电力系统负荷不均衡是当今世界重大科研课题，电能作为一种产品，具有特殊性，最 大的特点是不能储存，并受供求关系、电力市场供需结构变化的影响，因此电能呈现波动 频繁、幅度大、每天用电有较大的峰谷期。随着我国电力需求的不断增长，峰谷负荷差距 在不断拉大，电网运行的不均衡情况日益加剧，且峰谷差的增长率大于负荷的增长率。在 高峰时受电源供应、电网输送能力的限制不仅造成用电高峰期间的电力供应缺口，而且电 力系统的超负荷运转，是电力安全是一大隐患。与之相对的却是，用电低谷期发电能力富 裕的电量却往往因得不到有效利用，造成我国每年几千亿度电力的流失。对此，国家一方 面通过经济杠杆调节电价，鼓励错峰用电，各地高峰电价目前已达到低谷电价的3-6倍。 另一方面开发蓄能技术，利用低谷电力通过蓄能设备来转移用电高峰负荷显得尤为必要。 这样不仅可以减轻电网在峰期的供电压力，还增加了系统的备用容量，有利于电网的安全 稳定运行，对提高发电效率，降低用电成本，促进环境保护都有重要意义。对于电能的存 储的存储，可以采取以下方式，如抽水蓄能电站、压缩空气蓄能电站、蓄电池蓄能电站、 超导磁蓄能、飞轮蓄能、电磁蓄能等方式。但至今为止能够用于大容量蓄能发电的主要是 抽水蓄能和压缩空气蓄能两种系统。
目前我国抽水蓄能电站的建设和规划设计工作正在全国范围内蓬勃展开，它利用电力 负荷低谷时的多余容量和电量，通过电动发电机带动水泵将低处下水库的水抽到高处上水 库中，将这部分水量以位能形式储存起来，待电力系统负荷转为高峰时，再将这部分水量 通过水轮机驱动电动发电机发电，以补充不足的尖峰容量和电量，满足系统调峰需求，如 此不断循环工作。但抽水蓄能电站要求具备上、下游2个水库，施工量大，占地面积大， 整体造价较高，远离负荷中心，且上水库选址对高度、面积、地质结构要求严格。水库中 的水分容易蒸发、流失，需连续补充失耗水量，增加了发电成本。此外在应对各种自然灾 害及地质灾害方面仍存在一定风险。
压缩空气蓄能电站则没有上述限制，且有损占地面积少、工程量小、工期短、能量储存 期持久稳定、经济性能高等优势，因此在世界范围内受到了广泛的关注，被认为是新世纪 非常有前景的能量存储系统。利用压缩空气蓄能发电主要有两种方式，一种为燃气轮机发 电，另一种为气体直接膨胀发电。前者的的工作原理是利用低谷时的低价电能驱动空气压 缩机压缩空气，在岩穴、废弃矿井、管道等贮气室中储存能量；电力系统峰荷时，再将压 缩空气释放出来，与天然气混合注入燃烧室驱动燃气轮发电机发电。但由于燃气轮机排出 的气体仍为高温高压气体，带走了大量的能量，增加了系统的能量损耗。其燃料燃烧后含 大量的二氧化碳及氮氧化物，排入大气造成环境污染，而且其机组庞大，设备复杂，系统 小型化成本太高，较难实现分布式蓄能。
气体直接膨胀发电直接利用高压气体在降压时产生的能量发电，其原动机可以有两种 形式，一种为透平式，一种为活塞式，透平式和燃气轮机类似，高压空气不能得到有效膨 胀，所排出的气体仍为高压气体，会带走大量能量，这种浪费会在很大程度上降低综合能 量转化率。活塞式原动机与内燃机有相似之处，但目前的技术方案中，活塞式发动机进气 冲程膨胀末端残余压力较高，大量的能量未被充分利用就被随后的排气冲程释放出去，发 动机的效率不可避免的降低。而且现有的技术方案为避免储气装置中气压下降而造成的发 动机做功量减少，工作状态不稳定，必须使发动机的进气压力低于储气装置中的压力，因 此要在储气装置和发动机之间设置减压装置，而减压过程是一种不可逆的能量变化过程， 存在较大的能量损失，将进一步降低系统效率。此外，现有的用空气压缩机直接向储气库 中充入压缩空气的技术方案存在着一个过度压缩的问题，即传统的两级或多级空压机气路 为串联结构，出口气压就会很高，而当储气库中气压较低时，这部分压缩好的气体又会膨 胀回去，在压缩过程中出现了膨胀现象，说明在压缩时压缩这部分气体时做了多余的功， 这部分能量在无形中被浪费了。综上所述，过多的能量损失会使蓄能系统乃至气动汽车失 去实际应用价值，因此必须寻求新的解决方案。

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑，工况转换快，提高 能量利用率的基于可逆式空气发动机的压缩空气联热蓄能系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于可逆式空气发动机的压缩空气联热蓄能系统，其包括电动发电机、可逆式空 气发动机、储气库和保温水箱，电动发电机通过减速器与可逆式空气发动机相联，可逆式 空气发动机分别与储气库和保温水箱相连。
所述电动发电机为兼做电动机的发电机或兼做发电机的电动机，或鼠笼式感应电机或 同步电机，或抽水蓄能电站中的可逆式电动发电机。
所述储气库为山洞或盐岩层空洞或废弃的矿井或油气井或地道或沉降在海底的储气罐 或钢瓶或碳纤维气罐。
所述的保温水箱为外设保温层结构的普通水箱，保温水箱经过循环泵与可逆式空气发 动机的水套、冷却器与回热器相连。
可逆式空气发动机包括活塞式机体、气路部分和尾气稳压机构；活塞式机体包括机座、 气缸、活塞、连杆、曲轴和水套，气缸固定在机座上，级数为三级，气缸内有沿缸体轴向 往复运动的活塞，活塞通过活塞销与连杆相联，连杆的另一端与曲轴相联；曲轴的一端连 接减速器，另一端通过离合器与曲轴链轮和配气凸轮相连；缸体外套有水套，水套间以管 道串联后经过循环泵与保温水箱相连；其中，一级气缸的缸顶上安装有一级排气阀、一级 进气阀、进气门A和排气门A，二级气缸的缸顶上安装有二级排气阀、二级进气阀、进气门 B和排气门B，三级气缸的缸顶上安装有三级排气阀、三级进气阀、进气门C、排气门C和 采样气门。
所述气路部分可分为压缩气路部分和膨胀气路部分，压缩气路部分包括进气阀、排气 阀、气路切换球阀、工况隔离球阀、压力脱扣器、空气滤清器、除油器、干燥器及管道；
膨胀气路部分包括进气门、排气门、二位二通配气阀、气路切换球阀及管道，进气阀、 排气阀、进气门、排气门设置在气缸顶部，进气门与移动凸轮耦合，排气门与排气凸轮耦 合，排气凸轮通过链条传动装置与曲轴链轮相连；
所述链条传动装置包括采样凸轮与排气凸轮C同轴连接，正时链轮E通过正时链条C 与正时链轮D连接，正时链轮C通过正时链条B与正时链轮B连接，正时链轮A通过正时 链条A曲轴链轮连接，曲轴链轮通过离合器与曲轴同轴连接；正时链轮D与排气凸轮B和 正时链轮C同轴连接，正时链轮B与采样凸轮、排气凸轮C和正时链轮A同轴连接。
压缩气路部分的气路结构为，三级进气阀通过管路连接滤清器B，三级排气阀通过管路 连接工况隔离球阀C，工况隔离球阀C另一端通过管路连接冷却换热器C的蛇形管的气体入 口，蛇形管的气体出口通过管路连接二级进气阀，二级排气阀通过管路连接工况隔离球阀B；
工况隔离球阀B另一端分出两条支路，一条经过气路切换球阀C后与冷却换热器B的 蛇形管的气体入口相连，另一条经过气路切换球阀D后与一级排气阀经过工况隔离球阀A 后的管路汇合后与冷却换热器A的蛇形管的气体入口相连；
一级进气阀连接两条支路，一条经过气路切换球阀B后与冷却换热器B的蛇形管的气 体出口相连，另一条经过气路切换球阀A后与滤清器A相连；
冷却换热器A连接两条支路，一条连接压力脱扣器，另一条经过除油器、干燥器和截 止阀后与储气库相连。
所述的压缩气路部分包括压力脱扣器，压力脱扣器包括压力脱扣器壳体、小活塞、感 压弹簧、触发顶杆A、弹簧A、钢丝绳组A，其中小活塞右端在感压弹簧的压力下抵在压力 脱扣器壳体上，小活塞左端为挂钩形状，挂钩钩住触发顶杆A，顶杆A上套有弹簧A，触发 顶杆A的上端与钢丝绳组A相联，钢丝绳组A的另一端分别与气路切换球阀A、气路切换球 阀B、气路切换球阀C、气路切换球阀D相连。
所述的膨胀气路部分的气路结构为储气库经过流量调节阀与回热换热器A的蛇形管的 气体入口相连；回热换热器A的蛇形管的气体出口分出两条支路，一条经过气路切换球阀E、 二位二通配气阀A与进气门A相连，另一条经过气路切换球阀H、二位二通配气阀B与回热 换热器B的蛇形管的气体出口经过气路切换球阀G后的管路汇合后与进气门B相连；排气 门A分出两条支路，一条与回热器B的蛇形管的气体入口相连，另一条经过气路切换球阀F 与大气相连；
排气门B与回热换热器C的蛇形管的气体入口通过管路相连，回热换热器C的蛇形管 的气体出口与三级气缸上的进气门C通过管路相连；排气门C直接与大气相连，采样气门 以管路与尾气稳压机构中的比较器气缸的上气缸相连；冷却器与回热器皆采用并联方式相 连，并通过管道与循环泵和保温水箱相连。
所述一级进气阀、二级进气阀、三级进气阀、一级排气阀、二级排气阀和三级排气阀 均为环状阀或网状阀；所述进气门A、进气门B和进气门C的上端分别与设置在活塞式机体 上的移动凸轮A、移动凸轮B和移动凸轮C耦合；所述排气门A、排气门B和排气门C的上 端分别与设置在活塞式机体上的排气凸轮A、排气凸轮B和排气凸轮C耦合，采样气门上端 与设置在活塞式机体上采样凸轮耦合。
所述排气凸轮A、排气凸轮B和排气凸轮C均为盘式结构，其中，基圆和顶圆各占一半 周长，过渡处采用圆角过渡；排气凸轮A、排气凸轮B和排气凸轮C通过凸轮轴与分别与正 时链轮E、正时链轮C和正时链轮A同轴连接；
采样凸轮与排气凸轮C同轴连接，正时链轮E、正时链轮C和正时链轮A均通过链条与 曲轴链轮连接，曲轴链轮通过离合器与曲轴同轴连接。
所述尾气稳压机构包括比较器气缸、比较器活塞、驱动气罐、两位五通滑阀、双作用 气缸、配气活塞、配气齿条、配气齿轮、配气凸轮A、配气凸轮B、碰触头C、碰触头D、 碰触头A、碰触头基座A、碰触头B、碰触头基座B、钢丝绳C、钢丝绳D、脱扣器B壳体、 脱扣器挂钩、触发顶杆B、弹簧B、钢丝绳组B；比较器气缸内设有比较器活塞，比较器活 塞末端与两位五通滑阀的滑阀阀芯相连，驱动气罐内充有0.4Mpa左右的驱动气体，驱动气 罐以管路连接两位五通滑阀的中间通路进气口，中间通路两侧的两个通路两位五通滑阀的 上下出气口分别与双作用气缸的右气缸和左气缸相连，两位五通滑阀的两个排气口与大气 相连；
配气活塞设置在双作用气缸中，配气活塞的左端与设置于双作用气缸上部的配气齿条 的左端固定相联，配气齿条与配气齿轮相互啮合；
配气齿轮与配气凸轮A同轴，配气齿轮上固定有碰触头基座B，碰触头基座B的孔洞中 嵌套有两个沿配气齿轮径向对置分布的碰触头B和碰触头D；
双作用气缸左端固定连接有脱扣器B壳体，脱扣器B壳体内设有脱扣器挂钩，脱扣器 挂钩上设有触发顶杆B，触发顶杆B上套有弹簧B，触发顶杆B上端与钢丝绳组B一端连接， 钢丝绳组B另一端分别与气路切换球阀E、气路切换球阀F、气路切换球阀G、气路切换球 阀H连接；
配气凸轮B外缘设有C形碰触头基座A，，碰触头基座A的两个横撑上的纵向孔洞中分 别嵌套有碰触头A和碰触头C，碰触头A位于配气凸轮B的正上方，碰触头C位于配气凸 轮B的正下方；
碰触头A、碰触头B通过杠杆分别与细钢丝绳组C的两端相联，碰触头C、碰触头D 通过杠杆分别与细钢丝绳组D的两端相联；钢丝绳组C与二位二通配气阀A相联，细钢丝 绳组D与二位二通配气阀B相联。
本发明在用电低谷时段，利用电网中的富余电力驱动电动发电机带动可逆式空气发动 机压缩空气并存入储气库中，通过多级压缩和级间冷却的办法令其热力学过程尽量接近等 温压缩，而压缩空气时释放的热量通过换热器存储在保温水箱中的水中。在用电高峰时段， 释放储气库中的压缩空气，驱动可逆式空气发动机并带动发电机发电，保温水箱中水的热 量通过换热器使膨胀后降温的气体回热，使其实现准等温膨胀，从而可以提高压缩气体的 做功能力。该可逆式空气发动机独创性地将压缩机和发动机的功能整合于一身，具有节省 设备，结构紧凑，工况转换快的优点。为解决尾气能量损失问题，专门设计了尾气稳压机 构，该机构通过排气压力与外界大气压力的比较，通过闭环控制来调节二位二通配气阀关 断的时刻，使排气压力稳定在与外界气压相等的数值，从而实现膨胀比可变的对外做功方 式，最大限度地利用了压缩气体中的能量。为解决减压损失问题，在本发明中特别采用了 压控变缸技术，当气源压力较高时，采用高中低三级气缸串联膨胀，而压力降低到一定程 度时，压力脱扣器动作，带动阀门气路切换球阀切换气路，将高压气缸从气路中切除，压 缩空气在中低压两级气缸中串联膨胀，不需减压装置，降低能量损耗的目的。对于过度压 缩问题，压控变缸技术亦可以解决，当储气库中压力较低时，采用两级串联压缩方式，而 当储气库中压力较高时，采用三级串联压缩方式，从而既满足了压力的需求，又有效回避 了过度压缩问题。由以上描述可见，本发明中采用的联热蓄能、尾气稳压及适时变缸等技 术方案，消除了在整体能量损失中占很大比重的散热损失、减压损失、尾气损失及过度压 缩损失，提高了能量转化效率。
该系统的应用范围非常广泛，既可组建大型压缩空气蓄能电站，承担电力系统中调峰 填谷、调频调相、事故备用的任务，又可应用于工厂、企业、写字楼群、住宅小区实现分 布式蓄能，利用晚间廉价的低谷电，节约大量电费开支，具有可观的商业价值，还可以与 风电系统、光电系统配套使用，解决这些能源推广中的间歇性瓶颈，大力促进风能、太阳 能等可再生能源的广泛应用，创造良好的社会效应、生态效应。
附图说明
图1为该系统整体配置图；
图2为气门、气阀在气缸顶的配置的等轴测图；
图3为气路部分空间位置示意图；
图4为压缩气路部分示意图；
图5为膨胀气路部分与尾气稳压机构连接方式示意图；
图6是图5的左上部分，为膨胀气路部分示意图；
图7是图5的右下部分，为尾气稳压机构示意图；
图8a、图8b、图8c和图8d分别为配气凸轮、排气凸轮、移动凸轮、采样凸轮型线示 意图；
图中：1、电动发电机，2、减速器，3、曲轴，4、一级气缸，5、二级气缸，6、三级 气缸，7、连杆A，8、连杆B，9、连杆C，10、活塞A，11、活塞B，12、活塞C，13、一 级进气阀，14、一级排气阀，15、二级排气阀，16、二级进气阀，17、三级排气阀，18、 三级进气阀，19、冷却器A，20、冷却器B，21、冷却器C，22、循环泵，23、保温水箱， 24、储气库，25、压力表，26、流量调节阀，27、截止阀，28，滤清器A，29、滤清器B， 30、除油器，31，干燥器，32、压力脱扣器壳体，33、钢丝绳组A，34、气路切换球阀A， 35、气路切换球阀B，36、气路切换球阀C，37、气路切换球阀D，38、工况隔离球阀A， 39、工况隔离球阀B，40、工况隔离球阀C，41、二位二通配气阀A，42、气路切换球阀E， 43、气路切换球阀F，44、气路切换球阀G，45、二位二通配气阀B，46、回热器A，47、 回热器B，48、回热器C，49、气路切换球阀H，50、正时链条B，52、正时链轮A，53、正 时链条A，54、曲轴链轮，56、离合器，57、钢丝绳组B，58，钢丝绳C，60、小活塞，61， 感压弹簧，63、触发顶杆A，64、弹簧A，65、比较器气缸，66、比较器活塞，67、驱动气 罐，68、两位五通滑阀，69、滑阀阀芯，72、双作用气缸，73、配气活塞，74、配气齿条， 75、配气齿轮，76、配气凸轮A，77、配气凸轮B，80、碰触头C，81、碰触头D，82、碰 触头A，83、碰触头基座A，84、碰触头B，85、碰触头基座B，86、脱扣器B壳体，87、 脱扣器挂钩，88、弹簧B，89、钢丝绳D，90、进气门A，91、移动凸轮A，92、排气门A， 93、排气凸轮A，94、正时链轮E，95、进气门B，96、移动凸轮B，97、排气门B，98、排 气凸轮B，99、正时链轮C，100、进气门C，101、移动凸轮C，102、排气门C，103、排气 凸轮C，104、正时链轮B，105、采样气门，106、采样凸轮，107、正时链轮D，112、触发 顶杆B，113、正时链条C，114、水套A，115、水套B，116、水套C。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图8所示，本发明整体结构包括电动发电机1、可逆式空气发动机、储气库24 和保温水箱23四部分。电动发电机1通过减速器2与可逆式空气发动机相连，可逆 式空气发动机以管道与储气库24相连，保温水箱23连接可逆式空气发动机的冷却器、回 热器及水套；储气库24上设有压力表25。
电动发电机1为兼做电动机的发电机或兼做发电机的电动机，或鼠笼式感应电机或同 步电机，或抽水蓄能电站中的可逆式电动发电机。
储气库24为山洞或盐岩层空洞或废弃的矿井或油气井或地道或沉降在海底的储气罐或 钢瓶或碳纤维气罐。
保温水箱23为外设保温层结构的普通水箱，保温水箱23经过循环泵22与可逆式空气 发动机的水套、冷却器与回热器相连。
可逆式空气发动机主要包括活塞式主机、气路部分、尾气稳压机构三部分。活塞式主 机由机座、气缸、活塞、连杆、曲轴3、水套组成。气缸固定在机座上，级数为三级，气缸 内有沿缸体轴向往复运动的活塞，活塞通过活塞销与连杆相联，连杆的另一端与曲轴3相 联。曲轴3的一端连接减速器2，另一端通过离合器56与曲轴链轮54和配气凸轮相连。缸 体外套有水套，水套间以管道串联后经过循环泵22与保温水箱23相连。
其中，一级气缸4的缸顶上安装有一级排气阀14、一级进气阀13、进气门A90和排气 门A92，二级气缸5的缸顶上安装有二级排气阀15、二级进气阀16、进气门B95和排气门 B97，三级气缸6的缸顶上安装有三级排气阀17、三级进气阀18、进气门C100、排气门C102 和采样气门105。一级气缸4、二级气缸5和三级气缸6的外部分别设有水套A114、水套 B115和水套C116。
气路部分可分为压缩气路部分和膨胀气路部分，压缩气路部分主要包括进气阀、排气 阀、气路切换球阀、工况隔离球阀、压力脱扣器、空气滤清器、除油器30、干燥器31及管 道，膨胀气路部分主要包括进气门、排气门、二位二通配气阀、气路切换球阀及管道，进 气阀、排气阀、进气门、排气门设置在气缸顶部，进气门与移动凸轮耦合，排气门与排气 凸轮耦合，排气凸轮通过链条传动装置与曲轴链轮54相连。
链条传动装置包括采样凸轮106与排气凸轮C103同轴连接，正时链轮E94通过正时链 条C113与正时链轮D107连接，正时链轮C99通过正时链条B50与正时链轮B104连接，正 时链轮A52通过正时链条A53曲轴链轮54连接，曲轴链轮54通过离合器56与曲轴3同轴 连接；正时链轮D107与排气凸轮B98和正时链轮C99同轴连接，正时链轮B104与采样凸 轮106、排气凸轮C103和正时链轮A52同轴连接。
压缩气路部分的气路结构为，三级进气阀18以管路连接滤清器B29，三级排气阀17以 管路连接工况隔离球阀C40，工况隔离球阀C40另一端以管路连接冷却器C21的蛇形管的气 体入口，蛇形管的气体出口以管路连接二级进气阀16，二级排气阀15以管路连接工况隔离 球阀B39；
工况隔离球阀B39另一端分出两条支路，一条经过气路切换球阀C36后与冷却器B20 的蛇形管的气体入口相连，另一条经过气路切换球阀D37后与一级排气阀13经过工况隔离 球阀A38后的管路汇合，汇合后与冷却器A19的蛇形管的气体入口相连；
一级进气阀14连接两条支路，一条经过气路切换球阀B35后与冷却器B20的蛇形管的 气体出口相连，一条经过气路切换球阀A34后与滤清器A28相连；
冷却器A19连接两条支路，一条连接压力脱扣器32，另一条经过除油器30、干燥器31、 截止阀27后与储气库24相连。
所述的压缩气路部分包括压力脱扣器，压力脱扣器结构主要由压力脱扣器壳体32、小 活塞60、感压弹簧61、触发顶杆A63、弹簧A64、钢丝绳组A33等组成。其中小活塞60右 端在感压弹簧61的压力下抵在压力脱扣器壳体32上，小活塞60左端设计为挂钩形状，钩 住触发顶杆A63使其在弹簧A64压力下不能下移，触发顶杆A63的上端与钢丝绳组A33相 联，钢丝绳组A33的另一端分别与气路切换球阀A34、气路切换球阀B35、气路切换球阀C36、 气路切换球阀D37相连。
膨胀气路部分的气路结构为，储气库经过流量调节阀26与回热器A46的蛇形管的气体 入口相连，回热器A46的蛇形管的气体出口分出两条支路，一条经过气路切换球阀E42、二 位二通配气阀A41与进气门A90相连，一条经过气路切换球阀H49、二位二通配气阀B45与 回热器B47的蛇形管的气体出口经过气路切换球阀G44后的管路汇合后与进气门B95相连， 排气门A92分出两条支路，一条与回热器B47的蛇形管的气体入口相连，另一条经过气路 切换球阀F43与大气相连；
排气门B97与回热器C48的蛇形管的气体入口以管路相连，回热器C48的蛇形管的气 体出口与进气门C100以管路相连，排气门C102直接与大气相连，采样气门105以管路与 尾气稳压机构中的比较器气缸65的上气缸相连。冷却器与回热器皆采用并联方式相连，并 通过管道与循环泵22和保温水箱23相连。
一级进气阀13、二级进气阀16、三级进气阀18、一级排气阀14、二级排气阀15和三 级排气阀17均为环状阀或网状阀；所述进气门A90、进气门B95和进气门C100的上端分别 与设置在活塞式机体上的移动凸轮A91、移动凸轮B96和移动凸轮C101耦合；所述排气门 A92、排气门B97和排气门C102的上端分别与设置在活塞式机体上的排气凸轮A93、排气凸 轮B98和排气凸轮C103耦合，采样气门105上端与设置在活塞式机体上采样凸轮106耦合。
排气凸轮A93、排气凸轮B98和排气凸轮C103均为盘式结构，其中，基圆和顶圆各占 一半周长，过渡处采用圆角过渡；排气凸轮A93、排气凸轮B98和排气凸轮C103通过凸轮 轴与分别与正时链轮E94、正时链轮C99和正时链轮A52同轴连接；
尾气稳压机构包括比较器气缸65、比较器活塞66、驱动气罐67、两位五通滑阀68、 双作用气缸72、配气活塞73、配气齿条74、配气齿轮75、配气凸轮A76、配气凸轮B77、 碰触头A82、碰触头B84、碰触头C80、碰触头D81、碰触头基座A83、碰触头基座B85、钢 丝绳C58、钢丝绳D89、脱扣器B壳体86、脱扣器挂钩87、触发顶杆B112、弹簧B88、钢 丝绳组B57等。其中，比较器气缸65内设有比较器活塞66，比较器活塞66末端与两位五 通滑阀68的滑阀阀芯69相连，比较器气缸65与采样气门105相连，比较器活塞66开始 时处于比较器气缸65的中间，比较器气缸65的下部密封着压力与外界气压相等的一定量 气体，比较器活塞66末端与两位五通滑阀68的滑阀阀芯69相连；
驱动气罐内充有0.4Mpa左右的驱动气体，驱动气罐以管路连接两位五通滑阀的中间通 路进气口，中间通路两侧的两个通路两位五通滑阀的上下出气口分别与双作用气缸的右气 缸和左气缸相连，两位五通滑阀的两个排气口与大气相连；，配气活塞73设置在双作用气 缸72中，配气活塞73的左端与双作用气缸72上部的配气齿条74的左端固定相联，配气 齿条74通过与配气齿轮75的啮合。
配气凸轮B77外缘设有C形碰触头基座A83，碰触头基座A83的两个横撑上的纵向孔洞 中分别嵌套有碰触头A82和碰触头C80，碰触头A82位于配气凸轮B77的正上方，碰触头 C位于配气凸轮B77的正下方；
碰触头A82、碰触头C80嵌套在碰触头基座A83的孔洞中并可以沿孔洞轴线方向移动， 碰触头B84、碰触头D81嵌套在碰触头基座B85的孔洞中并可以沿孔洞轴线方向移动，碰触 头基座A83处于固定状态且碰触头A82位于配气凸轮B77外缘的正上方，碰触头C80位于 配气凸轮B77外缘的正下方，配气齿轮75与配气凸轮A76同轴，碰触头基座B85固定在配 气齿轮75上，碰触头B84、碰触头D81沿配气齿轮75径向对置分布。
碰触头A82、碰触头B84通过杠杆分别与钢丝绳C58的两端相联，碰触头C80、碰触头 D81通过杠杆分别与钢丝绳D89的两端相联。钢丝绳C58与二位二通配气阀A41相联，钢丝 绳D89与二位二通配气阀B45相联。
双作用气缸72左端固定连接有脱扣器B壳体86，脱扣器B壳体86内设有脱扣器挂钩 87，脱扣器挂钩87上设有触发顶杆B112，触发顶杆B112上套有弹簧B88，触发顶杆B112 上端与钢丝绳组B57一端连接，钢丝绳组B57另一端分别与气路切换球阀E42、气路切换球 阀F43、气路切换球阀G44、气路切换球阀H49连接；
工作原理
该蓄能系统的设计压力为0.4-6.4Mpa，一级气缸4、二级气缸5、三级气缸6的容积比 设计为1∶4∶16，下面分蓄能工况和发电工况具体阐述。
蓄能工况：
在蓄能工况下，电动机带动可逆式空气发动机(此时作为压缩机)将电网中的富余电 能转化为空气的压缩能，如图3所示，其工作过程与现有空压机基本一致，开始时将离合 器56断开，调整移动凸轮和排气凸轮，使各气缸的进球门与排气门均处于关闭状态，同时 将流量调节阀26关断，截止阀27打开，从而将膨胀气路从压缩气路中隔离出去。换热系 统将为压缩空气降温并储存热量。
压缩开始时储气库24中的压力为0.4Mpa，气路切换球阀A34、气路切换球阀D37处于 打开状态，气路切换球阀B35、气路切换球阀C36处于关闭状态，气路结构为气体经过为二 级气缸5、三级气缸6并联后与一级气缸4并联，气体经过空气滤清器过滤后进入气缸，经 气缸压缩后经过除油器30除油、干燥器31干燥进入储气库24，由于二级气缸5、三级气 缸6的容积比设计为1∶4，开始时出口压力为由0.4Mpa，因而没有过度压缩问题。随着储 气库24中压力的提高，排气阀打开的时刻逐渐推迟。当压力等于1.6Mpa时，小活塞60在 气体压力下将感压弹簧61压缩进而左移，触发顶杆A63将失去支撑而被弹簧A64弹出，进 而带动钢丝绳组A33产生拉力，带动气路切换球阀A34、气路切换球阀B35、气路切换球阀 C36、气路切换球阀D37阀芯各自旋转90度，气路切换球阀A34、气路切换球阀D37关闭， 气路切换球阀B35、气路切换球阀C36打开，从而气路变为三级串联，出口压力由1.6Mpa 继续提高，直至达到6.4Mpa，压缩过程结束。
发电工况：
在发电工况下，储气库24中的压缩气体通过膨胀做功，带动发动机发电，将电能返回 电网或用户内部使用。将工况隔离球阀A38、工况隔离球阀B39、工况隔离球阀C40关断， 由于进气阀为单向阀，在膨胀过程中会自动关闭，同时将流量调节阀26打开，截止阀27 关断，压缩气路即可从膨胀气路中隔离出去。通过离合器56保持曲轴链轮54和配气凸轮 与曲轴3同步旋转，并调整到活塞C12位于下止点时排气门C102恰好打开。此时换热系统 回热压缩空气并释放存储的热量。
膨胀开始时储气库24中的压力为6.4Mpa，气路切换球阀E42、气路切换球阀G44处于 打开状态，气路切换球阀F43、气路切换球阀H49处于关闭状态，气路结构为气体经过三级 膨胀后排入大气，此时进气正时由二位二通配气阀A41来控制(二位二通配气阀B45此时 不起作用)，当活塞A10运行到上止点时，配气凸轮A76、配气凸轮B77的凸点亦旋转到最 高点。此时碰触头A82会在配气凸轮B77的凸点的作用力下上移，通过杠杆传动将钢丝绳 C58的左端下拉一段距离，进而带动二位二通配气阀A41的阀芯切换阀位，使储气库24中 的高压气体进入一级汽缸4，推动活塞A10由上止点向下止点运动。同时钢丝绳C58的左端 下移一段距离会使钢丝绳C58的右端带动碰触头B84朝圆心移动一段距离。
随着活塞A10的向下运动，配气凸轮A76、配气凸轮B77将随之顺时针方向旋转。当配 气凸轮A76的凸点与碰触头B84接触时，碰触头B84会在配气凸轮A76的凸点作用力下背 离圆心移动，通过杠杆传动将钢丝绳C58的右端下拉一段距离，进而带动二位二通配气阀 A41的阀芯切换阀位，将二位二通配气阀A41关闭，进气过程结束，一级气缸4中的高压气 体会在自身压力下继续膨胀，推动活塞A10继续下行。
当活塞A10运行到下止点时，排气凸轮A93将排气门A92打开，一级气缸4中的气体 通过回热器B47回热后进入二级气缸5中继续膨胀，推动活塞B11向下运行，连杆A7和连 杆B8带动曲轴3正向旋转。当活塞B11运行到下止点时，排气凸轮B98将排气门B97打开， 一级气缸4中的气体通过回热器C48回热后进入三级气缸6中继续膨胀，推动活塞C 12向 下运行；连杆A7、连杆B8和连杆C9带动曲轴3继续正向旋转，如此循环往复，则发动机 完成正向启动。
当活塞C 12即将运行到下止点时，采样气门105在采样凸轮106的带动下打开，使三 级气缸6与比较器气缸65上部相联。如果三级气缸6在膨胀冲程末端的压力大于外界压力， 则比较器活塞66会在上部较大压力作用下下移，并带动滑阀阀芯69下移一段距离，驱动 气罐67内的气体便进入双作用气缸72的左气缸，双作用气缸72右气缸与大气连通，配气 活塞73便在压力差的作用下带动配气齿条74右移，配气齿轮75便会逆时针旋转带动碰触 头B84上移，从而使二位二通配气阀A41关断的时刻提前，减少了进气量，使尾气压力降 低。如果三级气缸6在膨胀冲程末端的压力小于外界压力，则比较器活塞66会在下部较大 压力作用下上移，并带动滑阀阀芯69上移一段距离，驱动气罐67内的气体便进入双作用 气缸72的右气缸，双作用气缸72左气缸与大气连通，配气活塞73便在压力差的作用下带 动配气齿条74左移，配气齿轮75便会顺时针旋转带动碰触头B84下移，从而使二位二通 配气阀A41关断的时刻滞后，增加了进气量，使尾气压力升高，避免了活塞在外界较高压 力下做负功。
通过以上过程可见，将尾气压力稳定在与外界气压相等的过程是一个负反馈调节过程， 通过调节进气正式来改变进气量并使之得到最充分的膨胀，避免了尾气损失，提高了能量 利用率。随着膨胀过程的进行，储气库24中的压力会逐渐降低，配气齿轮75便逐渐顺时 针旋转带动碰触头B84下移，使进气量增加。
当碰触头B84快要接近最低点时，配气活塞73的左端与脱扣器挂钩87右端接触并推 动脱扣器挂钩87左移，这时，触发顶杆B112将失去支撑而被弹簧B88弹出，进而带动钢 丝绳组B57产生拉力，带动气路切换球阀E42、气路切换球阀F43、气路切换球阀G44、气 路切换球阀H49阀芯各自旋转90度，使气路切换球阀E42、气路切换球阀G44关闭，气路 切换球阀F43、气路切换球阀H49打开，从而气路切换为两级串联膨胀，一级气缸4从气路 中切除。气路切换后，进气正时由二位二通配气阀B45来控制(二位二通配气阀A41此时 不起作用)，当配气凸轮B77顶起碰触头C80时，二位二通配气阀B45打开，当配气凸轮A76 顶起碰触头D81时二位二通配气阀B45关断。
由于气路结构突然由三级串联膨胀变为两级串联膨胀，尾气压力会突然升高，配气齿 轮75便会逆时针旋转带动碰触头D81下移到一个较低位置，从而使配气凸轮A76的时刻提 前，减少了进气量，使尾气压力恢复为与外界气压相等。随着压力进一步降低，碰触头D81 逐渐上移以增加进气量，当储气库24中的压力将为0.4Mpa时，膨胀过程结束。由以上过 程可见，由于采用了变缸技术，使气体的膨胀过程更为合理，提高了系统对压力变化的适 应能力。
上述方案只是本发明的一个具体实施例，熟悉本技术领域的技术人员能从本发明公开 的内容合理预测出的所有等同替代及明显变型，均应认为是本发明的保护范围。