專利名稱：微型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型技術(shù)屬于新能源及高效節(jié)能(06)領(lǐng)域，將成套發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于高效 節(jié)能能源產(chǎn)業(yè)。特別是一種微型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，幾十至幾百kW的小型發(fā)電機(jī)組市場(chǎng)，一直由內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組占領(lǐng)，燃?xì)?輪機(jī)幾乎沒(méi)有立足之地。原因是小功率燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)的效率比較低，無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)相匹 敵。而且小功率燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速高，通常需要采用齒輪減速器降速后與發(fā)電機(jī)相連，笨重的減 速器和低速發(fā)電機(jī)，把燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)輕巧的特點(diǎn)給抵消了。不僅造成了資源的浪費(fèi)，也不利 于未來(lái)發(fā)電設(shè)備小型化的要求。至今還沒(méi)有一種型號(hào)微型燃?xì)廨啓C(jī)用于商業(yè)運(yùn)行中。系統(tǒng)總體技術(shù)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力、損耗、溫升及散熱技術(shù)、非接觸式軸承支承技術(shù)、高效回 熱技術(shù)、數(shù)字功率控制與轉(zhuǎn)換等技術(shù)還不夠成熟，這也客觀造成了成套發(fā)電設(shè)備在我國(guó)的 發(fā)展和市場(chǎng)化進(jìn)程緩慢。目前國(guó)際上微型燃?xì)廨啓C(jī)整體還沒(méi)有全部進(jìn)入一個(gè)市場(chǎng)成熟期， 這對(duì)我國(guó)發(fā)展微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)化并追趕先進(jìn)國(guó)家是一個(gè)較好時(shí)機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容為提高成套發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行效率、減小其體積、重量，本實(shí)用新型特提供了一套微 型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案，該設(shè)備包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、高 速發(fā)電機(jī)、磁性聯(lián)軸器，其中微型燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)磁性聯(lián)軸器與高速發(fā)電機(jī)連接。本實(shí)用新型的微型燃?xì)廨啓C(jī)是成套發(fā)電設(shè)備的原動(dòng)機(jī)，燃燒燃料，主軸高速旋轉(zhuǎn)。 主軸轉(zhuǎn)速在30000rpm 60000rpm。微型燃?xì)廨啓C(jī)包括壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)馔钙?，采用徑?設(shè)計(jì)原理以及單級(jí)徑向壓縮機(jī)低排放環(huán)型燃燒器、單級(jí)徑向透平，壓比為4 1，恒溫運(yùn)行 排除了使用高成本的尖端材料，維修成本低，振動(dòng)更小，排放更低，結(jié)構(gòu)緊揍。本實(shí)用新型的高速發(fā)電機(jī)為同步永磁電機(jī)，可同時(shí)作為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)使用。成 套發(fā)電設(shè)備運(yùn)行初期，高速電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用，由外部供給電能，作為系統(tǒng)的原動(dòng)力，通 過(guò)磁性聯(lián)軸器帶動(dòng)微型燃?xì)廨啓C(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行；當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速達(dá)到20000rpm時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)可 消耗燃料，自主運(yùn)行，高速電機(jī)轉(zhuǎn)而作為發(fā)電機(jī)使用，向外供應(yīng)電能。高速發(fā)電機(jī)主要包括 氣體軸承、永磁發(fā)電機(jī)、磁力軸承、功率變換系統(tǒng)。本實(shí)用新型的非接觸磁性聯(lián)軸器由內(nèi)磁性部分和外磁性部分組成。內(nèi)磁性部分由 多片永磁磁片和護(hù)套構(gòu)成；永磁磁片由釹鐵硼永磁材料加工而成；護(hù)套由高強(qiáng)合金加工而 成；外磁性部分具有和內(nèi)磁性部分相同片數(shù)的磁片。非接觸磁性聯(lián)軸器具有和微型燃?xì)廨?機(jī)相同的轉(zhuǎn)速。非接觸磁性聯(lián)軸器，允許微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出軸和高速電機(jī)的輸入軸有超過(guò) Imm軸線偏移量，和超過(guò)0. 5度軸線角度偏移量。正常工作時(shí)，內(nèi)外永磁體相位并不相同，允 許存在一定的角度，角度的大小由轉(zhuǎn)速和傳遞的功率確定。成套發(fā)電設(shè)備通過(guò)磁性聯(lián)軸器 組成一個(gè)緊揍的高轉(zhuǎn)速的交流發(fā)電機(jī)組。裝置不需要減速箱，交流發(fā)電機(jī)又可作為一個(gè)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而可進(jìn)一步減少機(jī)組的體積。本實(shí)用新型的電能控制器由前級(jí)整流部分和后級(jí)逆變部分構(gòu)成。前級(jí)整流部分采 用閉環(huán)的控制方式。后級(jí)逆變部分采用開(kāi)環(huán)的控制方式。電能控制器在成套發(fā)電設(shè)備運(yùn)行 初期作為微型燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)控制器使用，在成套發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)速高于20000rpm時(shí)作為發(fā) 電機(jī)電能變換的控制器使用。電能控制器在作為發(fā)電機(jī)電能變換的控制器使用時(shí)，可輸出 單相220V/50Hz或三相380V/50Hz電能。與傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備對(duì)比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì)(1)沒(méi)有或很低輸配電損耗；(2)可避免或減緩輸配電成本的增加；(3)利用燃機(jī)產(chǎn)生的熱煙氣進(jìn)行高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)；(4)適合多種熱電比的變化，可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而增加年設(shè) 備利用率；(5)用戶可自行控制，可進(jìn)行遙控和監(jiān)測(cè)區(qū)域電力質(zhì)量和性能；(6)非常適應(yīng)對(duì)鄉(xiāng)村和發(fā)展中區(qū)域提供電力，在成本增加很小的情況下可增加裝 機(jī)容量；(7) 土建和安裝成本低；大量減少了環(huán)保壓力。
圖1為成套發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
該設(shè)備包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、高速發(fā)電機(jī)、磁性聯(lián)軸器，其中微型燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)磁 性聯(lián)軸器與高速發(fā)電機(jī)連接?？紤]到高速發(fā)電機(jī)在高壓氣體驅(qū)動(dòng)下可能存在較大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，前級(jí)整流如果采 用不控整流，直流側(cè)電壓也將會(huì)有很大的波動(dòng)，為了保證后級(jí)逆變輸出電壓的穩(wěn)定性，采用 三相橋式半控整流電路，這種電路比全控型電路更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)。逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為50Hz的交流電，本系統(tǒng)采用6個(gè)IGBT組成三相全橋逆 變電路。當(dāng)前的逆變電路中，主要采用PWM控制技術(shù)，PWM是對(duì)觸發(fā)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)的 技術(shù)。SPWM是實(shí)現(xiàn)逆變器輸出正弦化的最有效手段。此外，數(shù)字控制的電能變換器可進(jìn)行輸出頻率轉(zhuǎn)換，也可調(diào)解成其它輸出頻率，它 把高速交流發(fā)電機(jī)輸出的頻率為1 3kHz的電力轉(zhuǎn)換成50 60Hz的電力功率逆變控制 器，同時(shí)，還可在啟動(dòng)時(shí)，將50 60Hz逆變成1 3kHz的高頻電，啟動(dòng)電機(jī)；另外，可根據(jù) 負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，也可根據(jù)外部電網(wǎng)負(fù)荷變化運(yùn)行，或可作為獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，還包括遠(yuǎn) 程管理、控制和監(jiān)測(cè)。本設(shè)備能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下(7)最高轉(zhuǎn)速彡 60000rpm(8)額定功率彡30KW(9)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間彡8600h(10)工作溫度-20 50°C[0028](11)效率(25 士 2) %(12)冷卻方式強(qiáng)制風(fēng)冷(13)用戶電壓380V(0 +10% )或 220V(0 +10% )(14)輸出電能頻率(50士2. 5) Hz本實(shí)用新型創(chuàng)造性的集單級(jí)壓氣、向心透平渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、非接觸磁性聯(lián)軸技 術(shù)、氣浮-磁浮混合支撐技術(shù)、高速永磁發(fā)電技術(shù)、高度集成的數(shù)字電能變換技術(shù)等核心技 術(shù)于一身，整臺(tái)設(shè)備采用空氣冷卻，無(wú)需潤(rùn)滑油和冷卻液，無(wú)需通過(guò)繁雜的中間減速結(jié)構(gòu)， 可直接由微型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)工作，有效的降低了成套發(fā)電設(shè)備的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)了 體積小、重量輕的目標(biāo)，且通過(guò)非接觸式磁性聯(lián)軸器連接，使微型燃?xì)廨啓C(jī)和高速發(fā)電機(jī)在 物理上隔離，有效的杜絕了微型燃?xì)廨啓C(jī)和高速電機(jī)間的振動(dòng)干擾。具有多臺(tái)集成擴(kuò)容、可 使用多種燃料、燃料消耗低、噪音低、排放低、振動(dòng)低、維修率低、可遙控和診斷等一系列技 術(shù)特點(diǎn)。本實(shí)用新型可以減少對(duì)電網(wǎng)的依賴，使機(jī)組的使用率完全按最有利于高效節(jié)能的 方案執(zhí)行，并可按負(fù)載優(yōu)先級(jí)別供電、遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可通過(guò)調(diào)制解調(diào)器和互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行控 制。并可通過(guò)控制軟件實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)電設(shè)備直接并車，而無(wú)需其它控制硬件輔助。本實(shí)用新型且具有各種顛簸路面的超強(qiáng)適應(yīng)能力，使之具有較高的機(jī)動(dòng)性，啟動(dòng) 快速并可連續(xù)運(yùn)行，富氧燃燒，超低排放，便于軍民兩用。本發(fā)明可以用于導(dǎo)彈發(fā)射車、戰(zhàn) 車、坦克、高炮車、自行火炮的野戰(zhàn)移動(dòng)電源，也可用于無(wú)人機(jī)、直升機(jī)、教練機(jī)上作為輔助 電源以及大型戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)，還可作為浮空器、艦船、潛艇、雷達(dá)的發(fā)電設(shè) 備。另外，由于出色的可靠性和連續(xù)運(yùn)行能力，采用微燃+高發(fā)成套發(fā)電設(shè)備成為無(wú)人值 守的2MW以下分布式供電系統(tǒng)的最佳方案，如辦公商務(wù)樓、大型商場(chǎng)、電影院、學(xué)校、工廠、 別墅、小區(qū)、電視臺(tái)、轉(zhuǎn)播車、醫(yī)院、賓館、商場(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、污水處理場(chǎng)、海上油田和陸上油 井、電信及通信基礎(chǔ)等等。
權(quán)利要求1.微型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、高速發(fā)電機(jī)、磁性聯(lián)軸 器，其特征在于微型燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)磁性聯(lián)軸器與高速發(fā)電機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備，其特征在于，微型燃?xì)?輪機(jī)包括壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)馔钙剑捎脧较蛟O(shè)計(jì)，以及單級(jí)徑向壓縮，機(jī)低排放環(huán)型燃燒 室、單級(jí)徑向燃燒透平。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微型燃?xì)廨啓C(jī)-高速發(fā)電機(jī)成套設(shè)備。該設(shè)備包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、高速發(fā)電機(jī)、磁性聯(lián)軸器，其中微型燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)磁性聯(lián)軸器與高速發(fā)電機(jī)連接。該成套設(shè)備利用燃機(jī)產(chǎn)生的熱煙氣進(jìn)行高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)；適合多種熱電比的變化，可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而增加年設(shè)備利用率；用戶可自行控制，可進(jìn)行遙控和監(jiān)測(cè)區(qū)域電力質(zhì)量和性能；非常適應(yīng)對(duì)鄉(xiāng)村和發(fā)展中區(qū)域提供電力，在成本增加很小的情況下可增加裝機(jī)容量。
文檔編號(hào)F02C6/00GK201902263SQ201020672388
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉咔, 吳大慶, 曲俊法, 楊爾衛(wèi), 楊帆, 繆海波, 鄧星 申請(qǐng)人:湖南航天機(jī)電設(shè)備與特種材料研究所