CN101413440A - 微型燃气轮机发电机组 - Google Patents

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Abstract

一种微型燃气轮机发电机组，涉及发电和冷热电联产系统装备领域，包括微型燃气轮机和永磁电机，永磁电机的转子和燃气轮机的转子通过联轴器联接形成发电机组转子，永磁电机转子和燃气轮机转子分别用一组磁悬浮轴承支撑，微型燃气轮机压气机叶轮通过双锥面压紧与燃气轮机轴联接，双锥面的前锥套与压气机叶轮的前锥面配合，双锥面的后锥套与压气机叶轮的后锥面配合；燃气轮机中的位于涡轮侧的后辅助轴承其内外套采用高温轴承钢，滚动体采用陶瓷滚珠；永磁电机中的永磁体包有防护外套，永磁电机的定子铁心设有齿轮状散热片，本发明保证微型燃机运行平稳，同时延长电机的寿命。

Description

微型燃气轮机发电机组
技术领域
本发明涉及发电和冷热电联产系统装备领域，特别涉及一种微型燃气轮机发电机组。
背景技术
微型燃机的雏形可追溯至20世纪60年代，但作为一种新型的小型分布能源系统和电源装置的发展历史则较短，目前国际市场微型燃机产品大多带有回热、变频、高速电机等设施，效率达到25％—29％，功率范围为数十至数百千瓦。在国内，微型燃机上应用的高速永磁电机、高效紧凑式回热器、高速轴承等诸多高新技术均处于研究、试验阶段，而微型燃机发电机组的研制在国内尚处于摸索、研制的初级阶段。
发明内容
为了减小磁悬浮轴承的承载量，保证它运转平稳，并且能确保转子不失磁，延长电机的使用寿命，本发明提供一种微型燃气轮机发电机组。
本发明的技术方案是这样实现的：包括微型燃气轮机和永磁电机，永磁电机的转子和燃气轮机的转子通过联轴器联接形成机组转子，永磁电机转子和燃气轮机转子分别用一组磁悬浮轴承支撑，永磁电机转子用一对径向磁悬浮轴承支撑，燃气轮机转子用一对径向磁悬浮轴承和一个轴向磁悬浮轴承支撑，径向磁悬浮轴承径向间隙为0.35mm—0.45mm，轴向磁悬浮轴承处的轴向间隙为0.4mm—0.6mm，微型燃气轮机的压气机叶轮通过双锥面压紧与燃气轮机轴联接，双锥面的前锥套与压气机叶轮的前锥面配合，双锥面的后锥套与压气机叶轮的后锥面配合；燃气轮机中的位于涡轮侧的后辅助轴承其内外套采用高温轴承钢，滚动体采用陶瓷滚珠，辅助轴承的径向间隙为0.1mm—0.2mm，轴向间隙为0.2mm—0.3mm，辅助轴承的径向间隙和轴向间隙均小于磁悬浮轴承径向间隙和轴向间隙，起到保护作用；永磁电机中的永磁体包有防护外套，满足了电机转子的高速工作，永磁体的最大应力在25—40MPa左右，防护外套的最大应力在850—950MPa左右。
所述的防护外套表面设有宽0.5—1.5mm，深0.5—1mm的通风螺旋槽，以增强轴流通风散热效果。
所述的永磁电机的定子铁心设有齿轮状散热片，并将发热量较大的铜线直接暴露在气流通道中，温度较低的空气从定子铁心流过，带走电机的发热量，确保转子不失磁。
本发明的有益效果是：本发明采用刚性转子结构，减小了磁悬浮轴承的承载量；辅助滚动轴承的选用，保证磁悬浮轴承启动快、运转平稳，并能起到保护作用；采用螺旋槽通风结构和齿形散热片结构，有效的保证电机散热和冷却，延长了电机的使用寿命，确保转子不失磁，燃气轮机转子和永磁电机转子同轴，整个发电机组只有一个运动部件，可靠性大大加强，并且尺寸显著减小，重量减轻。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为永磁电机结构示意图；
图3为燃气轮机结构示意图；
图4为电机转子结构示意图；
图5为压气机叶轮与燃气轮机轴的联接结构示意图；
图6为电机转子外套螺旋槽通风结构示意图；
图7为电机定子铁心散热片结构示意图；
图中：1.径向磁悬浮轴承，2.联轴器，3.轴向磁悬浮轴承，4.单管燃烧室，5.波纹管，6.蜗壳，7.向心涡轮，8.分体式钣翅回热器，9.离心压气机，10.永磁电机，11.滚动轴承，12.后滚动轴承，13.防护外套，14.永磁体，15.前锥套，16.压气机叶轮，17.后锥套。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1：如图1所示，为本发明的结构示意图，本发明选用95KW微型燃气轮机发电机组，其主机采用单级全径流式叶轮机(向心式透平和离心式压气机)、单管燃烧室4、分体式钣翅回热器8、永磁电机10、磁悬浮轴承。永磁电机10安放在离心压气机9前，单管燃烧室4旁路安装，分体式钣翅回热器8装置位于向心式透平之后。
根据磁悬浮轴承在工作转速范围内要求为刚性转子，将机组转子分成两部分，电机转子和燃气轮机转子通过膜盘挠性联轴器2联接。两个转子分别支撑在两组磁悬浮轴承上，永磁电机转子用一对径向磁悬浮轴承1支撑，燃气轮机转子用一对径向磁悬浮轴承1和一个承受转子轴向力的轴向磁悬浮轴承3支撑。压气机叶轮16与燃气轮机轴的联接采用双锥面压紧的联接结构，即前锥套15与压气机叶轮16的前锥面配合，后锥套17与压气机叶轮16的后锥面配合，来保证为刚性转子。
在永磁电机10转子轴两端采用两个一样的滚动轴承11支撑，燃气轮机转子轴两端采用滚动轴承1和后滚动轴承12共同支撑。在电磁轴承正常工作时，辅助轴承不工作，当停止或中断电磁力时，辅助轴承才工作。辅助轴承的径向间隙为0.15mm，轴向游隙为0.25mm，而径向磁悬浮轴承1的径向间隙为0.4mm，轴向磁悬浮轴承3的轴向间隙为0.5mm，辅助轴承的径向间隙和轴向游隙均小于磁悬浮轴承对应的径向间隙和轴向间隙，起到保护作用。位于涡轮侧的后滚动轴承12环境温度高，选用了带陶瓷球、内外套为高温轴承钢的滚动轴承，永磁电机10设有专门风道直接通过定、转子之间的气隙，并在防护外套13表面加工出宽1mm、深0.5mm的通风螺旋槽，以增强轴流通风散热效果，另外采用强迫风冷方式，由高速冷空气直接吹拂定子绕组和铁心表面，再加上定子铁心的齿轮状散热片结构，大大增加了散热面积。
95KW微型燃气轮机发电机组设有控制系统，能完成使机组从启动带转、点火、加速直至额定状态以及停车全过程及各种状态的自动控制，并将输入发电力为频率1KHz，发电电压400V的三相交流电，转化为输出为频率为50Hz，电压380V的三相四线制交流电；机组还设有燃油系统，根据燃机工作状态的不同，改变所提供燃油的流量，并在紧急条件下切断燃油供给。

Claims (4)

1、一种微型燃气轮机发电机组，包括微型燃气轮机和永磁电机，其特征在于永磁电机的转子和燃气轮机的转子通过联轴器联接形成发电机组转子，永磁电机转子和燃气轮机转子分别用一组磁悬浮轴承支撑，微型燃气轮机的压气机叶轮通过双锥面压紧与燃气轮机轴联接，双锥面的前锥套与压气机叶轮的前锥面配合，双锥面的后锥套与压气机叶轮的后锥面配合；燃气轮机中的位于涡轮侧的后辅助轴承其内外套采用高温轴承钢，滚动体采用陶瓷滚珠；永磁电机中的永磁体外包有防护外套。
2、按权利要求1所述的微型燃机发电机组，其特征在于所述的永磁电机转子用一对径向磁悬浮轴承支撑，燃气轮机转子用一对径向磁悬浮轴承和一个轴向磁悬浮轴承支撑。
3、按权利要求1所述的微型燃机发电机组，其特征在于所述的在防护外套表面设有通风螺旋槽。
4、按权利要求1所述的微型燃机发电机组，其特征在于所述的永磁电机的定子铁心设有齿轮状散热片。
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