CN201902263U

CN201902263U - 微型燃气轮机-高速发电机成套设备

Info

Publication number: CN201902263U
Application number: CN2010206723887U
Authority: CN
Inventors: 缪海波; 杨尔卫; 吴大庆; 曲俊法; 刘咔; 杨帆; 邓星
Original assignee: Hunan Aerospace Institute of Mechanical and Electrical Equipment and Special Materials
Current assignee: Hunan Aerospace Institute of Mechanical and Electrical Equipment and Special Materials
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2020-12-21

Abstract

本实用新型涉及一种微型燃气轮机-高速发电机成套设备。该设备包括：微型燃气轮机、高速发电机、磁性联轴器，其中微型燃气轮机通过磁性联轴器与高速发电机连接。该成套设备利用燃机产生的热烟气进行高效率的热电联产；适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加年设备利用率；用户可自行控制，可进行遥控和监测区域电力质量和性能；非常适应对乡村和发展中区域提供电力，在成本增加很小的情况下可增加装机容量。

Description

微型燃气轮机-高速发电机成套设备

技术领域

本实用新型技术属于新能源及高效节能(06)领域，将成套发电技术应用于高效节能能源产业。特别是一种微型燃气轮机-高速发电机成套设备。

背景技术

长期以来，几十至几百kW的小型发电机组市场，一直由内燃发电机组占领，燃气轮机几乎没有立足之地。原因是小功率燃气轮机单循环的效率比较低，无法与内燃机相匹敌。而且小功率燃气轮机转速高，通常需要采用齿轮减速器降速后与发电机相连，笨重的减速器和低速发电机，把燃气轮机结构轻巧的特点给抵消了。不仅造成了资源的浪费，也不利于未来发电设备小型化的要求。至今还没有一种型号微型燃气轮机用于商业运行中。

系统总体技术、转子动力、损耗、温升及散热技术、非接触式轴承支承技术、高效回热技术、数字功率控制与转换等技术还不够成熟，这也客观造成了成套发电设备在我国的发展和市场化进程缓慢。目前国际上微型燃气轮机整体还没有全部进入一个市场成熟期，这对我国发展微型燃气轮机产业化并追赶先进国家是一个较好时机。

发明内容

为提高成套发电设备的运行效率、减小其体积、重量，本实用新型特提供了一套微型燃气轮机-高速发电机成套设备。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案，该设备包括：微型燃气轮机、高速发电机、磁性联轴器，其中微型燃气轮机通过磁性联轴器与高速发电机连接。

本实用新型的微型燃气轮机是成套发电设备的原动机，燃烧燃料，主轴高速旋转。主轴转速在30000rpm～60000rpm。微型燃气轮机包括压气机、燃烧室、燃气透平，采用径向设计原理以及单级径向压缩机低排放环型燃烧器、单级径向透平，压比为4∶1，恒温运行排除了使用高成本的尖端材料，维修成本低，振动更小，排放更低，结构紧揍。

本实用新型的高速发电机为同步永磁电机，可同时作为电动机和发电机使用。成套发电设备运行初期，高速电机作为电动机使用，由外部供给电能，作为系统的原动力，通过磁性联轴器带动微型燃气轮机高速旋转运行；当系统转速达到20000rpm时，燃气轮机可消耗燃料，自主运行，高速电机转而作为发电机使用，向外供应电能。高速发电机主要包括气体轴承、永磁发电机、磁力轴承、功率变换系统。

本实用新型的非接触磁性联轴器由内磁性部分和外磁性部分组成。内磁性部分由多片永磁磁片和护套构成；永磁磁片由钕铁硼永磁材料加工而成；护套由高强合金加工而成；外磁性部分具有和内磁性部分相同片数的磁片。非接触磁性联轴器具有和微型燃气轮机相同的转速。非接触磁性联轴器，允许微型燃气轮机输出轴和高速电机的输入轴有超过1mm轴线偏移量，和超过0.5度轴线角度偏移量。正常工作时，内外永磁体相位并不相同，允许存在一定的角度，角度的大小由转速和传递的功率确定。成套发电设备通过磁性联轴器组成一个紧揍的高转速的交流发电机组。装置不需要减速箱，交流发电机又可作为一个启动电动机，从而可进一步减少机组的体积。

本实用新型的电能控制器由前级整流部分和后级逆变部分构成。前级整流部分采用闭环的控制方式。后级逆变部分采用开环的控制方式。电能控制器在成套发电设备运行初期作为微型燃气轮机的启动控制器使用，在成套发电设备转速高于20000rpm时作为发电机电能变换的控制器使用。电能控制器在作为发电机电能变换的控制器使用时，可输出单相220V/50Hz或三相380V/50Hz电能。

与传统的发电设备对比，本实用新型具有以下优势：

(1)没有或很低输配电损耗；

(2)可避免或减缓输配电成本的增加；

(3)利用燃机产生的热烟气进行高效率的热电联产；

(4)适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加年设备利用率；

(5)用户可自行控制，可进行遥控和监测区域电力质量和性能；

(6)非常适应对乡村和发展中区域提供电力，在成本增加很小的情况下可增加装机容量；

(7)土建和安装成本低；大量减少了环保压力。

附图说明

图1为成套发电设备结构框图。

具体实施方式

该设备包括：微型燃气轮机、高速发电机、磁性联轴器，其中微型燃气轮机通过磁性联轴器与高速发电机连接。

考虑到高速发电机在高压气体驱动下可能存在较大的转速波动，前级整流如果采用不控整流，直流侧电压也将会有很大的波动，为了保证后级逆变输出电压的稳定性，采用三相桥式半控整流电路，这种电路比全控型电路更简单、更经济。

逆变电路将直流电转换为50Hz的交流电，本系统采用6个IGBT组成三相全桥逆变电路。当前的逆变电路中，主要采用PWM控制技术，PWM是对触发脉冲的宽度进行调节的技术。SPWM是实现逆变器输出正弦化的最有效手段。

此外，数字控制的电能变换器可进行输出频率转换，也可调解成其它输出频率，它把高速交流发电机输出的频率为1～3kHz的电力转换成50～60Hz的电力功率逆变控制器，同时，还可在启动时，将50～60Hz逆变成1～3kHz的高频电，启动电机；另外，可根据负荷的变化调节转速，也可根据外部电网负荷变化运行，或可作为独立系统运行，还包括远程管理、控制和监测。

本设备能达到的技术指标如下：

(7)最高转速≥60000rpm

(8)额定功率≥30KW

(9)连续运行时间≥8600h

(10)工作温度：-20～50℃

(11)效率：(25±2)％

(12)冷却方式：强制风冷

(13)用户电压：380V(0～+10％)或220V(0～+10％)

(14)输出电能频率(50±2.5)Hz

本实用新型创造性的集单级压气、向心透平涡轮发动机技术、非接触磁性联轴技术、气浮-磁浮混合支撑技术、高速永磁发电技术、高度集成的数字电能变换技术等核心技术于一身，整台设备采用空气冷却，无需润滑油和冷却液，无需通过繁杂的中间减速结构，可直接由微型燃气轮机驱动高速电机工作，有效的降低了成套发电设备的复杂性，实现了体积小、重量轻的目标，且通过非接触式磁性联轴器连接，使微型燃气轮机和高速发电机在物理上隔离，有效的杜绝了微型燃气轮机和高速电机间的振动干扰。具有多台集成扩容、可使用多种燃料、燃料消耗低、噪音低、排放低、振动低、维修率低、可遥控和诊断等一系列技术特点。

本实用新型可以减少对电网的依赖，使机组的使用率完全按最有利于高效节能的方案执行，并可按负载优先级别供电、远程监控，并可通过调制解调器和互联网来进行控制。并可通过控制软件实现多台发电设备直接并车，而无需其它控制硬件辅助。

本实用新型且具有各种颠簸路面的超强适应能力，使之具有较高的机动性，启动快速并可连续运行，富氧燃烧，超低排放，便于军民两用。本发明可以用于导弹发射车、战车、坦克、高炮车、自行火炮的野战移动电源，也可用于无人机、直升机、教练机上作为辅助电源以及大型战斗机、运输机发动机的起动机，还可作为浮空器、舰船、潜艇、雷达的发电设备。另外，由于出色的可靠性和连续运行能力，采用微燃+高发成套发电设备成为无人值守的2MW以下分布式供电系统的最佳方案，如：办公商务楼、大型商场、电影院、学校、工厂、别墅、小区、电视台、转播车、医院、宾馆、商场、垃圾填埋场、污水处理场、海上油田和陆上油井、电信及通信基础等等。

Claims

1.微型燃气轮机-高速发电机成套设备，包括：微型燃气轮机、高速发电机、磁性联轴器，其特征在于：微型燃气轮机通过磁性联轴器与高速发电机连接。

2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机-高速发电机成套设备，其特征在于，微型燃气轮机包括压气机、燃烧室、燃气透平，采用径向设计，以及单级径向压缩，机低排放环型燃烧室、单级径向燃烧透平。