CN111206990A - 一种微型燃气轮发电增程器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型燃气轮发电增程器，包括壳体总成、由定子和转子组成的发电机、与转子相连的转轴、设置在转轴上的压气涡轮和燃气涡轮，所述壳体总成包括进气部壳体、压气蜗壳、燃气蜗壳和排气蜗壳，所述发电机设置在进气部壳体内部中央，所述发电机外设置有发电机壳体，所述发电机壳体与进气部壳体之间形成环形的进气道；所述压气涡轮和燃气涡轮分别设置在压气蜗壳和燃气蜗壳内，所述压气蜗壳上设置有压气出口，所述燃气蜗壳上设置有燃气进口；所述壳体总成外侧设置有燃烧器。本发明结构紧凑，相比传统的燃气轮机，整体长度得到进一步缩短，实现了产品的小型化，便于安装到汽车上，节省汽车车体空间。

Description

一种微型燃气轮发电增程器

技术领域

本发明涉及汽车增程技术领域，特别涉及一种微型燃气轮发电增程器。

背景技术

目前，全球车辆保有量约为11.2亿辆左右，每天燃油总耗量在4032亿升/天左右，我国车辆保有量已突破3.1亿辆以上，全国汽车驾驶人达到3.2亿人，每天燃油总耗量在1080亿升/天左右，尾气排放中的一氧化碳和碳氢化合物超过80%，氮氧化物和颗粒物超过90%。

机动车辆是大气污染排放的主要贡献者，占汽车保有量7.8的柴油货车，排放了57.3%氮氧化物和77.8%颗粒物，是机动车污染防治的重中之重，机动车尾气污染已成为我国城市空气主要污染源，因空气污染引起的呼吸道疾病日趋增多，严重影响到了民众的身体健康。

电动汽车的出现可有效解决燃油车的污染问题。电动汽车由于经济环保等优点，正在被大量推广使用。但是受到车载电池技术的制约，目前电动汽车的续航里程远不如传统的燃油车的续航里程，这严重影响了电动汽车的推广使用。另外，车载蓄电池的充电时间往往长达6~8小时，当车载电池的电能耗尽时，使用者需要等待6~8个小时的充电时间，给使用者带来不便。

增程式电动汽车上安装有增程器，当车载电池电量不足时，可开启增程器，利用增程器为汽车电池充电或向驱动电机直接供电，从而有效增加了电动汽车的续航里程。但是由于在安装增程器时，需要占用车上的空间，因此对增程器的体积具有一定要求。传统的活塞式内燃机发电增程器体形重量大，结构复杂，会占用车上很大空间；其次，传统的活塞式内燃机发电增程器使用的仍旧是汽油或柴油燃料，不仅不利于环保，且燃料的使用成本也高。

发明内容

本发明的目的是解决现有电动汽车当前存在的行驶路程短、安全性充电时间长、使用便利性差的问题，提供一种高效节能、结构简单紧凑、运行平稳、振动小噪声低、安全可靠性高、结构不紧凑、体积小重量轻的微型燃气轮发电增程器，可为消费者在使用新能源汽车时消除行驶里程、安全、成本及便利性方面的焦虑，有利于推动新能源汽车产业的发展。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种微型燃气轮发电增程器，包括壳体总成、由定子和转子成的发电机、与转子相连的转轴、设置在转轴上的压气叶轮和燃气涡轮，所述壳体总成包括进气部壳体、压气蜗壳、燃气蜗壳和排气蜗壳，所述发电机设置在进气部壳体内部中央，所述发电机外设置有发电机壳体，所述发电机壳体与进气部壳体之间形成环形的进气道；所述压气叶轮和燃气涡轮分别设置在压气蜗壳和燃气蜗壳内，所述压气蜗壳上设置有压气出口，所述燃气蜗壳上设置有燃气进口；所述排气蜗壳设置有热交换腔、与热交换腔连通的第二进气口和第一出气口，所述第二进气口通过管道与压气出口相连；所述壳体总成外侧设置有燃烧器，所述燃烧器设置有燃烧室、与燃烧室相连的进气通道和燃气通道，所述燃气通道与燃气进口相连；所述压气出口和第一出气口通过管道与回热器的进气口相连，回热器的出气口通过管道途经燃气蜗壳外围与进气通道相连。

本发明在运行过程中，压缩空气从压气出口出来后一部分直接通过管道进入回热器中，在回热器中与排出的高温燃气进行热交换，热交换完成后从回热器的出气口排出并通过管道进入压缩空气进口，从燃气蜗壳外侧的压缩空气通道经过最终进入燃烧器。压缩空气在经过回热器后，有效提高了压缩空气的温度；经过燃气蜗壳外侧的压缩空气通道时，与燃气蜗壳之间进行热交换，吸收了燃气蜗壳表面的温度，进一步提高了压缩空气的温度，同时也对燃气蜗壳起到了良好的冷却效果。本发明中，由于发电机设置在进气部蜗壳内部中央，这样使得整体结构紧凑，降低了整体长度。由于发动机周围被进气道包围，进气道在进气时能够带走发电机周围的热量，起到了对发电机降温的作用。本发明采用单筒式燃烧器与现有回转式燃烧器相比，具有燃烧效率高、烧烧均匀稳定、控制系统简单、更换不同燃料时换装不同的燃烧器方便、维护维修方便等优点。本发明可以生物燃料乙醇、天然气、液化气为燃料，多元化燃料的使用可以节省稀缺化石燃料资源，有利于净化大气环境。

作为优选，所述热交换腔内设置有若干个用于热交换的第一翅片。所述第一翅片能够增大热交换的面积，有效提高热交换效率。

作为优选，所述进气道的进气口处设置有主空气滤清器。所述空腔滤清器的作用是对进入进气道的空气进行过滤，阻止空气中夹杂的颗粒物进入机内影响增程器的正常运行。

作为优选，所述压气蜗壳上设置有自动放气阀。当压气叶轮在压缩气体的过程中发生喘振时，自动放气阀能够快速放气消除喘振现象。

作为优选，所述转子与转轴之间通过联轴器连接；所述转子一端与壳体总成之间设置有前空气润滑轴承，所述转子和转轴连接处与壳体总成之间设置有中间空气润滑轴承，位于压气叶轮和燃气涡轮之间的转轴段与壳体总成之间设置有高温段空气润滑轴承。

作为优选，所述高温段空气润滑轴承外围设置有环形的空气冷却器，所述空气冷却器内设置有冷却腔，所述冷却腔一侧设置有第一进气口，所述冷却腔的另一侧与第一出气口相连，所述第一进气口通过管道与压气出口相连。高温段空气润滑轴承由于靠近燃气涡轮，在运行时处于很高的温度。本发明中利用设置在高温段空气润滑轴承外围的空气冷却器对其进行降温。从压气出口出来后的一部分压缩空气进入空气冷却器中的冷却腔中，与高温段空气润滑轴承之间进行热交换，对其进行降温。经过空气冷却器后的压缩空气通过管道进入回热器中，与回热器中其余部分的压缩空气汇合，最终进入燃烧器中。

作为优选，所述冷却腔中设置有若干个用于热交换的第二翅片。设置在冷却腔中的第二翅片能够有效提高热交换效率，增强冷却效果。

作为优选，所述燃烧器包括燃烧外筒、燃烧内筒，所述燃烧内筒与燃烧外筒之间设置有空隙，所述燃烧内筒内部为燃烧室，所述燃烧内筒一端设置有燃料接口和点火装置，所述燃烧内筒侧面设置有若干个通孔，所述燃烧外筒连接进气蜗壳，所述燃烧内筒连接燃气蜗壳，所述进气蜗壳套在燃气蜗壳外，所述燃气蜗壳内部形成燃气通道，所述燃气蜗壳与进气蜗壳之间形成环形的进气通道。压缩空气通过进气通道进入燃烧室中，燃料和压缩空气在燃烧室中混合点火燃烧，燃烧产生的燃气通过燃气通道进入燃气蜗壳内导叶外周，在导叶与导叶之间形成的流道中膨胀集骤能量后高速流出冲转燃气涡轮旋转做功。

作为优选，所述进气蜗壳与壳体总成之间通过螺栓连接。

作为优选，所述壳体总成上设置有水冷却器，所述水冷却器位于压气叶轮和发电机之间。所述水冷却器设置在发电机和压气叶轮之间。通过在冷却器内通入循环冷却水的冷却达到冷却效果。所述水冷却器起到阻隔热量的传导，防止热量传导给发电机，避免发电机温度过高而损坏。

本发明的有益效果是：本发明与传统活塞式内燃烧机发电增程器相比，具有燃料利用效率高、运行平稳、可靠性高、振动噪声小、结构简单紧凑、体积小重量轻、维护维修方便。由于在机内设置有水冷却器和空气冷却器，在两种冷却措施下有效提高了发电机和空气轴承的工作安全可靠性，有利于延长微型燃气轮发电增程器的使用寿命，有利于减轻车辆自重，有利于减少车辆行驶途中的自身电能消耗。由于可使用多种清洁能源，能够得到极低的尾气排放，净化大气环境。

附图说明

图1为本发明纵剖面结构示意图。

图2为本发明水平剖面结构示意图。

图3为图1中A部放大图。

图4为转子与压气叶轮和燃气涡轮的连接示意图。

图5为本发明的俯视图。

图6为本发明的侧视图。

图中：1、主空气滤清器，2、副空气滤清器，3、转子，4、定子，5、发电机壳体，6、进气部壳体，7、进气道，8、压气蜗壳，9、压气叶轮，10、转轴，11、空气冷却器，12、第二翅片，13、燃气蜗壳，14、第一翅片，15、排气蜗壳，16、燃气涡轮，17、第二进气口，18、高温段空气润滑轴承，19、水冷却器，20、中间段空气润滑轴承，21、前空气润滑轴承，22、压缩空气进口，23、进气蜗壳，24、燃气蜗壳，25、燃烧外筒，26燃烧内筒，27、燃料接口，28、联轴器，29、自动放气阀，30、热交换腔温度传感器，31、燃气温度传感器，32、压气出口，33、进气温度传感器，34、进气压力传感器，35、第一进气口，36、第一出气口，37、导叶。

具体实施方式

下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步描述。

实施例：如图1至图6所示，一种微型燃气轮发电增程器，包括壳体总成、发电机、转轴10、压气涡轮9和燃气涡轮16。所述壳体总成包括进气部壳体6、压气蜗壳8、燃气蜗壳13和排气蜗壳15。所述进气部壳体6、压气蜗壳8、燃气蜗壳13和排气蜗壳15从前往后依次设置。所述压气蜗壳8内部为空气压缩腔，所述燃气蜗壳13内部为燃气腔。所述进气部壳体为环状圆壳形。所述发电机设置在进气部壳体6的内部中央。所述发电机外设置有发电机壳体5。所述发电机壳体5与进气部壳体6之间形成圆环形的进气道7。所述进气道的前端设置有主空气滤清器1。所述发电机的前端设置有副空气滤清器2。所述发电机包括定子6和转子3。所述转子3的前端与壳体总成之间设置有前端空气润滑轴承21。所述转子一端通过联轴器28与转轴10相连。所述压气叶轮9和燃气涡轮16依次设置在转轴10上。所述压气叶轮9位于空气压缩腔内，所述燃气涡轮16位于燃气腔内。所述转子3和转轴10连接处与壳体总成之间设置有中间空气润滑轴承20，位于压气叶轮9和燃气涡轮16之间的转轴段与壳体总成之间设置有高温段空气润滑轴承18。所述压气蜗壳8上设置有压气出口32。所述燃气蜗壳13上设置有燃气进口。所述燃气进口处设置有导叶37。所述压气蜗壳8上设置有自动放气阀29。所述排气蜗壳15 呈圆环形。所述排气蜗壳15设置有环形的热交换腔和与第一热交换腔连通的第二进气口17。所述第一出气口35设置在排气蜗壳32的底部，第一出气口36通过管道和回热器进口相连。所述热交换腔内设置有若干个用于热交换的第一翅片14。所述排气蜗壳15一侧设置有用于测量热交换腔内气体温度的热交换腔温度传感器30。所述燃气蜗壳13外设置有中分式压缩空气蜗壳。所述中分式压缩空气蜗壳为圆环形。所述中分式空气压缩空气蜗壳套在燃气蜗壳13外。所述中分式压缩空气蜗壳两端分别设置有压缩空气进口22和压缩空气出口。所述压缩空气出口连接回热器的进气口。所述压缩空气进口与压缩空气出口之间形成两条环绕在燃气蜗壳外侧的压缩空气通道。所述高温段空气润滑轴承18外围设置有环形的空气冷却器11。所述空气冷却器11包括设置在高温段空气润滑轴承外围的环形的冷却腔，所述冷却腔一侧设置有第一进气口35，所述冷却腔另一侧与第一出气口36相连。所述冷却腔中设置有若干个用于热交换的第二翅片12。所述第二进气口17和第一进气口35分别通过管道与压气出口32相连。所述第一出气口36通过管道与设置在外部的回热器相连。所述回热器的出气口通过管道连接压缩空气进口22。所述壳体总成上还设置有水冷却器19。所述水冷却器19位于发电机和压气涡轮9之间。所述水冷却器19呈环形。所述水冷却器中间设置有冷却水腔。所述水冷却器两侧分别设置有冷却水接口和冷却水出口。

所述壳体总成外侧设置有燃烧器。所述燃烧器与壳体总成之间通过螺栓连接。所述燃烧器包括燃烧外筒25、燃烧内筒26。所述燃烧外筒25和燃烧内筒26均为圆筒状结构。所述燃烧外筒25套在燃烧内筒26外。所述燃烧外筒25与燃烧内筒26之间设置有空隙。所述燃烧内筒26内部为燃烧室。所述燃烧内筒26侧面设置有若干个通孔。所述燃烧内筒26一端设置有燃料接口和点火装置。所述燃烧内筒26连接燃气蜗壳24，所述燃烧外筒25连接进气蜗壳23。所述进气蜗壳23和燃气蜗壳24呈90°弯曲的管状结构。所述进气蜗壳23套在燃气蜗壳24外。所述进气蜗壳23一端与壳体总成外侧相连。所述进气蜗壳23的连接端设置有法兰。所述法兰上设置有连接壳体总成的螺栓。所述燃气蜗壳24内形成燃气通道。所述进气蜗壳23与燃气蜗壳24之间形成的环形的进气通道。所述燃气通道与燃气进口相连，所述进气通道与压缩空气出口相连。所述进气通道中设置有进气温度传感器33和进气压力传感器34。压缩空气通过进气通道进入燃烧室中，燃料和压缩空空气在燃烧室中混合，点火装置点燃混合物使得混合物燃烧， 燃烧产生的燃气通过燃气通道进入燃气蜗壳中经导叶37膨胀集骤能量后高速流出冲动燃气涡轮旋转做功。

本发明在运行时，需由蓄电池发电机提供电力驱动压气叶轮旋转压气，为燃烧器提供燃烧必要的空气。随着转速的不断上升，空气从进气道进入并在压气叶轮的作用下送往燃烧器内，燃烧器内在得到一定流量压力的压缩空气后即可向燃烧器内输入燃料与空气混合点燃燃烧产生高温燃气，产生的燃气进入燃气蜗壳流经导叶冲动燃气涡轮旋转做功，最后经过排气蜗壳排入回热器中进行烟-气热交换。随着压缩空气和燃料流量的不断增加，燃烧所产生的燃气量也随之增大，使得燃气涡轮不断提升转速，当发电机转速上升至设定转速时，蓄电池立即停止向发电机供电，发电机则由电动模式切换为发电模式并继续提升转速（在发电模式下升速的同时也是发电的开始），随着燃烧器中的压缩空气和燃料的继续增大，所产生的燃气流量也在不断地增大，燃气涡轮带动压气涡轮和发电机的转速也在不断上升直到设计转速为止。

在运行过程中，压缩空气从压气出口排出的大部分直接通过管道进入回热器中，在回热器中与排出的高温燃气进行热交换，热交换完成后从回热器的出气口排出并通过管道进入压缩空气进口，从燃气蜗壳外侧的压缩空气通道经过最终进入燃烧器。压缩空气在经过回热器后，有效提高了压缩空气的温度；经过燃气蜗壳外侧的压缩空气通道时，与燃气蜗壳之间进行热交换，吸收了燃气蜗壳表面的温度，进一步提高了压缩空气的温度，同时也对燃气蜗壳起到了良好的冷却作用。

由于高温燃气从排气蜗壳中排出，因此排气蜗壳的温度很高。压缩空气从压气出口出来后一部分通过管道进入排气蜗壳的热交换腔中。温度较低的压缩空气在热交换腔中与排气蜗壳表面进行热交换。压缩空气会吸收排气蜗壳表面的温度，提高了压缩空气的温度，同时也有效降低了排气蜗壳的温度，对排气蜗壳起到了良好的冷却作用。热交换完成后压缩空气从第一出气口排出进入回热器，与其余部分的压缩空气汇合最终进入燃烧器中。设置在热交换腔中的第一翅片能够有效提高热交换效率。

高温段空气润滑轴承由于靠近燃气涡轮，在运行时处于很高的温度。本发明中利用设置在高温段空气润滑轴承外围的空气冷却器对其进行降温。从压气出口出来后的一部分压缩空气进入空气冷却器中的冷区腔中，与高温段空气润滑轴承之间进行热交换，对其进行降温。经过空气冷却器后的压缩空气通过管道进入回热器中，与回热器中其余部分的压缩空气汇合，最终进入燃烧器中。设置在冷却腔中的第二翅片能够有效提高热交换效率，增加冷却效果。

所述水冷却器设置在发电机和压气叶轮之间。通过在冷却器内通入循环冷却水达到冷却效果。所述水冷却器起到阻隔热量的作用，防止热量传导给发电机，避免发电机温度过高而损坏。

本发明中，由于发电机设置在进气部蜗壳内部中央，这样使得整体结构紧凑，降低了整体长度。由于发动机周围被进气道包围，进气道在进气时能够带走发电机周围的热量，起到了对发电机降温的作用。本发明将燃烧器设置在壳体总成外侧，从而将燃烧室移出壳体总成外；而传统活塞式内燃机式发电增程器因外形尺寸和重量大，占用空间大而不利于小型车辆内部布置，本发明由于采取高速小型结构，不仅功率密度高，而且体形重量更小，安装占用空间小，有利于整车布置。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型燃气轮发电增程器，包括壳体总成、由定子（4）和转子（3）成的发电机、与转子（3）相连的转轴（10）、设置在转轴（10）上的压气叶轮（9）和燃气涡轮（16），其特征在于：所述壳体总成包括进气部壳体（6）、压气蜗壳（8）、燃气蜗壳（13）和排气蜗壳（15），所述发电机设置在进气部壳体（6）内部中央，所述发电机外设置有发电机壳体（5），所述发电机壳体（5）与进气部壳体（6）之间形成环形的进气道（7）；所述压气叶轮（9）和燃气涡轮（16）分别设置在压气蜗壳（8）和燃气蜗壳（13）内，所述压气蜗壳（8）上设置有压气出口（32），所述燃气蜗壳（13）上设置有燃气进口；所述排气蜗壳（15）设置有热交换腔、与热交换腔连通的第二进气口（17）和第一出气口（36），所述第二进气口（17）通过管道与压气出口（32）相连；所述壳体总成外侧设置有燃烧器，所述燃烧器设置有燃烧室、与燃烧室相连的进气通道和燃气通道，所述燃气通道与燃气进口相连；所述压气出口（32）和第一出气口（36）通过管道与回热器的进气口相连，回热器的出气口通过管道途经燃气蜗壳（13）外围与进气通道相连。

2.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述热交换腔内设置有若干个用于热交换的第一翅片（14）。

3.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述进气道（7）的进气口处设置有主空气滤清器（1）。

4.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述压气蜗壳（8）上设置有自动放气阀（29）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述转子（3）与转轴（10）之间通过联轴器（28）连接；所述转子（3）一端与壳体总成之间设置有前空气润滑轴承（21），所述转子（3）和转轴（10）连接处与壳体总成之间设置有中间空气润滑轴承（20），位于压气叶轮（9）和燃气涡轮（16）之间的转轴段与壳体总成之间设置有高温段空气润滑轴承（18）。

6.根据权利要求5所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述高温段空气润滑轴承（18）外围设置有环形的空气冷却器（11），所述空气冷却器（11）内设置有冷却腔，所述冷却腔一侧设置有第一进气口（35），所述冷却腔的另一侧与第一出气口（36）相连，所述第一进气口（35）通过管道与压气出口（32）相连。

7.根据权利要求6所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述冷却腔中设置有若干个用于热交换的第二翅片（12）。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述燃烧器包括燃烧外筒（25）、燃烧内筒（26），所述燃烧内筒（26）与燃烧外筒（25）之间设置有空隙，所述燃烧内筒（26）内部为燃烧室，所述燃烧内筒（26）一端设置有燃料接口（27）和点火装置，所述燃烧内筒（26）侧面设置有若干个通孔，所述燃烧外筒（25）连接进气蜗壳（23），所述燃烧内筒（26）连接燃气蜗壳（24），所述进气蜗壳（23）套在燃气蜗壳（24）外，所述燃气蜗壳（24）内部形成燃气通道，所述燃气蜗壳（24）与进气蜗壳（23）之间形成环形的进气通道。

9.根据权利要求8所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述进气蜗壳（23）与壳体总成之间通过螺栓连接。

10.根据权利要求8所述的一种微型燃气轮发电增程器，其特征在于，所述壳体总成上设置有水冷却器（19），所述水冷却器（19）位于压气涡轮（9）和发电机之间。

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