CN114483309A - 一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，所述双轴燃气轮机混合动力系统与用电负载连接，所述系统包括：储能设备、双轴燃气轮机、电动机、压气机和发电机；所述电动机和所述压气机转轴连接；所述压气机与所述双轴燃气轮机气动连接；所述双轴燃气轮机与所述发电机连接；所述储能设备、所述发电机和所述用电负载之间均连接；所述电动机带动所述压气机工作，继而对所述双轴燃气轮机入口处的空气进行增加，提高所述双轴燃气轮机在非设计点工况下的压比。本发明本发明通过增加压气机，使得双轴燃气轮机的调控作用更加柔和，保证了系统的安全稳定运行。

Description

一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统
技术领域
本发明涉及混合动力系统技术领域，特别是涉及一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统。
背景技术
混合动力系统是指具有两个及两个以上动力源、通过相关控制装置实现各个动力源单独或共同对外输出能量的系统。目前以电功率方式实现能量输出的混合动力系统基本由汽油机/柴油机、发电机、储能设备构成。而相比于汽油机/柴油机，双轴燃气轮机功重比更高，即在输出相同功率的条件下双轴燃气轮机的重量比汽油机/柴油机的重量更小，且结构更简单易维护。因此基于双轴燃气轮机的混合动力系统具有高功重比的优点，该优点有利于优化混合动力系统的结构设计布局。然而现有的双轴燃气轮机只有在指定设计点功率状态条件下工作才具有良好的燃油经济性，其燃油经济性随输出功率的下降而急剧恶劣，因此现有基于双轴燃气轮机的混合动力系统在非设计点功率状态下燃油经济性较差，这抵消了系统高功重比优点，限制了基于双轴燃气轮机的混合动力系统的广泛应用。
采用双轴燃气轮机的混合动力系统由于其高压转轴和低压转轴机械解耦，可以采用在高压转轴与低压转轴各机械连接一个电机/发电机，从而形成更加灵活的系统控制方案，进而可以改善基于双轴燃气轮机的混合动力系统的燃油经济性。但由于电机与高压转轴为机械刚性连接，容易引起双轴燃气轮机正常工作状态，如喘振等。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，通过增加压气机，而压气机与燃气轮机的高压轴、低压轴均无机械连接，只有气动联系，因此电动机对双轴燃气轮机的调控作用更加柔和，更大限度的避免了双轴燃气轮机的不正常工作状态。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，所述双轴燃气轮机混合动力系统与用电负载连接，所述系统包括：储能设备、双轴燃气轮机、电动机、压气机和发电机；
所述电动机和所述压气机转轴连接；所述压气机与所述双轴燃气轮机气动连接；
所述双轴燃气轮机与所述发电机连接；
所述储能设备、所述发电机和所述用电负载之间均连接；
所述电动机带动所述压气机工作，继而对所述双轴燃气轮机入口处的空气进行增加，提高所述双轴燃气轮机在非设计点工况下的压比。
优选地，所述双轴燃气轮机包括高压压气机、燃烧室、高压轴、高压涡轮、低压涡轮和低压轴；
所述压气机与所述高压压气机之间气动连接，所述高压压气机与所述高压涡轮之间通过所述高压轴连接；
所述高压涡轮与所述低压涡轮之间气动连接；
所述低压涡轮与所述发电机之间通过所述低压轴连接；
所述高压压气机和所述高压涡轮均与所述燃烧室连接。
优选地，所述发电机、所述电动机、所述储能设备和所述用电负载通过电力总线并联连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明涉及一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，所述双轴燃气轮机混合动力系统与用电负载连接，所述系统包括：储能设备、双轴燃气轮机、电动机、压气机和发电机；所述电动机和所述压气机转轴连接；所述压气机与所述双轴燃气轮机气动连接；所述双轴燃气轮机与所述发电机连接；所述储能设备、所述发电机和所述用电负载之间均连接；所述电动机带动所述压气机工作，继而对所述双轴燃气轮机入口处的空气进行增加，提高所述双轴燃气轮机在非设计点工况下的压比。本发明通过增加压气机，使得双轴燃气轮机的调控作用更加柔和，保证了系统的安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统结构图。
符号说明：符号说明：1-双轴燃气轮机，2-储能设备，3-电动机，4-压气机，5-发电机，6-电力总线，7-用电负载，11-高压压气机，12-燃烧室，13-高压轴，14-高压涡轮，15-低压涡轮，16-低压轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，通过增加压气机，而压气机与燃气轮机的高压轴、低压轴均无机械连接，只有气动联系，因此电动机对双轴燃气轮机的调控作用更加柔和，更大限度的避免了双轴燃气轮机的不正常工作状态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统结构图。如图所示，本发明提供了一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，所述双轴燃气轮机混合动力系统与用电负载7连接，所述系统包括：储能设备2、双轴燃气轮机1、电动机3、压气机4和发电机5。
所述电动机3和所述压气机4转轴连接；所述压气机4与所述双轴燃气轮机1气动连接。
所述双轴燃气轮机1与所述发电机5连接。
所述储能设备2、所述发电机5和所述用电负载7之间均连接。
所述电动机3带动所述压气机4工作，继而对所述双轴燃气轮机1入口处的空气进行增加，提高所述双轴燃气轮机1在非设计点工况下的压比。
具体地，所述双轴燃气轮机1包括高压压气机11、燃烧室12、高压轴13、高压涡轮14、低压涡轮15和低压轴16。
所述压气机4与所述高压压气机11之间气动连接，所述高压压气机11与所述高压涡轮14之间通过所述高压轴13连接。
所述高压涡轮14与所述低压涡轮15之间气动连接。
所述低压涡轮15与所述发电机5之间通过所述低压轴16连接。
所述高压压气机11和所述高压涡轮14均与所述燃烧室12通过管路连接。
优选地，所述发电机5、所述电动机3、所述储能设备2和所述用电负载7通过电力总线6并联连接。
进一步地，所述高压压气机11的转子与所述高压涡轮14的转子通过所述高压轴13机械连接，所述低压涡轮15的转子通过所述低压轴16与所述发电机5机械连接，所述高压涡轮14的转子与所述低压涡轮15的转子气动连接而不是机械连接。
所述双轴燃气轮机1的工作原理如下：
所述高压压气机11的转子通过旋转由进气口吸入环境空气并进行压缩而实现空气增压，压缩后的空气进入所述燃烧室12与燃料混合后燃烧而生成高温燃烧气体，高温燃烧气体在所述高压涡轮14中膨胀做功驱动所述高压涡轮14的转子转动，并通过所述高压轴13带动所述高压压气机11的转子转动。从所述高压涡轮14排出的废气在所述低压涡轮15中继续膨胀做功从而驱动所述低压涡轮15的转子旋转并带动所述低压轴16转动从而实现机械功率的输出。
本发明电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统的具体原理如下：
当所述双轴燃气轮机1处于非设计点输出功率的条件下时，所述双轴燃气轮机1内的所述高压轴13转速不高，压比较低，所述双轴燃气轮机1的各部件效率偏低，因此所述双轴燃气轮机1的燃油经济性较差，造成混合动力系统效率较低。此时可以通过所述电动机3带动所述压气机4工作，对所述高压压气机11的进口处空气进行增压，从而提高所述双轴燃气轮机1在非设计点工况下的压比，改善所述双轴燃气轮机1的燃油经济性，进而提高混合动力系统的效率。此外，压气机4是由电动机3机械驱动，而压气机4与所述高压轴13和所述低压轴16均无机械连接，只有气动联系，因此电动机3对所述双轴燃气轮机1的调控作用更加柔和，更大限度的避免所述双轴燃气轮机1出现不正常工作状态。
本发明在保证所需功率输出的情况下，可以将发动机调节至更为省油的工作状态，改善混合动力系统的燃油经济性。
本发明通过电动机是通过驱动一个额外的压气机以调节双轴燃气轮机入口处的空气流量和压强，从而提高双轴燃气轮机各部件的工作效率，改善双轴燃气轮机的燃油经济性。
本发明电动机与双轴燃气轮机的高压轴没有机械连接，因此对发动机的调控更加柔和，更易于保证双轴燃气轮机的正常工作。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，所述双轴燃气轮机混合动力系统与用电负载连接，其特征在于，所述系统包括：储能设备、双轴燃气轮机、电动机、压气机和发电机；
所述电动机和所述压气机转轴连接；所述压气机与所述双轴燃气轮机气动连接；
所述双轴燃气轮机与所述发电机连接；
所述储能设备、所述发电机和所述用电负载之间均连接；
所述电动机带动所述压气机工作，继而对所述双轴燃气轮机入口处的空气进行增加，提高所述双轴燃气轮机在非设计点工况下的压比。
2.根据权利要求1所述的电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，其特征在于，所述双轴燃气轮机包括高压压气机、燃烧室、高压轴、高压涡轮、低压涡轮和低压轴；
所述压气机与所述高压压气机之间气动连接，所述高压压气机与所述高压涡轮之间通过所述高压轴连接；
所述高压涡轮与所述低压涡轮之间气动连接；
所述低压涡轮与所述发电机之间通过所述低压轴连接；
所述高压压气机和所述高压涡轮均与所述燃烧室连接。
3.根据权利要求1所述的电控变循环的双轴燃气轮机混合动力系统，其特征在于，所述发电机、所述电动机、所述储能设备和所述用电负载通过电力总线并联连接。
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