CN103216334A - 耦合动力智能式冷热电联供系统及联供方法 - Google Patents

Abstract

耦合动力智能式冷热电联供系统 及联供方法。 现有的冷热电供能系统，其动力装置主要有电瓶、燃气内燃机 等 形式。电瓶功率重量比低，不仅需要高品位的电能，而且输出功率也有限制，且需要定期更换电瓶。 本发明的组成包括： 带有水套（ 25 ）的空气预热器（ 1 ） ， 燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器，所述的 空气预热器 与 压气机入口分流器（ 2 ） 连接，所述的 压气机入口分流器分别 与 供冷系统压气机（ 3 ）、燃气轮机压气机（ 4 ） 连接，所述的 供冷系统压气机通过流量分配阀（ 5 ） 与 供冷系统换热器（ 6 ） 连接，所述的 燃气轮机压气机通过 所述的 流量分配阀 与 带有水套的回热器（ 17 ） 连接。 本发明用于 耦合动力智能式冷热电联供 。

Description

耦合动力智能式冷热电联供系统及联供方法

技术领域：

本发明涉及一种耦合动力智能式冷热电联供系统及联供方法。

背景技术：

冷热电联供系统作为一种分布式能源供应系统，受到越来越广泛的重视。它具有适应性强、体积小、重量轻、可控性好的优点，可以满足冷、热、电供能要求，在边防哨所、海岛、舰船、海洋平台，飞机、坦克与车载辅助动力及环控系统，小型楼宇、野战部队营房、旅行房车及别墅的冷热电联供系统，冰雪、地震自然灾害的应急能源站等军民两用能源动力领域都具有良好的应用空间和推广前景。

因此，有必要开发适应上述需求的功能性智能性强、能满足多种供能需求、轻便耐用的多功能供能系统。冷热电功能系统的关键在于供冷、供热和供电的实现手段，以及其集成和控制方式。

现有的冷热电供能系统，其动力装置主要有电瓶、燃气内燃机、燃料电池和燃气轮机几种形式。其中，电瓶功率重量比低，不仅需要高品位的电能，而且输出功率也有限制，且需要定期更换电瓶；燃气内燃机系统在国内属于技术空白，且存在体积重量大，噪音大、性能差的缺点；燃料电池尚处于研发阶段，技术不够成熟；

相比之下，燃气轮机具有体积小、重量轻、功率重量比高的优点，并且可以使用燃油燃气等多种形式的一次能源，经济性好，十分适合作为供能系统的动力主机。

    冷热电供能系统的制冷供热系统，主要包括两种形式：燃气轮机发电—余热回收装置供热/蒸汽吸收式制冷；燃气轮机发电—余热/直燃溴化锂吸收式制冷/制热。前一种形式的供能是通过燃料先在燃气轮机中燃烧发电，燃气轮机高温排气进入余热回收装置，回收余热生成蒸汽或高温热水利用。后一种形式是燃气轮机发电后，所排烟气中的余热直接通过余热／直燃溴化锂吸收式冷热水机转换利用。显然，由于溴化锂吸收式制冷机本身结构与容量限制，因此适用于中大功率型式的冷热电三联供的负荷情况。投资维护成本高，体积重量大，结构复杂，集成性差。

现有一些制冷系统大多采用压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和循环风机等组成的压缩制冷，并且要使用制冷剂进行循环，结构复杂，制造成本高，并且使用含氟制冷剂也不符合环保要求。因此，采用空气作为制冷剂的高速涡轮膨胀制冷系统，也是环保高效制冷系统的一个发展趋势。

    对于适应于冷热电供能系统的高速发电机（电动机），国外的发展趋势是目前综合集成了无油支承技术、永磁电动机/发电机一体化技术、电力电子技术以及高速转子动力学等核心技术所构成的高速永磁变频发电机（电动机）。

   综合以上技术背景和使用需求，本专利有效集成了燃气轮机、高速涡轮膨胀制冷机、永磁变频发电机（电动机）等多项关键技术，形成了耦合型智能式冷热电供能系统。

发明内容：

本发明的目的是提供一种耦合动力智能式冷热电联供系统及联供方法，具有体积小、重量轻、集成性好、可控性强等特点。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种耦合动力智能式冷热电联供系统，其组成包括：燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器，带有水套的空气预热器，所述的空气预热器与压气机入口分流器连接，所述的压气机入口分流器分别与供冷系统压气机、燃气轮机压气机连接，所述的供冷系统压气机通过流量分配阀与供冷系统换热器连接，所述的燃气轮机压气机通过所述的流量分配阀与带有水套的回热器连接。

所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的供冷系统换热器与供冷系统冷涡轮连接，回冷器与所述的供冷系统冷涡轮连接，所述的供冷系统冷涡轮与永磁磁力耦合联轴器A连接，所述的永磁磁力耦合联轴器A与耦合变频电动机连接，所述的耦合变频电动机与永磁磁力耦合联轴器B连接，所述的永磁磁力耦合联轴器B与所述的供冷系统压气机连接。

所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的回热器与燃烧室连接，所述的燃烧室通过蒸汽发生系统的射流降温增压器与燃气轮机涡轮连接，所述的燃气轮机涡轮与永磁磁力耦合联轴器D连接，所述的永磁磁力耦合联轴器D与耦合变频发电机连接，所述的耦合变频发电机与永磁磁力耦合联轴器C连接，所述的永磁磁力耦合联轴器C与所述的燃气轮机压气机连接。

所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的回热器与供热系统换热器连接，所述的供热系统换热器与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器的水套通过水泵B与水箱连接，所述的水箱与水泵A连接，所述的水泵A与所述的供冷系统换热器连接，所述的供冷系统换热器与所述的燃气轮机涡轮的水套连接，所述的燃气轮机涡轮的水套与所述的燃烧室的水套连接，所述的燃烧室的水套与汽包连接，所述的汽包分别与所述的回热器的水套、所述的射流降温增压器连接，所述的回热器的水套与所述的供热系统换热器的水套连接，所述的供热系统换热器的水套与所述的空气预热器的水套连接。

所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的永磁磁力耦合联轴器包括导体转子、永磁体转子，所述的导体转子与电机轴连接，所述的永磁体转子与负载轴连接，所述的永磁磁力耦合联轴器通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载的智能调节。

所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的导体转子、所述的永磁体转子的结构采用气体润滑轴承作为润滑支撑形式，在所述的燃气轮机压气机、供冷系统压气机、供冷系统冷涡轮或所述的燃气轮机涡轮的叶轮两端设置轴承支撑位置，在所述的耦合变频发电机转子的两端和所述的耦合变频电动机的两端设置轴承支撑位置；所述的气体润滑轴承采用静压、动压和动静压混合结构。

 一种耦合动力智能式冷热电联供系统方法，空气预热器出口连接压气机入口分流器，经过分流的空气分别进入供冷系统压气机和燃气轮机压气机，供冷系统的压气机出口连接流量分配阀，经过分配阀后的空气一部分流向供冷系统换热器，经过回冷器后进入供冷系统涡轮，在其中膨胀做功后，一部分直接排出作为低温冷源，另一部分经过回冷器升温后，作为中高温冷源，并可为永磁磁力耦合联轴器、轴承、密封等结构件进行冷却, 经过燃机系统压气机的空气，通过燃机系统的回热器，在燃烧室中和燃料掺混燃烧成为燃气，再经过射流降温增压器进入燃气轮机涡轮, 燃机涡轮出口的燃气经过回热器、换热器和空气预热器之后排出；

循环水从水箱中抽出，经过供冷系统换热器加温后，先后通过燃机涡轮外的水套和燃烧室的水套后，进入汽包。在其中一部分水经过回热器水套、换热器水套和空气预热器水套后回到水箱，完成循环, 另一部分经过汽包加热成为蒸汽，并通过射流降温增压器而进入燃气轮机涡轮。

一种所述的耦合型智能式冷热电供能系统的供电方法，燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器安装固定，燃机热涡轮驱动耦合变频发电机发电，在燃机热涡轮中做功后的燃气经过回热器、换热器，作为热源；同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机旋转工作；耦合变频电动机驱动供冷系统压气机，压气机产生的高压空气驱动供冷系统冷涡轮，供冷系统冷涡轮通过联轴器驱动电动机，压缩空气在供冷系统涡轮中膨胀做功后，气体温度降低可作为冷源；

循环水和蒸汽发生装置一方面是完成回热器、换热器、预热器、燃机热涡轮水套、燃烧室水套的循环水冷却和热能回收利用，另一方面在汽包中产生蒸汽，蒸汽通过射流降温增压器进入燃气轮机热涡轮，与燃气混合后形成高温高湿燃气，从而在燃气轮机内实现湿空气透平循环（HAT循环）；

流量分配阀根据供能需求，对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行智能化的调整，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，智能化的控制供能的配比和分配情况；基于热电联供和冷电联供部件功能和结构系统集成，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，实现冷热电负荷匹配的多模式、多工况、智能化的控制；

燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频电机转轴连接；实现了在驱动和被驱动侧的无机械链接，这种磁力动力传动方式可通过调节永磁体和导体之间的间隙，控制传递的转矩，从而实现传动负载的智能调节。

有益效果：

1.本发明燃机涡轮驱动耦合变频发电机发电，在燃机涡轮中做功后的燃气经过回热器、换热器，可作为热源。同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机旋转工作。循环水和蒸汽发生系统提供了系统冷却循环水，并将一部分循环水经过汽包加热成为蒸汽，蒸汽经过射流降温增压器后，其压力会升高，提高工质的做功能力。蒸汽进入燃气轮机热涡轮，与燃气混合后形成高温高湿燃气，从而在燃气轮机内实现湿空气透平循环（HAT循环），有效集成了燃气轮机、永磁变频发电机等多项关键技术，形成了耦合型智能式热电供能系统。

2.本发明循环水和蒸汽发生装置一方面是完成回热器、换热器、预热器、燃机热涡轮水套、燃烧室水套的循环水冷却和热能回收利用，另一方面在汽包中产生蒸汽，蒸汽通过射流降温增压器进入燃气轮机热涡轮，与燃气混合后形成高温高湿燃气，从而在燃气轮机内实现湿空气透平循环（HAT循环），此技术方法可提高燃机热能利用效率，实现热量的梯级利用，有效降低NOx等污染物的排放。

3.本发明的流量分配阀可以根据供能需求，对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行智能化的调整。根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，可以智能化的控制供能的配比和分配情况。

4.本发明的燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频电机转轴连接。实现了在驱动和被驱动侧的无机械链接，这种磁力动力传动方式可通过调节永磁体和导体之间的间隙，控制传递的转矩，从而实现传动负载的智能调节。

5.本发明提供的耦合动力智能式冷热电联供系统实现了冷热电供能的集成，突破了国内冷热电功能系统耦合集成化的技术瓶颈，具有适应性强、体积小、重量轻、可控性好等优点，可广泛应用于交通车辆、小型船舶、野外作业及其他具有环境控制和供能需求的制冷、制热及供电，具有良好的经济性和社会效益。

6. 本发明的流量分配阀可以根据供能需求，对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行智能化的调整，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，可以实现冷热电负荷匹配的多模式、多工况、智能化的控制。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。图中，1为空气预热器，2为压气机入口分流器，3为供冷系统压气机，4为燃气轮机压气机，5为流量分配阀，6为供冷系统换热器，7为回冷器，8为供冷系统冷涡轮，9为永磁磁力耦合联轴器A，10为耦合变频电动机，11为水箱，12为水泵A，13为燃气轮机热涡轮，14为射流降温增压器，15为燃烧室，16为汽包，17为带有水套的回热器，18为耦合变频发电机，19为供热系统换热器，25为水套，26为永磁磁力耦合联轴器B，27为永磁磁力耦合联轴器C，28为永磁磁力耦合联轴器D, 29为水泵B。

附图2是本发明永磁磁力耦合联轴器的原理图。图中，20为电机轴，21为导体转子，22为永磁体转子，23为负载轴。

附图3是燃机发电和热能利用系统组成图。图中，24为轴承。

附图4是供冷系统组成图。

具体实施方式：

实施例1：

一种耦合动力智能式冷热电联供系统，其组成包括：带有水套25的空气预热器1，所述的空气预热器与压气机入口分流器2连接，所述的压气机入口分流器分别与供冷系统压气机3、燃气轮机压气机4连接，所述的供冷系统压气机通过流量分配阀5与供冷系统换热器6连接，所述的燃气轮机压气机通过所述的流量分配阀与带有水套的回热器17连接。

实施例2：

根据实施例1所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的供冷系统换热器与供冷系统冷涡轮8连接，回冷器7与所述的供冷系统冷涡轮连接，所述的供冷系统冷涡轮与永磁磁力耦合联轴器A9连接，所述的永磁磁力耦合联轴器A9与耦合变频电动机10连接，所述的耦合变频电动机与永磁磁力耦合联轴器B26连接，所述的永磁磁力耦合联轴器B26与所述的供冷系统压气机连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的回热器与燃烧室15连接，所述的燃烧室通过蒸汽发生系统的射流降温增压器14与燃气轮机涡轮13连接，所述的燃气轮机涡轮与永磁磁力耦合联轴器D28连接，所述的永磁磁力耦合联轴器D28与耦合变频发电机18连接，所述的耦合变频发电机与永磁磁力耦合联轴器C27连接，所述的永磁磁力耦合联轴器C27与所述的燃气轮机压气机连接。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的回热器与供热系统换热器19连接，所述的供热系统换热器与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器的水套通过水泵B29与水箱11连接，所述的水箱与水泵A连接，所述的水泵A12与所述的供冷系统换热器连接，所述的供冷系统换热器与所述的燃气轮机涡轮的水套连接，所述的燃气轮机涡轮的水套与所述的燃烧室的水套连接，所述的燃烧室的水套与汽包16连接，所述的汽包分别与所述的回热器的水套、所述的射流降温增压器连接，所述的回热器的水套与所述的供热系统换热器的水套连接，所述的供热系统换热器的水套与所述的空气预热器的水套连接。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的永磁磁力耦合联轴器包括导体转子21、永磁体转子22，所述的导体转子与电机轴20连接，所述的永磁体转子与负载轴23连接，所述的永磁磁力耦合联轴器通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载的智能调节。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，所述的导体转子、所述的永磁体转子的结构采用气体润滑轴承24作为润滑支撑形式，在所述的燃气轮机压气机、供冷系统压气机、供冷系统冷涡轮或所述的燃气轮机涡轮的叶轮两端设置轴承支撑位置，在所述的耦合变频发电机转子的两端和所述的耦合变频电动机的两端设置轴承支撑位置；所述的气体润滑轴承采用静压、动压和动静压混合结构。其中燃气轮机和耦合变频发电机的转子结构采用气体润滑轴承作为润滑支撑形式，在压气机或涡轮的叶轮两端设置轴承支撑位置，在耦合变频发电机转子的两端设置轴承支撑位置；气体轴承可以采用静压、动压和动静压混合结构的三种形式。

实施例7：

上述的耦合动力智能式冷热电联供系统，包括有：

燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、流量分配阀和永磁磁力耦合联轴器等组成。主要结构为：

空气预热器出口连接压气机入口分流器，经过分流的空气分别进入供冷系统压气机和燃气轮机压气机。

供冷系统的压气机出口连接流量分配阀，经过分配阀后的空气一部分流向供冷系统换热器，经过回冷器后进入供冷系统涡轮，在其中膨胀做功后，一部分直接排出作为低温冷源，另一部分经过回冷器升温后，作为中高温冷源，并可为永磁磁力耦合联轴器、轴承、密封等结构件进行冷却。

经过燃机系统压气机的空气，通过燃机系统的回热器，在燃烧室中和燃料掺混燃烧成为燃气，再经过射流降温增压器进入燃气轮机涡轮。燃机涡轮出口的燃气经过回热器、换热器和空气预热器之后排出。

所述的耦合型智能式冷热电供能系统，其中燃气轮机、空气涡轮膨胀制冷机、耦合变频电动机和耦合变频发电机的转子结构采用气体润滑轴承作为润滑支撑形式，在压气机或涡轮的叶轮两端设置轴承支撑位置，在耦合变频发电机或电动机转子的两端设置轴承支撑位置；气体轴承可以采用静压、动压和动静压混合结构的三种形式。

所述的耦合型智能式冷热电供能系统，其中燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频发电机转轴连接。在燃气轮机-耦合变频发电机系统中，燃机涡轮驱动耦合变频发电机发电，同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机旋转工作。在空气涡轮膨胀供冷-耦合变频电动机系统中，耦合变频电动机驱动供冷系统压气机，压气机产生的高压空气驱动供冷系统涡轮，供冷系统涡轮通过联轴器驱动电动机。

所述的耦合型智能式冷热电供能系统，其循环水和蒸汽发生系统主要包括水箱、水泵、汽包、射流降温增压器和各部件外的水套等组成。循环水从水箱中抽出，经过供冷系统换热器加温后，先后通过燃机涡轮外的水套和燃烧室的水套后，进入汽包。在其中一部分水经过回热器水套、换热器水套和空气预热器水套后回到水箱，完成循环。另一部分经过汽包加热成为蒸汽，并通过射流降温增压器而进入燃气轮机涡轮。汽包的底部设置有排污口，用于将加热后水中产生的水垢等污物排出。

对燃气轮机的燃料消耗量进行控制，从而实现燃气轮机的转速和空气流量的调整，来改变燃气轮机的输出功率，以满足发电机发电和供热负载的变化。

流量分配阀可以对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行自动化的调整。在供冷系统中，控制供冷系统涡轮的流量和转速，改变涡轮膨胀后的排气温度，适应不同的制冷需求。在燃机系统中，调节燃气轮机的空气流量，调整输出功率，从而可以根据供热-发电的负载变化情况，智能化的控制供能的配比和分配情况。

回冷器、空气预热器、供热系统换热器和回热器均带有水套，可以通过调节水泵工作状态，改变循环水流量来调节热量交换情况，从而实现供冷和供热的智能化调节。

燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频发电机转轴连接。在燃气轮机-耦合变频发电机系统中，燃机涡轮驱动耦合变频发电机发电，同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机4旋转工作。在供冷系统中，耦合变频电动机驱动供冷系统压气机，压气机产生的高压空气驱动供冷系统涡轮，供冷系统冷涡轮通过永磁磁力耦合联轴器驱动耦合变频电动机。

永磁磁力耦合联轴器是通过导体和永磁体之间的磁力耦合作用实现由电动机（发电机）到负载的转矩传输，从而实现了在驱动和被驱动侧的无机械链接。其工作原理是电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载的调节。这种联轴器解决了负载系统的对中、软启动、减震、调速、及过载保护等问题，并且使永磁磁力驱动的传动效率大大提高，可达到98.5%。磁力传动具有传动效率高、振动小、节能环保的优点，不仅可以减少维护费用，增加设备过程的实用性，还可改善系统的稳定性，降低使用成本。

燃气轮机、发电机（电动机）和空气涡轮膨胀制冷机采用气体润滑轴承，不需要润滑油系统；燃气轮机-发电机系统和膨胀机-电动机系统设计成一体化结构形式，整台机组的尺寸显著减小，重量减轻。

实施例8：

一种耦合动力智能式冷热电联供方法，空气预热器出口连接压气机入口分流器，经过分流的空气分别进入供冷系统压气机和燃气轮机压气机，供冷系统的压气机出口连接流量分配阀，经过分配阀后的空气一部分流向供冷系统换热器，经过回冷器后进入供冷系统涡轮，在其中膨胀做功后，一部分直接排出作为低温冷源，另一部分经过回冷器升温后，作为中高温冷源，并可为永磁磁力耦合联轴器、轴承、密封等结构件进行冷却。经过燃机系统压气机的空气，通过燃机系统的回热器，在燃烧室中和燃料掺混燃烧成为燃气，再经过射流降温增压器进入燃气轮机涡轮。燃机涡轮出口的燃气经过回热器、换热器和空气预热器之后排出；

循环水从水箱中抽出，经过供冷系统换热器加温后，先后通过燃机涡轮外的水套和燃烧室的水套后，进入汽包。在其中一部分水经过回热器水套、换热器水套和空气预热器水套后回到水箱，完成循环。另一部分经过汽包加热成为蒸汽，并通过射流降温增压器而进入燃气轮机涡轮。

实施例9：

实施例8所述的耦合动力智能式冷热电联供方法，由燃气轮机与耦合变频发电机系统集成为发电和热能利用（供热）系统，燃气轮机驱动发电机发电，燃机系统余热可以供热；空气涡轮膨胀供冷和耦合变频电动机系统集成为供冷系统，空气涡轮膨胀机提供制冷；循环水和蒸汽发生装置为整个供能系统提供冷却换热所需循环水，并为燃机系统的湿空气循环提供热蒸汽。

实施例10：

耦合型智能式冷热电供能系统的供电方法，燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器安装固定，燃机热涡轮驱动耦合变频发电机发电，在燃机热涡轮中做功后的燃气经过回热器、换热器，作为热源；同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机旋转工作；耦合变频电动机驱动供冷系统压气机，压气机产生的高压空气驱动供冷系统冷涡轮，供冷系统冷涡轮通过联轴器驱动电动机，压缩空气在供冷系统涡轮中膨胀做功后，气体温度降低可作为冷源；

循环水和蒸汽发生装置一方面是完成回热器、换热器、预热器、燃机热涡轮水套、燃烧室水套的循环水冷却和热能回收利用，另一方面在汽包中产生蒸汽，蒸汽通过射流降温增压器进入燃气轮机热涡轮，与燃气混合后形成高温高湿燃气，从而在燃气轮机内实现湿空气透平循环（HAT循环）；

流量分配阀根据供能需求，对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行智能化的调整，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，智能化的控制供能的配比和分配情况；基于热电联供和冷电联供部件功能和结构系统集成，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，实现冷热电负荷匹配的多模式、多工况、智能化的控制；

燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频电机转轴连接；实现了在驱动和被驱动侧的无机械链接，这种磁力动力传动方式可通过调节永磁体和导体之间的间隙，控制传递的转矩，从而实现传动负载的智能调节。

Claims (8)

1.一种耦合动力智能式冷热电联供系统，其组成包括：燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器，带有水套的空气预热器，其特征是：所述的空气预热器与压气机入口分流器连接，所述的压气机入口分流器分别与供冷系统压气机、燃气轮机压气机连接，所述的供冷系统压气机通过流量分配阀与供冷系统换热器连接，所述的燃气轮机压气机通过所述的流量分配阀与带有水套的回热器连接。

2.根据权利要求1所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，其特征是：所述的供冷系统换热器与供冷系统冷涡轮连接，回冷器与所述的供冷系统冷涡轮连接，所述的供冷系统冷涡轮与永磁磁力耦合联轴器A连接，所述的永磁磁力耦合联轴器A与耦合变频电动机连接，所述的耦合变频电动机与永磁磁力耦合联轴器B连接，所述的永磁磁力耦合联轴器B与所述的供冷系统压气机连接。

3.根据权利要求1所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，其特征是：所述的回热器与燃烧室连接，所述的燃烧室通过蒸汽发生系统的射流降温增压器与燃气轮机涡轮连接，所述的燃气轮机涡轮与永磁磁力耦合联轴器D连接，所述的永磁磁力耦合联轴器D与耦合变频发电机连接，所述的耦合变频发电机与永磁磁力耦合联轴器C连接，所述的永磁磁力耦合联轴器C与所述的燃气轮机压气机连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，其特征是：所述的回热器与供热系统换热器连接，所述的供热系统换热器与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器的水套通过水泵B与水箱连接，所述的水箱与水泵A连接，所述的水泵A与所述的供冷系统换热器连接，所述的供冷系统换热器与所述的燃气轮机涡轮的水套连接，所述的燃气轮机涡轮的水套与所述的燃烧室的水套连接，所述的燃烧室的水套与汽包连接，所述的汽包分别与所述的回热器的水套、所述的射流降温增压器连接，所述的回热器的水套与所述的供热系统换热器的水套连接，所述的供热系统换热器的水套与所述的空气预热器的水套连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，其特征是：所述的永磁磁力耦合联轴器包括导体转子、永磁体转子，所述的导体转子与电机轴连接，所述的永磁体转子与负载轴连接，所述的永磁磁力耦合联轴器通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载的智能调节。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的耦合动力智能式冷热电联供系统，其特征是：所述的导体转子、所述的永磁体转子的结构采用气体润滑轴承作为润滑支撑形式，在所述的燃气轮机压气机、供冷系统压气机、供冷系统冷涡轮或所述的燃气轮机涡轮的叶轮两端设置轴承支撑位置，在所述的耦合变频发电机转子的两端和所述的耦合变频电动机的两端设置轴承支撑位置；所述的气体润滑轴承采用静压、动压和动静压混合结构。

7.一种耦合动力智能式冷热电联供系统方法，其特征是：空气预热器出口连接压气机入口分流器，经过分流的空气分别进入供冷系统压气机和燃气轮机压气机，供冷系统的压气机出口连接流量分配阀，经过分配阀后的空气一部分流向供冷系统换热器，经过回冷器后进入供冷系统涡轮，在其中膨胀做功后，一部分直接排出作为低温冷源，另一部分经过回冷器升温后，作为中高温冷源，并可为永磁磁力耦合联轴器、轴承、密封等结构件进行冷却, 经过燃机系统压气机的空气，通过燃机系统的回热器，在燃烧室中和燃料掺混燃烧成为燃气，再经过射流降温增压器进入燃气轮机涡轮, 燃机涡轮出口的燃气经过回热器、换热器和空气预热器之后排出；

循环水从水箱中抽出，经过供冷系统换热器加温后，先后通过燃机涡轮外的水套和燃烧室的水套后，进入汽包，

在其中一部分水经过回热器水套、换热器水套和空气预热器水套后回到水箱，完成循环, 另一部分经过汽包加热成为蒸汽，并通过射流降温增压器而进入燃气轮机涡轮。

8.一种所述的耦合型智能式冷热电供能系统的供电方法，其特征是：燃气轮机、空气涡轮膨胀供冷机、耦合变频发电机、耦合变频电动机、循环水和蒸汽发生装置、永磁磁力耦合联轴器安装固定，燃机热涡轮驱动耦合变频发电机发电，在燃机热涡轮中做功后的燃气经过回热器、换热器，作为热源；同时，发电机主轴旋转驱动燃机系统压气机旋转工作；耦合变频电动机驱动供冷系统压气机，压气机产生的高压空气驱动供冷系统冷涡轮，供冷系统冷涡轮通过联轴器驱动电动机，压缩空气在供冷系统涡轮中膨胀做功后，气体温度降低可作为冷源；

循环水和蒸汽发生装置一方面是完成回热器、换热器、预热器、燃机热涡轮水套、燃烧室水套的循环水冷却和热能回收利用，另一方面在汽包中产生蒸汽，蒸汽通过射流降温增压器进入燃气轮机热涡轮，与燃气混合后形成高温高湿燃气，从而在燃气轮机内实现湿空气透平循环（HAT循环）；

流量分配阀根据供能需求，对输入供冷系统冷涡轮和燃机热涡轮的空气流量进行智能化的调整，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，智能化的控制供能的配比和分配情况；基于热电联供和冷电联供部件功能和结构系统集成，根据供能-发电的负载变化情况，通过控制供冷系统涡轮的流量和转速和调节燃气轮机的空气流量，实现冷热电负荷匹配的多模式、多工况、智能化的控制；

燃气轮机涡轮轴和燃气轮机压气机轴分别通过永磁磁力耦合联轴器与耦合变频电机转轴连接；实现了在驱动和被驱动侧的无机械链接，这种磁力动力传动方式可通过调节永磁体和导体之间的间隙，控制传递的转矩，从而实现传动负载的智能调节。

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