CN101482057B - 一种包括双发电机布置及冷却系统的内燃发电机组 - Google Patents

Abstract

一种包括双发电机布置及冷却系统的内燃发电机组，其特征是包括在一台发动机的主轴两端对装的两台发电机。

Description

一种包括双发电机布置及冷却系统的内燃发电机组

技术领域

本发明涉及内燃发电机组配套有双发电机的一种动力传动布置与结构，及布置双发电机的发电机组主冷却系统与构造，并简述双发电机内燃发电机组电能输出方案。从属于内燃机动力装置技术领域中的内燃机驱动的发电机组动力传动布置技术与动力装置冷却技术。

背景技术

内燃机或称发动机动力装置的主动力输出是通过内燃机的主轴曲轴传递动力，作为内燃机动力装置之一的内燃发电机组以下简称发电机组，也是由主轴传递动力到发电机电能转换输出装置发出电能输出。在发电机组以往传统的动力传动布置中，内燃机的主轴两端分别起着不同的独立功能：一端保留或用于发动机附属装置的动力输出与传递，如驱动发动机风扇、设置发动机起动装置，或为辅助设备传递动力等；而另一端为发动机主动力输出端，对装主发电机。同时，由于发动机有运行时转动惯量平衡、减振与起动惯性要求，发动机主轴两端，无论何端为主动力输出端，发动机的主轴上均需配装相当的惯性飞轮或转动惯量相当的装置。如此，传统的动力传动布置的发电机组，其基本空间尺寸主要由成套的发动机和发电机决定，且电源输出类型与规格是单一的。

然而，发电机组作为独立发挥使用功能的成套电源设备，使用地点、区域与使用形式广泛，诸如，车载使用、移动周转、或在置放空间有限的地点使用，或同时需要输出两种以上不同类型的主电源，这就要求在尽可能取得大功率体积比机组输出总功率/机组体积，并在低成本的前提下，有不同类型的发电机组提供。

随着电流逆变技术的发展，成套发电机组所用的发电机结构简单，体积功率比发电机体积/发电容量小，特别是中小功率的电流逆变用发电机较传统发电机制造成本低，已为发电机组实现动力传动布置多样性提供可行基础。

发明内容

本发明是在一台发动机的主轴两端对装两台发电机，创造一种由单台发动机和两台发电机成套的发电机组动力传动布置结构类型与冷却系统。在本发明中用于发动机动力平衡与发动机起动惯性的传统飞轮已由动力平衡总当量相当的两台发电机转子替代；而分置发动机主轴两端的两台发电机，在空间尺寸上已分别大为小于采用传统的动力传动布置所用的一台发电机，可充分利用并减少发动机主轴两端有限的动力传动对中空间；机组冷却系统——发动机与发电机运行冷却采用与双发电机动力传动布置相匹配的双向分立冷却系统。因此，本发明技术方案较传统等同功率大小的发电机组占用的成套空间小，同时，双发电机运行时自然有2个分电源提供，可灵活成套由一台配置在发电机组中的电源并、变流中间装置成不同供电类型的发电机组输出电源。

附图说明

图1是双发电机动力传动布置与冷却系统组成的示意图。

图2显示了发电机转子与发动机主轴两端的联接。

图3显示了左发电机安装轴向剖面。

图4显示了右发电机安装轴向剖面。

图5显示了双向分立的发动机——发电机冷却气体流向示意。

图6显示了左侧发电机冷却构成示意剖面。

图7显示了右侧发电机冷却构成示意剖面。

图8显示了消声器布置与冷却夹腔构成示意剖面。

图9显示了双发电机动力传动布置发电机组电能输出拓扑方案。

具体实施方式

本发明中，由内燃机驱动的发电机组的双发电机动力传动布置与冷却系统组成，如图1至图4所示，其中，图1显示了双发电机动力传动布置与冷却系统组成，图2显示了发电机转子与发动机主轴两端的联接；图3显示了左发电机安装轴向剖面；图4显示了右发电机安装轴向剖面。

在发动机主轴5-3轴向方向的左侧和右侧分别对中安装发电机7和发电机3。发电机7和发电机3的基本结构尺寸与发电容量相当，发电机7的转子7-1和发电机3的转子3-1的转动惯性总当量要求足够满足发动机5运行时转动平衡惯量与起动惯性要求。

左侧发电机7的定子7-2与发动机5的主轴5-3是同轴线装配的，以装配止口或定位销套轴向对中方式固定安装在发动机5的箱体5-1上。左侧发电机7的转子7-1，由其锥面的安装孔在发动机主轴5-3的左伸出端主轴左端伸出箱体的部份上对中后刚性固定装配；并在发电机转子7-1上安装左风扇8。

右侧的发电机3的定子3-2与发动机5的主轴5-3也是同轴线装配的，以装配止口或定位销套轴向对中方式固定安装在一个发电机护壳4内，护壳4同样是以止口对中方式与发动机5的端盖5-2固定安装联接；右侧的发电机3的转子3-1，由其锥面的安装孔在发动机主轴5-3的右伸出端主轴右端伸出箱体的部份上对中后刚性固定装配；并在发电机转子3-1上安装右风扇2。

左发电机7和右发电机3采用的刚性锥面孔对中与止口对中相结合的这种固定装配方式，已完全保证发电机安装结构的稳定性与同轴对中的可靠性。而且，在左发电机7和右发电机3相向的同轴对中安装后，单台发电机定、转子间因磁场微偏位而作用在发动机主轴上的轴向电磁推力，会绝大部份相互抵消，减少了发动机5运行时不必要的动力消耗。

起动发动机5的起动齿圈7-1.3是镶装在左侧发电机转子7-1的转子壳7-1.1上，替代电起动发动机的飞轮起动齿圈。如发动机5的起动电机在另一侧右侧，起动齿圈7-1.3也可镶装在右侧发电机转子3-1上，非电起动发动机无起动齿圈设置。

在左侧发电机转子壳7-1.1上镶装发动机点火触点7-1.2，发电机转子7-1的轴毂与发动机主轴5-3是由键6径向定位的，以保证发动机的点火正时。如配置的是压燃式发动机成套的发电机组，可无此设置。

2，双向分立的发动机——发电机冷却系统组成

图5：双向分立的发动机——发电机冷却气体流向示意

图6：左侧发电机冷却构成示意剖面

图7：右侧发电机冷却构成示意剖面

图8：消声器布置与冷却夹腔构成示意剖面

发电机组的冷却系统分为左右两个相对独立的组成部份，冷却风源分别由安装在发电机转子7-1上的风扇8和发电机转子3-1上的风扇2产生。

在发动机左侧箱体5-1上扣装一主导风罩9，导风罩9包容左发电机定子7-2、转子7-1及冷却风扇8，导风罩9左边为风源主进口，机组运行时转子7-1上的风扇8产生风力，在导风罩9的导流作用下，甩向发动机缸头部，进入由导流板10与缸头部和由导流板11与缸头部之间的上、下两腔室冷却发动机5，缸头部上、下冷却腔由两导流腔板扣接在缸头部上、下面形成，并与导风罩9相联；在发电机转子壳7-1.1与冷却风扇8安装接触的对应部位开有若干过流风口，由于风扇风力流动的作用，发电机转子7-1内部与外部形成较大气压差，从而产生压差气流冷却左发电机7内部的定子7-2与转子7-1内部；同时，甩向发动机5缸头部的气体流动从转子7-1外表面带走热量再次冷却发电机7。

安装在机组右侧右发电机转子3-1上的右风扇2与右发电机3一并置装在发电机护壳4内，此发电机护壳4为涡壳式导流设计，底部既，与发动机对装面设有发电机电缆过线口和辅助进气口，涡壳式发电机护壳4的导流出口设在面向消声器14的一面，主进口为轴向进口，其上可安装手拉盘或导流进口盖板1。在涡壳式发电机护壳4的导流出口部位安装消声器14的导流型板式支架12，用于固装消声器14和导出右发电机3的冷却气流。机组运行时转子3-1上的风扇2产生风力，在涡壳式发电机护壳4的导流作用下从出口甩向导流型板式支架12。发电机转子3-1与冷却风扇2的安装接触对应部位有过流风口，在压差气流作用下，一部份外部空气从涡壳式发电机护壳4底部的发电机电缆过线口和辅助进气口进入右发电机3内部，冷却右发电机3内部的定子3-2与转子3-1内部，同时，从发电机护壳4甩出的流动气体从转子3-1外表面带走热量再次冷却右发电机3。

消声器14设后导风护罩13和前导风护罩15，由后导风护罩13固定安装在消声器的导流型板式支架12上，前导风护罩15合扣在后导风护罩13，两护罩13和15与消声器的导流型板式支架12共同包裹消声器14，并与消声器14之间形成包裹形的夹腔A与B。从右发电机护壳4甩出的流动气体在夹腔A内自然形成空气隔热层，隔离消声器14向发动机5和发电机3传热；同时，缸头部的两导流腔板10与11也扣接在消声器的前后导风护罩13与15上，从左边冷却的气流与从右边冷却的气流在夹腔B汇流，并冷却消声器14后从前护罩15的排风口排出。

3，发电机组电能输出扼要方案

图9：双发电机动力传动布置的发电机组电能输出拓扑方案

双发电机动力传动布置的发电机组电能输出方案配置，不同于单发电机动力传动布置的发电机组电能输出方案配置单一，更能适应多类型、多规格供电电源输出要求。

通过一台配置在发电机组中的电源并、变流中间装置——可并联电流逆变器16，双发电机动力传动布置发电机组的电能输出类型，可以实现多种拓扑方案配置：

a、经可并联电流逆变器16，两发电机3和7的电流并流后，机组输出单一供电电源；

b、经不可并联电流逆变器16，两发电机3和7的电流不并流，机组输出两种供电电源；

c、经可并联——列解电流逆变器16，两发电机3和7的电流并流或不并流设编后，机组可选供输出单一供电电源或两种供电电源。

本发明首创内燃发动机驱动的发电机组采用一种双发电机的动力传动布置技术，较等同功率大小、以动力传动传统布置的发电机组，在结构紧凑性、运行平稳性与机组多类型供电输出上有明显综合优点：

1，发电机组采用双发电机动力传动布置的单体发电机，远比单发电机动力传动布置的单体发电机结构尺寸小，在替代发动机传统飞轮后充分利用了发动机两端的轴向对中空间，使发电机组总体结构紧凑、重量减轻，制造、转运与使用成本低；

2，双发电机动力传动布置的发电机组取得了在发动机轴向两端等同大小输出主动力的平衡要求，改善并克服在发动机一端输出主动力时可能产生的端振动影响，进而使发电机组运行时更平稳；

3，在双发电机动力传动布置的基础上，选用不同功能的可并联电流逆变器16配置发电机组，可方便的配装成不同使用类型与规格的发电机组供电电源。

本发明技术方案中的基本组成结构件：

1，发电机定子7-2和3-2均为硅钢叠片结构，其上设有以主孔对中定位的定位安装止口和以销对中定位的定位安装螺孔，两发电机定子7-2和3-2分别定位安装在发动机箱体5-1的定位口上和涡壳式发电机护壳4底部的定位口上；

2，发电机转子7-1和3-1均为钢板冲压的外壳式转子，其上设有锥孔面定位安装的轴孔和风扇安装螺孔，转子外壳与风扇相联的底部设有过流风口，分为加起动齿圈7-1.3、开定位键槽-配装键6和镶装发动机点火触点7-1.2的发电机左转子7-1和无起动齿圈的发电机右转子3-1；

3，发电机左风扇8和右风扇2为全塑材质的强力离心风扇，其中，左风扇8上还设有一圈导流压板以加强气流并控制流向；

4，主导风罩9为近阿基米德螺旋线型的蜗壳导流式风罩，罩体为全塑材质注塑成形，也可采用金属压注成形或钢板冲压成形制作，风罩边沿设有扣边和螺孔，可与发动机箱体5-1、发动机上、下两导流腔板10和11密封扣连；

5，发电机护壳4为铝合金压注成形的近阿基米德螺旋线型的蜗壳导流式护壳，在其底部设有与发动机侧盖5-2对中安装的一圆定位止口，和与定子3-2对中安装的圆口形定位凸缘；同时在底部设有发电机电缆过线口和辅助进气口；护壳口缘设有螺孔，以安装手起动装置或护壳导流盖板1；护壳出风口设置在面对消声器14的方向上，出风口处设螺孔以固定安装导流型板式消声器支架12。在结构上，发电机护壳4可与发动机侧盖5-2联注成一体；

6，导流型板式消声器支架12为钢板冲压成形结构，其上压制板加强结构的导流型槽，导流型板式支架边缘分布若干螺孔，用于安装并固定消声器14、消声器后导风护罩13、前导风护罩15，导流型板式消声器支架12主安装孔与发电机护壳4的出风口处螺孔相对应，可由4个螺栓固定安装。

7，消声器后导风护罩13和前导风护罩15，发动机上导流腔板10和下导流腔板11可为钢板冲压成形结构或全塑材质的注塑成形结构，相互间扣接密封并螺栓安装固定。

8，电流逆变器16为相对独立的设置，可布置左、右发电机进风口侧，或在发电机组其它位置布置，也可设置为与发电机组分体的电器柜布置。

Claims (8)

1.一种包括双发电机布置及冷却系统的内燃发电机组，其特征是包括在一台发动机的主轴两端对装的两台发电机；进一步包括冷却系统、发电机护壳(4)、导流型板式消声器支架(12)、主导风罩(9)、消声器后导风护罩(13)和前导风护罩(15)、上导流腔板(10)和下导流腔板(11)；其中，该冷却系统是双向分立冷却系统，该双向分立冷却系统包括双风扇，由该导流型板式消声器支架(12)、该消声器后导风护罩(13)和消声器形成的A腔，以及由该消声器和该消声器前导风护罩(15)形成的B腔，冷却气流在A腔与B腔汇集形成消声器的隔热与冷却气层。

2.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是其发电机护壳(4)的底部设有导流气口、双定位止口，该发电机护壳(4)的出风口设置在消声器方向，出风口处设有导流型板式消声器支架安装螺孔，该发电机护壳(4)为铝合金压铸成形的近阿基米德螺旋线型的导流式蜗壳、并与发动机箱体或侧盖联铸一体。

3.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是导流型板式消声器支架(12)设置有导流构型、加强结构的型槽、支架边缘的螺孔，钢板冲压成形结构或金属压铸成形结构。

4.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是所述发电机的转子(7-1)设置有与风扇相联的底部的过流风口、镶装起动齿圈(7-1.3)、镶装发动机点火触点(7-1.2)、设有锥孔面定位安装的轴孔和风扇安装螺孔。

5.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是所述发电机的转子(3-1)设置有与风扇相联的底部过流风口、锥孔面定位安装的轴孔和风扇安装螺孔。

6.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是发电机风扇(8)设置有离心式蜗流风叶和导流压板。

7.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是所述的主导风罩(9)设置有近阿基米德螺旋线型的蜗壳，风罩边沿设有扣边和螺孔，在与发动机箱体(5-1)、发动机上导流腔板(10)和发动机下导流腔板(11)密封扣连后，实现全封闭的导流结构。

8.如权利要求1所述的内燃发电机组，其特征是所述的消声器后导风护罩(13)和前导风护罩(15)、上导流腔板(10)和下导流腔板(11)，与主导风罩(9)整体扣合相联后实现双向冷却气流在包裹形的夹腔A与B内汇集，形成隔热气层并冷却消声器(14)后排出。

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