CN107882703A - 一种复合动力水泵及包含复合动力水泵的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合动力水泵，包括由发动机和发电机组成燃料发电机组，水泵电机和水泵泵体组成水泵，以及电控系统；所述发电机和水泵电机两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与水泵电机传动轴相连，而水泵电机传动轴另一端与水泵泵体连接。还公开了包含燃气水泵的热泵系统，包括一台或多台水泵和一台或多台空气源热泵机组，且至少有一台采用燃气水泵，所述空气源热泵机组包括压缩机、水侧换热器、表冷器和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水。本发明能采用电力和天然气多种模式运行，实现电力和天然气的优势互补，特别能加倍提高天然气制热效果。

Description

一种复合动力水泵及包含复合动力水泵的热泵系统

技术领域

本发明涉及燃气发电、水泵和空调领域，尤其涉及一种复合动力水泵及包含复合动力水泵的热泵系统。

背景技术

中央空调系统主要包括空调主机、水泵和末端的风机盘管，对于中小规模中央空调系统，空调主机很多采用空气源热泵机组，但是空气源热泵机组在冬季制热时，当室外气温低于5度以下时，存在表冷器结霜，效率低，效果差的问题，尤其在长江一带地区，现有技术一般采用增加电辅助加热器，或直接采用燃气锅炉制热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合动力水泵及包含复合动力水泵的热泵系统，其控制方法灵活性好，占地面积小，易于实施，可让燃气和电力完美地实现优势互补，特别能加倍提高天然气制热效果。发明的技术解决方案如下：

一种复合动力水泵，包括燃料发电机组、水泵和电控系统；所述燃料发电机组包括发动机和发电机；所述发动机采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。所述水泵包括水泵电机和水泵泵体。

所述发电机和水泵电机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。

所述发动机、发电机、水泵电机和水泵泵体依次串联连接；

所述发电机和水泵电机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与水泵电机的传动轴相连，而水泵电机的传动轴另一端与水泵泵体连接。

连轴装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在发电机与水泵电机传动轴之间，传递传动轴之间的力矩；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。

连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。

另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换。

让发动机、发电机、水泵电机和水泵泵体的四轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有水泵所采用的两极驱动电机在50Hz三相交流电源驱动时转速为2950r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。

进一步，当所述发电机或水泵电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或水泵电机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和水泵电机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；所述反重力励磁绕组通过在发电机或水泵电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。

发电机和水泵电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或水泵电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或水泵电机传动轴的水平支撑轴承，或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零， 此时工况为发动机驱动水泵，发电机或水泵电机不发电或不驱动。

由于发动机、发电机、水泵电机和水泵泵体均为水平安装，而且在四者中的运动部件，发电机和水泵电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用发动机、发电机、水泵电机和水泵泵体直接串联结构，此时整个发电机或水泵电机不仅成了连接发动机与水泵泵体的传动轴和飞轮，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承。而且反重力励磁绕组结构，不需要在发电机或水泵电机本体上额外增加部件，而是结合发电机或水泵电机已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有发电机或水泵电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。

进一步，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置，当发动机的转速或转向与压缩机的转速不一致时，通过变速装置使二者转速或转向达到一致，一般采用齿轮变速箱或皮带轮结构。

进一步，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。夏季该热水可作为卫生热水。冬季该热水正好可以汇入空调热水系统，作为空调采暖的辅助热源。

进一步，还包括电控系统，电控系统包括发动机控制模块、发电机控制模块和水泵电机控制模块；

（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；

（2）发电机控制模块包括发电机模块和发电机反重力控制模块中的至少一种；

所述发电机模块与发动机模块和发电机连接，用于控制发电机的励磁，并通过发动机模块控制发动机的转速，向外部输出电源；

所述发电机反重力控制模块输出端与发电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为发电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时发电机工作在反重力轴承模式；当发电机控制模块需要发电机工作时，通过发电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到发电机的定子绕组中；

（3）水泵电机控制模块包括水泵电机模块和水泵电机反重力控制模块中的至少一种；

所述水泵电机模块用于控制外部电源为水泵电机供电，其输出端连接水泵电机，水泵电机模块的输入端连接外部电源，用于从外部电源获取电能为水泵电机中的水泵电机供电；水泵电机模块还可采用频率可调电源，能根据水泵负荷自动调整水泵电机转速。所述发电模块的输入端与水泵电机连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接；用于将发电机产生的电能输出到外部负载，外部负载如照明单元等。

所述水泵电机反重力控制模块输出端与水泵电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为水泵电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时水泵电机工作在反重力轴承模式；当水泵电机控制模块需要水泵电机工作时，通过水泵电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到水泵电机的定子绕组中；

水泵电机模块和发电模块也可集成合为一个电机控制模块。

（4）当连轴装置采用电控离合器时，电控系统还包括用于控制离合器连接和分离的传动控制模块；传动控制模块连轴装置连接，控制其连接和分离。

电控系统可与外部通信单元相连；外部通信单元用于在现场或远程控制控制电控系统。如通过现场的现场总线控制电控系统，或通过远程无线（3G、4G或4G等）或有线（因特网）控制电控系统。

进一步，所述电控系统内的各个模块之间可进行互相关联控制，并控制复合动力水泵工作在以下任一工作模式中：

（1）工作模式1、发动机单独驱动水泵

接通发电机与水泵电机的连轴装置，将发电机与外部电路断开，可选的将发电机与发电机反重力控制模块接通，并将水泵电机与外部电路断开，可选的将水泵电机与水泵电机反重力控制模块接通；运行发动机，发动机的传动轴同步驱动发电机转子、水泵电机转子和水泵泵体，发电机和水泵电机转子处于被动空转状态。

（2）工作模式2、电力单独驱动水泵

断开发电机与水泵电机的连轴装置，发动机不工作；水泵电机接入电控系统中的水泵电机源模块，通过水泵电机驱动水泵泵体。

（3）工作模式3、发动机与电力联合驱动水泵

接通发电机与水泵电机的连轴装置，将发电机与外部电路断开，可选的将发电机与发电机反重力控制模块接通；运行发动机，水泵电机接入水泵电机模块，并与外部电源接通，发动机与水泵电机联合驱动水泵；发电机转子处于被动空转状态。

（4）工作模式4、发动机驱动水泵并同步发电

接通发电机与水泵电机的连轴装置，并将水泵电机与外部电路断开，可选的将水泵电机与水泵电机反重力控制模块接通；运行发动机，同步驱动发电机和水泵电机转子和水泵泵体；发电机接入发电模块，水泵电机转子处于被动空转状态；给外部用电负荷提供电源。

（5）工作模式5、单发电输出

断开发电机与水泵电机的连轴装置，水泵电机不工作，发电机接入发电模块；运行发动机，驱动发电机，通过发电模块，给外部用电负荷提供电源。对于不使用空调的时候，该装置可作为一台标准的燃气发电机组使用。

进一步，通过电控系统，水泵电机还可以作为燃料发电机组启动的动力，在燃料发电机组启动前，让水泵电机接通水泵电机模块，通过水泵电机带动发动机转动；当发动机启动完成之后，水泵电机与水泵电机模块断开。

包含复合动力水泵的热泵系统，包括一台或多台水泵和一台或多台空气源热泵机组，其中至少有一台水泵采用前述的复合动力水泵；

所述空气源热泵机组包括压缩机、水侧换热器、表冷器和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水。表冷器与水侧换热器之间设有节流装置，制冷剂受到压缩机的压缩驱动，使在水侧换热器、表冷器和压缩机之间循环流动，并产生相变和温度变化，由四通阀实现制冷与制热模式的制冷剂的流向切换。夏季制冷时水侧换热器内低温制冷剂与循环水换热，输出冷水，通过水管路送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气，表冷器内高温制冷剂通过冷凝风机散热；冬季制热时，通过四通阀切换，水侧换热器内高温制冷剂与循环水换热，输出热水，通过水管路送入室内末端风机盘管，为室内提供暖气，表冷器内低温制冷剂通过冷凝风机从空气中吸热。

进一步，所述表冷器与发动机的排烟风道之间设有风阀，其中风阀进风口与排烟风道连接，风阀出风口于表冷器连接。当冬季运行制热模式时，从发动机排气口排出的高温烟气通过排烟风道和风阀进入到水泵低温的表冷器，提高制热效果，并降低排烟温度。而夏季制冷时，则关闭风阀，切断排烟风道，阻止高温烟气进入表冷器。

所述风阀进风口还可与余热回收器的排烟风道连接。这样在冬季制热时可以让高温烟气先通过余热回收器获得温度较高的热水，然后从余热回收器排出较低温度的烟气再进入10℃以下的低温表冷器，提高热泵机组制热运行时的蒸发温度，融化表冷器的结霜，提高热泵制热效率，甚至可以让水泵冬季无霜运行，而发动机的排烟温度可降至低于气温，实现热源几乎百分百高效利用，同时也利于环保。夏季制冷时，该风阀则关闭。

通过上述复合动力水泵的余热回收装置和空气源热泵机组的表冷器，在冬季制热时可以实现燃气燃料百分百完全利用。当空调热负荷较小，如春秋过渡季节，空调主机或锅炉很多时间处于间歇运行状态，而循环水泵却一直在连续运行；如果采用燃气驱动水泵作为空调循环水泵，虽然水泵的功率相对空调主机虽然较小，但在连续运行时，会连续不断累计产生大量余热，可减少空调主机或锅炉的能耗，甚至可以不用启动，只需连续运行复合动力水泵，就可满足采暖需求。

当热负荷较大，室外气温较低，当采用空气源热泵作为主机，存在频繁化霜，制热效果差的问题，而在空气源热泵机组表冷器引入复合动力水泵的烟气，解决化霜问题，可以让空调主机无霜运行。

对于中大型空调系统，水泵功率较大，配置复合动力水泵的发动机功率也较大，此时系统中配置的空气源热泵机组的完全为吸收复合动力水泵的烟气余热，而不为空调提供主要负荷，所回收热水在冬季可与空调热水汇合，分担锅炉等制热主机的负荷，夏季可为用户提供免费的卫生热水。

进一步复合动力水泵运行在工作模式4或5时，所发电可以驱动空气源热泵机组或其他水泵，其他水泵即可是前述复合动力水泵，也可是普通电动水泵；这样可让整个空调机房不用完全依赖外部电网，用天然气或燃油可独立工作。

同理上述包含复合动力水泵的热泵系统，不仅可用于夏季制，冬季冷制热的空调系统，也可作为专门制热的热水机使用，全年为用户提供卫生热水。

有益效果：

本发明简化了目前已广泛使用的冷-电-热联产系统，提高系统效率，本发明主要创新点如下：

1.本发明创新之一：只用水泵也能采暖

任何采用水循环的中央空调系统，都离不开循环水泵，而且所有水泵都只具备推动水体运动的功能，水泵本身不能制热或发热，必须另外采用热泵或锅炉作为热源。

通过本发明，将空调系统中的循环水泵改为复合动力水泵，在驱动空调水路循环同时，将燃气驱动水泵的烟气余热百分百吸收到空调水路中，作为空调热源，虽然水泵相对空调主机的功率较小，但是水泵运行时间却是空调主机运行时间的数倍，能将小热量累计能成大热量，可降低空调主机的能耗，在热负荷较小时，如春秋过渡季节采暖，甚至可不用启动空调主机。

本发明创新之二：燃料全热利用，系统高效；

燃料的热能效率高低，排烟温度是最显著指标，现有锅炉制热时，即使采用高效锅炉，所排烟气也有一百多摄氏度；而本发明创新的将燃气烟气与空气源热泵结合，在冬季制热时，甚至可让燃料的烟气温度比室外气温还低，能真正实现燃料全热利用，而且空气源热泵也能实现高效无霜运行。

本发明创新之三：转子当传动飞轮，系统简化。

本发明中将发动机、电机单元和水泵的传动轴直接串联，当单独采用燃料驱动水泵时，燃气机必须先驱动发电机和电动机，再驱动水泵，此时电动机虽不产生动力，发电机也不发电，转子被动空转，但却在燃气机与水泵之间充当具有缓冲、稳定的惯性飞轮。相对于其他采用发动机与电机并联的系统，当由发动机驱动水泵时将电机分离，虽然可减少电机空转的摩擦，但是结构复杂，实用性差。而采用机械串联的布局结构实现燃气机直驱水泵，传动效率高，不仅便于电机单独驱动水泵，也便于燃气机独立发电，使整个装置结构简单可靠，同时可方便嫁接现有且十分成熟的燃料发电机和水泵技术，使本发明具有很好的实用性。

本发明创新之四：发电机、水泵电机转变成反重力轴承，系统高效。

当电机仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力。

通过在发电机或水泵电机定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，利用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，通过控制电流，使电磁吸引力大小能让发电机或水泵电机传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。

由于发动机、发电机、水泵电机和压缩机均为卧式安装，而且在四者中的运动部件，发电机和水泵电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。

这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用发动机、发电机、水泵电机和压缩机直接串联结构，此时整个发电机和水泵电机不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，连轴装置采用刚性连接时，或当发电机、水泵电机、发动机和压缩机采用同一个传动轴时，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承，因而将这种产生反重力效果的整体命名为反重力轴承。

发电机或水泵电机变轴承，反重力励磁绕组结构看似很复杂，但其实并不需要在发电机和水泵电机本体上再额外增加部件，轴承、转子和定子都是发电机和水泵电机本身已有的，只是通过优化定子绕组，增加引出导线，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有发电机和水泵电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个更优质的零重力惯性飞轮，而成本却只有磁悬浮轴承的千分之几，这正是本发明巧妙之处。

当发电机或水泵电机需要恢复发电和驱动功能时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到发电机或水泵电机的定子绕组中。

综上所述，本发明方法易于实施，结构简单，操作灵活，特别能加倍提高天然气制热效果，适合推广应用。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

图1为复合动力水泵结构示意图；

图2为连轴装置接通示意图；

图3为连轴装置分离的示意图；

图4为电控系统示意图；

图5为发电机定子处于发电机模式的示意图；

图6为水泵电机定子处于水泵电机模式的示意图；

图7为发电机定子处于反重力模块控制的示意图；

图8为水泵电机定子处于反重力模块控制的示意图；

图9为发电机与水泵电机结构示意图；

图10为发动机驱动水泵模式示意图；

图11为电力驱动水泵模式示意图；

图12为发动机和电力联合驱动水泵模式示意图；

图13为发动机驱动水泵同步发电模式示意图；

图14为发动机单发电模式示意图；

图15为法兰连轴器接通示意图；

图16为法兰连轴器分离的示意图；

图17为连轴装置带有变速装置设置的状态图；

图18为带有余热回收器的热泵系统实施例示意图；

图19为复合动力水泵和空气源热泵装置的系统图

图20为发动机排气与表冷器连接施例示意图；

图21为余热回收器排烟与表冷器连接施例示意图；

图22为发动机驱动水泵同步发电给空气源热泵机组示意图；

图23为发动机驱动水泵同步发电给其他电动水泵示意图。

首先所述发动机可采用燃气或燃油的内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃气最佳采用天然气。

实施例1：如图1，复合动力水泵中，包括燃气发电机组、热泵机组和电控系统，其中燃料发电机组包括发动机1、发电机2，其中发电机2带有动力输出的传动轴201；其中水泵包括水泵电机3、水泵泵体32，水泵电机采用双轴伸结构，一端传动轴与水泵泵体32连接，另一端通过连轴装置5与发电机2的传动轴201连接。

参照图2和图3分别为连轴装置5接通和分离的示意图。

参照图4，电控系统包括发动机控制模块、空气源热泵控制模块、水泵电机模块、发电模块、反重力控制模块、传动控制模块。其中发动机控制模块与发动机1连接，控制其运行。其中空气源热泵控制模块控制空气源热泵机组的运行，还包括模式和制热运行工况。其中水泵电机模块的输出端连接水泵电机3，水泵电机模块的输入端连接外部电源。发电模块的输入端与发电机2连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接。

参照图5、图7、图9，发电机包括传动轴201、转子20、定子绕组21，其中发电机反重力模块包括励磁单元和切换单元，其输出端连接到位于发电机定子绕组顶部的反重力励磁绕组211，其输入端连接外部电源。

参照图6、图8、图9，水泵电机包括传动轴301、转子30、定子绕组31，其中水泵电机反重力模块包括励磁单元和切换单元，其输出端连接到位于水泵电机定子绕组顶部的反重力励磁绕组311，其输入端连接外部电源。其中传动控制模块与连轴装置5连接，控制其连接和分离。

本实施例中连轴装置5均采用电控离合器，包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之亦然。主动盘和从动盘结构完全一致，可以互换。

上述电控系统内的各个模块之间可进行互相关联控制，并控制复合动力水泵工作在以下任一工作模式中：

工作模式1、发动机驱动水泵

参照图10，接通连轴装置5，将发电机2的反重力励磁绕组211与反重力控制模块接通，水泵电机3的反重力励磁绕组311与反重力控制模块接通。运行发动机1，发动机1的传动轴同步驱动发电机转子20、水泵电机转子30和水泵泵体32，发电机和水泵电机均处于转子被动空转状态，两个个转子作为飞轮运行。发电机转子20和传动轴受到上方反重力励磁绕组211的电磁吸引力，使传动轴上的轴承22 所受的径向压力减小或为零，减少轴承22摩擦阻力和噪音；同时水泵电机转子30和传动轴受到上方反重力励磁绕组311的电磁吸引力，使传动轴上的轴承所受的径向压力减小或为零，减少轴承摩擦阻力和噪音。

工作模式2、电力驱动水泵

参照图11，让连轴装置5分离，水泵电机3接入水泵电机模块，外部电源输电通过水泵电机3驱动水泵泵体32。

工作模式3、发动机与电力联合驱动水泵

参照图12接通连轴装置5，将发电机2的反重力励磁绕组211与反重力控制模块接通，水泵电机3接入水泵电机模块，并与外部电源接通，运行发动机1，与水泵电机3联合驱动水泵泵体32，发电机转子处于被动空转状态。

工作模式4、发动机驱动水泵同步发电

参照图13，接通连轴装置5，水泵电机3的反重力励磁绕组311与反重力控制模块接通。发电机2接入发电模块，通过发电模块给空气源热泵机组的或外部用电负荷提供电源。运行发动机1，驱动水泵泵体运行，发电机和水泵电机均处于转子被动空转状态。当水泵负荷较低时， 发动机1也处于低负荷运行，低负荷效率低，通过增加发电输出，提高发动机的负荷，保持其始终处于高效率运行。

工作模式5、单发电输出模式

参照图14，让连轴装置5分离，发电机2接入发电模块，运行发动机1，驱动发电机2，通过发电模块，专门给外部用电负荷提供电源。

实施例2

与实施例1的区别在于，水泵电机模块采用频率可调的电源，可以根据水泵的负荷自动调整水泵电机3的转速。

实施例3

参照图15和图16，与实施例1的区别在于，连轴装置5采用无传动控制模块的法兰盘连轴器，包括主动盘501、两套柔性连接片502、中间连接段503、从动盘504、连接螺栓505和螺帽506。主动盘501、柔性连接片502、中间连接段503和从动盘504上均开有若干通孔，可通过螺栓。其中一套柔性连接片502上通过螺栓505螺帽506交替与主动盘501和中间连接段503固定；另一套柔性连接片502上通过螺栓505螺帽506交替与从动盘504和中间连接段503固定。当主动盘501、柔性连接片502、中间连接段503和从动盘504之间用螺栓505螺帽506连接固定后，主动盘501和从动盘504同步转动，并带动两个传动轴同步转动；反之拆除螺栓505螺帽506，两个传动轴分离；主动盘501和从动盘504结构完全一样可以互换。

实施例4

与实施例1和实施例3的区别在于，采用无传动控制模块的法兰盘连轴器，但没有柔性连接片502。

实施例5

参照图17，与实施例1的区别在于，连轴装置5上还设置有用于转速或转向变换的变速装置6，变速装置6位于连轴装置5的水泵电机3一侧，也可位于发电机2一侧。

实施例6

与实施例1的区别在于，水泵电机模块、发电模块和其对应反重力控制模块集成为一个电机控制模块。

实施例7

参照图18，与实施例1的区别在于，还包括余热回收器，发动机1排出的烟气和冷却水供给余热回收器，夏季制冷时，可在空气源热泵提供冷水同时，额外提供免费热水，可作为酒店医院的卫生热水源；冬季制热时余热回收器可与空气源热泵机组共同给外部提供空调热水。

实施例8

参照图19，包含复合动力水泵的热泵系统，包括一台或多台水泵和一台或多台空气源热泵机组，其中至少有一台水泵采用前述的复合动力水泵。

所述空气源热泵机组包括压缩机70、水侧换热器72、表冷器71和四通阀74，水侧换热器72输出冷水或热水。表冷器71与水侧换热器72之间设有节流装置73，制冷剂受到压缩机70的压缩驱动，使在水侧换热器72、表冷器71和压缩机70之间循环流动，并产生相变和温度变化，由四通阀74实现制冷与制热模式的制冷剂的流向切换。夏季制冷时水侧换热器72内低温制冷剂与循环水换热，输出冷水，通过水管路及送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气，表冷器71内高温制冷剂通过冷凝风机散热；冬季制热时，通过四通阀74切换，水侧换热器72内高温制冷剂与循环水换热，输出热水，通过水管路送入室内末端风机盘管，为室内提供暖气，表冷器71内低温制冷剂通过冷凝风机从空气中吸热。

实施例9

参照图20，与实施例8的区别在于，还包括风阀8。表冷器71与发动机1的排烟风道之间设有风阀8，并受电控系统控制，其中风阀8进风口与排烟风道连接，风阀8出风口于表冷器71连接。当冬季运行制热模式时，从发动机1排气口排出的烟气通过排烟风道和风阀8进入到空气源热泵低温的表冷器71，提高制热效果，并降低排烟温度。而夏季制冷时，通过关闭风阀8，切断排烟风道，阻止烟气进入表冷器71。

实施例10

参照图21，与实施例8的区别在于，风阀8进风口还可与余热回收器的排烟风道连接。这样在冬季制热时可以让烟气先通过余热回收器获得温度较高的热水，然后从余热回收器排出较低温度的烟气再进入10℃以下的低温表冷器71，提高热泵机组制热运行时的蒸发温度，融化表冷器的结霜，提高热泵制热效率，可以让空气源热泵冬季无霜运行，而发动机1的排烟温度可降至低于气温，实现天然气百分百高效利用，同时也利于环保。夏季制冷时，该风阀8则关闭。

实施例11

参照图22与实施例8的区别在于，复合动力水泵运行在工作模式4时，所发电驱动空气源热泵机组；工作模式5与之相同，不作另行说明。

实施例12

参照图23与实施例8的区别在于，复合动力水泵运行在工作模式4时，所发电供给电动水泵的电机9，驱动水泵90运行；工作模式5与之相同，不作另行说明。

实施例13

与实施例8的区别在于，上述包含复合动力水泵的热泵系统，作为专门制热的热水机使用，全年为用户提供卫生热水。结构与上述一样，不作另行说明。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合动力水泵，包括燃料发电机组、水泵和电控系统；所述燃料发电机组包括发动机和发电机；所述水泵包括水泵电机和水泵泵体；所述发电机和水泵电机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述电控系统与发动机、发电机和水泵电机电气连接；

其特征在于，所述发动机、发电机、水泵电机和水泵泵体依次串联连接；

所述发电机和水泵电机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与水泵电机的传动轴相连，而水泵电机的传动轴另一端与水泵泵体连接；其中连轴装置为连轴器或离合器。

2.根据权利要求1所述的复合动力水泵，其特征在于，当所述发电机或水泵电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或水泵电机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和水泵电机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或水泵电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或水泵电机传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。

3.根据权利要求1所述的复合动力水泵，其特征在于，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。

4.根据权利要求1所述的复合动力水泵，其特征在于，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。

5.根据权利要求1所述的复合动力水泵，其特征在于，还包括电控系统，电控系统包括发动机控制模块、发电机控制模块和水泵电机控制模块；

（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；

（2）发电机控制模块包括发电机模块和发电机反重力控制模块中的至少一种；

所述发电机模块与发动机模块和发电机连接，用于控制发电机的励磁，并通过发动机模块控制发动机的转速，向外部输出电源；

所述发电机反重力控制模块输出端与发电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为发电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时发电机工作在反重力轴承模式；当发电机控制模块需要发电机工作时，通过发电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到发电机的定子绕组中；

（3）水泵电机控制模块包括水泵电机模块和水泵电机反重力控制模块中的至少一种；

所述水泵电机模块用于控制外部电源为水泵电机供电；

所述水泵电机反重力控制模块输出端与水泵电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为水泵电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时水泵电机工作在反重力轴承模式；当水泵电机控制模块需要水泵电机工作时，通过水泵电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到水泵电机的定子绕组中；

（4）当连轴装置采用电控离合器时，电控系统还包括用于控制离合器连接和分离的传动控制模块。

6.根据权利要求1所述的复合动力水泵，所述电控系统内的各个模块之间可进行互相关联控制，并控制复合动力水泵工作在以下任一工作模式中：

（1）工作模式1、发动机单独驱动水泵；

接通发电机与水泵电机的连轴装置，将发电机与外部电路断开，可选的将发电机与发电机反重力控制模块接通，并将水泵电机与外部电路断开，可选的将水泵电机与水泵电机反重力控制模块接通；运行发动机，发动机的传动轴同步驱动发电机转子、水泵电机转子和水泵泵体，发电机和水泵电机转子处于被动空转状态；

（2）工作模式2、电力单独驱动水泵

断开发电机与水泵电机的连轴装置，发动机不工作；水泵电机接入电控系统中的水泵电机源模块，通过水泵电机驱动水泵泵体；

（3）工作模式3、发动机与电力联合驱动水泵

接通发电机与水泵电机的连轴装置，将发电机与外部电路断开，可选的将发电机与发电机反重力控制模块接通；运行发动机，水泵电机接入水泵电机模块，并与外部电源接通，发动机与水泵电机联合驱动水泵泵体；发电机转子处于被动空转状态；

（4）工作模式4、发动机驱动水泵并同步发电

接通发电机与水泵电机的连轴装置，并将水泵电机与外部电路断开，可选的将水泵电机与水泵电机反重力控制模块接通；运行发动机，同步驱动发电机和水泵电机转子和水泵泵体；发电机接入发电模块，给空气源热泵机组的或外部用电负荷提供电源；水泵电机转子处于被动空转状态；

（5）工作模式5、单发电输出

断开发电机与水泵电机的连轴装置，水泵电机不工作，发电机接入发电模块；运行发动机，驱动发电机，通过发电模块，给外部用电负荷提供电源。

7.包含复合动力水泵的热泵系统，包括一台或多台水泵和一台或多台空气源热泵机组，其特征在于，所述水泵中至少有一台水泵采用权利要求1-6任一所述的复合动力水泵，所述空气源热泵机组包括压缩机、水侧换热器、表冷器和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水。

8.根据权利要求7所述的包含复合动力水泵的热泵系统，其特征在于，所述表冷器与复合动力水泵的发动机或余热回收器的排烟风道之间设有风阀，其中风阀进风口与排烟风道连接；风阀出风口与表冷器的进风侧连接。

9.根据权利要求7所述的包含复合动力水泵的热水泵系统，其特征在于，当复合动力水泵运行在工作模式4或5时，复合动力水泵所发电可以驱动空气源热泵机组，或其他水泵。