特征：

1.一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述预导向气密结构用于安装在压缩空气储能腔混凝土衬砌(3)的引导裂缝(10)处，包括位于混凝土衬砌(3)外环面的第一支撑钢板(4)和嵌设在引导裂缝(10)内的橡胶密封结构(5)，所述第一支撑钢板(4)的宽度大于引导裂缝(10)的宽度，位于混凝土衬砌(3)外表面，所述橡胶密封结构(5)远离压缩空气储能腔(12)内腔的一面紧贴第一支撑钢板(4)，邻近压缩空气储能腔(12)内腔的一侧开设有凹槽(11)，在凹槽(11)开口两侧对称设有第二支撑钢板(6)，所述第二支撑钢板(6)一端紧贴橡胶密封结构(5)的内壁，并与橡胶密封结构(5)固定连接，另一端延伸至引导裂缝(10)外侧，通过穿过混凝土衬砌(3)的连接筋(8)与第一支撑钢板(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述压缩空气储能腔(12)为埋设在围岩(1)内截面呈圆形的密封腔体，在第一支撑钢板(4)和围岩(1)之间设置有润滑层(2)，所述第一支撑钢板(4)嵌入混凝土衬砌(3)内，在混凝土衬砌(3)对应第一支撑钢板(4)嵌入位置的两端分别预留有与第一支撑钢板(4)厚度相匹配的第一槽体(9)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述引导裂缝(10)沿着压缩空气储能腔(12)的轴向从压缩空气储能腔(12)其中一端开设到另一端。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述连接筋(8)为钢筋，在混凝土衬砌(3)上对应连接筋(8)穿过的位置设有直径大于连接筋(8)外径的空腔(13)。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述凹槽(11)开设在橡胶密封结构(5)中部，其槽底拐角部位设有弧形倒角。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：两块第二支撑钢板(6)对称设置在凹槽(11)的槽口两侧，并嵌入混凝土衬砌(3)内，且两块第二支撑钢板(6)分别通过锁紧螺栓(14)与橡胶密封结构(5)固定连接，在混凝土衬砌(3)对应每块第二支撑钢板(6)远离凹槽(11)的一端的位置设有与第二支撑钢板(6)厚度相匹配的第二槽体(7)。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构，其特征在于：所述引导裂缝(10)的径向深度等于混凝土衬砌(3)的厚度。

技术总结
本技术提供了一种用于压缩空气储能腔的预导向气密结构。所述预导向气密结构用于安装在压缩空气储能腔混凝土衬砌的引导裂缝处，包括位于混凝土衬砌外环面的第一支撑钢板和嵌设在引导裂缝内的橡胶密封结构，所述第一支撑钢板位于混凝土衬砌外表面，所述橡胶密封结构远离压缩空气储能腔内腔的一面紧贴支撑钢板，邻近压缩空气储能腔内腔的一侧开设有凹槽，在凹槽开口两侧对称设有第二支撑钢板，所述第二支撑钢板通过穿过混凝土衬砌额连接筋与第一支撑钢板固定连接。本技术安装在压缩空气储能腔的混凝土砌筑层上预留的引导裂缝内，减少衬砌的开裂风险，从而保障高压储气仓的结构完整性，有效防止气体泄漏。

技术研发人员：颉志强,李家正,徐航,苏振华,祁勇峰,龚亚琦,覃茜,陈长江,杨震,宋文硕
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院
技术研发日：20230904
技术公布日：2024/3/21