CN209510469U - 一种供油装置及微型燃气轮机的气动系统 - Google Patents

Abstract

一种供油装置及微型燃气轮机的气动系统，该供油装置包括封闭式油箱、控制阀组、压力气源和调节装置；所述封闭式油箱的出油口通过控制阀组连接到微型燃气轮机的燃油进口，封闭式油箱的压力气体入口通过调节装置连接到压力气源。该气动系统包括该供油装置，并利用自身的压力气体为供油装置提供压力气源。该供油装置通过调节装置调节压力气源的压力来挤出燃油，并通过控制阀组精确调节油箱的供油量，使供油装置持续、稳定并可调的供给燃油。

Description

一种供油装置及微型燃气轮机的气动系统

技术领域

本实用新型涉及供油装置技术领域，具体涉及一种供油装置及微型燃气轮机的气动系统。

背景技术

微型燃气轮机由于其体积小，转动部件少，运行和维护成本低、效率高等优点，已广泛地应用于发电领域和热电联供领域；近年来，微型燃气轮机也逐渐应用到汽车领域作为混合电动汽车的增程发动机使用。在微型燃气轮机的实际应用过程中仍然存在很多急需解决的技术问题。具体地，微型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功，透平带动做功元件做功或者发电机发电。但是，燃气轮机的稳定燃烧需要时刻有稳定的燃油供给，对于微型燃气轮机而言，其需要的燃油的供给流量偏小且需要燃油的流量稳定连续，而且在微型燃气轮机的启动阶段或者调速过程中，又需要燃油的供给流量能够随时调节和控制，以避免燃油浪费。

而现有技术中的油泵大多无法满足实际需求，只能根据实际需求进行特殊定做。特殊定做的油泵成本太高，难以量产化，且对于小功率的微型燃气轮机而言，特殊定做的油泵也很难满足实际需求，造成不必要的能源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种供油装置及燃气轮机的气动系统。该供油装置采用气动方式实现燃油的供给和调节，其结构简单，成本低，操作方便。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型的第一方面提供了一种供油装置，包括封闭式油箱10、控制阀组20、压力气源30和调节装置40；

所述封闭式油箱10的出油口通过控制阀组20连接到微型燃气轮机50的燃油进口，封闭式油箱10的压力气体入口通过调节装置40连接到压力气源30。

在一些具体的实施例中，所述调节装置40包括依次连接的第一温控器41、第一调压阀42和第一流量控制阀43；

所述第一温控器41包括测温装置411和冷却装置412。

在一些具体的实施例中，所述调节装置40还包括旁通阀44。

在一些具体的实施例中，所述控制阀组20包括依次连接的过滤器20-1、第二调压阀20-2和第二流量控制阀20-3。

在一些具体的实施例中，所述压力气源30连接至微型燃气轮机50的放气阀。

本实用新型的第二方面提供了一种微型燃气轮机的气动系统，包括：微型燃气轮机50、如前所述的供油装置以及相变物质储存箱60；

所述微型燃气轮机50包括压气机51、透平52、转轴53以及燃烧室54，压气机51、透平52通过转轴53固定连接，燃烧室54设置于压气机51和透平之间；

所述相变物质储存箱60连接到所述压力气源30，压力气源30连接到微型燃气轮机50的放气阀55，相变物质储存箱60与微型燃气轮机50的燃烧室54连接。

在一些具体的实施例中，在相变物质储存箱60与燃烧室54之间的管道上设置有流量控制装置61。

在一些具体的实施例中，所述压力气源30连接到空气轴承70的进气口；

所述空气轴承是微型燃气轮机50上的空气轴承，或者是该微型燃气轮机的驱动电机或发电机上的空气轴承。

在一些具体的实施例中，所述压力气源30与空气轴承70之间设置调压阀和/或电磁开关阀。

在一些具体的实施例中，所述压力气源30连接到使用所述微型燃气轮机的设备的空气悬挂装置80或气动升降台。

综上所述，本实用新型提供了一种供油装置及燃气轮机的气动系统，该供油装置包括封闭式油箱、控制阀组、压力气源和调节装置；所述封闭式油箱的出油口通过控制阀组连接到微型燃气轮机的燃油进口，封闭式油箱的压力气体入口通过调节装置连接到压力气源。该气动系统包括该供油装置，并利用自身的压力气体为供油装置提供压力气源。该供油装置通过调节装置调节压力气源的压力来挤出燃油，并通过控制阀组精确调节油箱的供油量，使供油装置持续、稳定并可调的供给燃油。

本实用新型提供上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、本实用新型的供油装置解决了现有技术中，油泵无法实现小流量连续供油且流量可调的技术问题，且结构简单，操作方便。

2、本实用新型的供油装置的动力来自于微型燃气轮机的自身，能源合理利用，且控制精确。

3、本实用新型的微型燃气轮机的气动系统，利用自身产生的压力气体为供油装置和相变物质储存装置提供压力气源，即合理利用了气源且提高了微型燃气轮机的热效率。

4、本实用新型的微型燃气轮机的气动系统，也可以为间隙可调的变磁矩发电机或者驱动电机提供气源，在不增加设备复杂程度的前提下，实现发电机或者驱动电机的高效率范围。

5、本实用新型的微型燃气轮机的气动系统，还可以为使用该微型燃气轮机的设备的其他气动附件提供压力源，节约能源且结构简单。

附图说明

图1为本实用新型的供油装置的一实施例的原理结构图；

图2为本实用新型的调节装置的原理结构图；

图3为本实用新型的控制阀组的原理结构图；

图4为本实用新型的供油装置的另一实施例的原理结构图；

图5为本实用新型的一种微型燃气轮机的气动系统的一实施例的原理图；

图6为本实用新型的一种微型燃气轮机的气动系统的另一实施例的原理图；

图7为本实用新型的间隙可调的盘式电机的结构示意图；

图8为本实用新型的盘式电机的定子铁芯的结构示意图；

图9为本实用新型的盘式电机的效率map图。

附图标记：

1、定子；11、定子铁芯；111、磁极；112、阻挡部；12、定子绕组；13、定子密封件；2、转子；21、转子铁芯；22、永磁体；23、转子密封件；3、壳体；4、密封气隙；5、外接气源；501、流量控制阀；6、通气孔；

10、封闭式油箱；20、控制阀组；20-1、过滤器；20-2、第二调压阀；20-3、第二流量控制阀；30、压力气源；40、调节装置；41、第一温控器；411、测温装置；412、冷却装置；42、第一调压阀；43、第一流量控制阀；44、旁通阀；50、微型燃气轮机；51、压气机；52、透平；53、转轴；54、燃烧室；55、放气阀；60、相变物质储存箱；61、流量控制装置；70、空气轴承；80、空气悬挂装置；盘式电机90。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1所示，本实用新型提供一种供油装置，其用于为微型燃气轮机的运行提供稳定可调的燃油供应。本实用新型的供油装置包括封闭式油箱10、控制阀组20、压力气源30和调节装置40，封闭式油箱10的出油口通过控制阀组20连接到微型燃气轮机50的燃油进口，封闭式油箱10的压力气体入口通过调节装置40连接到压力气源30。

其具体工作原理为：压力气源30提供的压力气体通过调节装置40输送到封闭式油箱10，封闭式油箱10内的燃油受到压力气体的挤压从出油口被挤出，燃油通过控制阀组20的调节和控制进入燃气轮机50的燃油进口，为燃气轮机的运行提供稳定的燃油。调节装置40可根据微型燃气轮机50的工作状态对压力气体的压力和流量进行调节，以适应微型燃气轮机50的运行需求。

调节装置40用于调节压力气源30输出的压力气体的流量、压力和温度等；控制阀组20用于调节油箱10输出的压力油的流量、压力和温度等。

具体地，如图2所示，调节装置40包括依次连接的第一温控器41、第一调压阀42和第一流量控制阀43。第一调压阀42和第一流量控制阀43根据微型燃气轮机50的工作状态将压力气体的压力和流量控制在预定范围内。压力气体的压力和流量的具体取值根据微型燃气轮机50的功率以及喷嘴的技术参数确定。

第一温控器41包括测温装置411和冷却装置412，第一温控器41将压力气源30提供的压力气体的温度控制在预定范围内，以防止压力气体温度过高，损坏油箱10中的油质；当测温装置411检测到压力气体的温度低于预定值时，直接将压力气体输送到第一调压阀42，当测温装置411检测到压力气体的温度高于预定值时，则将压力气体输送到冷却装置412进行冷却并达到预定值后，再将其输送到第一调压阀42。此处压力气体的温度的预定值根据具体采用的油脂种类确定。

另外，调节装置40还包括旁通阀44，用于在微型燃气轮机暂不需要燃油供应的情况下，将压力气体排向大气，以保证系统的安全性。

具体地，控制阀组20包括依次连接的过滤器20-1、第二调压阀20-2和第二流量控制阀20-3。过滤器20-1用于对燃油进行过滤，以防止含有杂质的油脂对第二调压阀20-2、第二流量控制阀20-3造成磨损，甚至造成燃油进口处喷嘴的堵塞等；第二调压阀20-2和第二流量控制阀20-3根据微型燃气轮机50的工作状态将燃油按照预定的压力和流量输送到燃气轮机50的燃油进口。燃油的压力和流量的具体取值根据微型燃气轮机50的功率以及喷嘴的技术参数确定。

进一步地，参见图4，为了缓解喘振，微型燃气轮机50上一般都设置有放气阀55，本实用新型的供油装置可将微型燃气轮机50的放气阀连接到所述压力气源30，利用微型燃气轮机50产生的压力气体为供油装置提供压力气源，这样既简化了结构也减少了能源浪费。

具体地，微型燃气轮机50包括压气机51、透平52、转轴53以及燃烧室54，压气机51、透平52通过转轴53固定连接，燃烧室54设置于压气机51和透平之间，空气进入压气机51后被压缩成高压空气，然后供给燃烧室54与燃油混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平52中膨胀做功，透平52带动做功元件做功或者发电机发电，并同时带动压气机51进行空气压缩。微型燃气轮机50上设置有连接到压气机51的压力气体腔室的放气阀55，微型燃气轮机50的放气阀55连接到所述压力气源30；封闭式油箱10的出油口通过控制阀组20连接到微型燃气轮机50的燃烧室54的燃油进口。

本实用新型还提供一种微型燃气轮机的气动系统，具体参见图5。本实用新型的微型燃气轮机的气动系统包括：微型燃气轮机50(其具体结构如上所述)、上述的供油装置以及相变物质储存箱60，相变物质储存箱60连接到所述压力气源30，压力气源30用于为相变物质储存箱60提供压力，同时，压力气源30连接到微型燃气轮机50的放气阀55，相变物质储存箱60与微型燃气轮机50的燃烧室54连接，用于为燃烧室54注入预定量相变物质。本实用新型的气动系统的气源来自于微型燃气轮机50的压气机51，而该气源能够同时为供油装置和相变物质储存箱60提供压力，结构简单，且能源利用合理，提高了整个燃气轮机的整机热效率。

相变物质具有在一定温度范围内改变其物理状态并提供或者吸收热能的能力。在本实用新型中，相变物质可采用气-液相变物质或固-气相变物质，在固定的空间(在本实用新型中即为燃烧室54)内，相变物质受热达到一定温度后由液态或者固态转化为气态时，燃烧室54内的混合气体的压力大幅增大，而在此相变过程中，相变物质能够从周围的环境(燃烧室54)中吸收大量的热能，从而使得燃烧室54内燃烧产生的高温高压气体相比于现有技术发动机的燃烧室内产生的燃气其压力更高而温度较低的特点，这样在燃气膨胀做功后排出的尾气温度则显著降低，从而减少了能源浪费。具体地，通过控制喷入燃烧室54的相变物质的流量的大小，可以将透平52排出的尾气的温度控制在80℃～200℃之间，进一步优选地，可以将尾气的温度控制在110℃左右。

优选地，为了控制相变物质及燃料的供给速度，在相变物质储存箱60与燃烧室54之间的管道上设置有流量控制装置61。通过调节流量控制装置61的开度可以调节相变物质及燃料供给速度。

本实用新型的微型燃气轮机的气动系统通过利用微型燃气轮机工作时产生的压缩气体来为油箱和水箱提供预定的压力，使得燃油或者相变物质在压缩气体的压力作用下被挤压喷入燃烧室。这样既省去了微型燃气轮机本身必须配备的油泵和气泵，简化了微型燃气轮机的结构，同时利用微型燃气轮机自身产生的压缩气体，省去了驱动油泵和驱动气泵的动力源，节约了能源。尤其在微型燃气轮机应用到移动设备上时，上述结构的优势则更为明显，节约空间又方便安装。

为了满足微型燃气轮机在启动阶段对于燃油和相变物质的需求，可以在压力气源30内预先注入预定压力的压缩空气或者其他压缩气体，待微型燃气轮机启动后，则其自身产生的压缩气体便可满足需求。

进一步地，上述气动系统还可以为其他需要压力气体驱动的部件或者装置提供压力气源。如图5所示，所述压力气源30连接到空气轴承70的进气口，为空气轴承提供压力气体，为了满足空气轴承对压力气体的具体压力的需求，可以在压力气源30与空气轴承70之间设置调压阀和/或电磁开关阀等。其中空气轴承可以是微型燃气轮机50上使用的空气轴承，也可以是使用该微型燃气轮机的设备上的驱动电机或者发电机中使用的空气轴承。

为了满足空气轴承70对压力气体的具体压力的需求，可以在压力气源30与空气轴承70之间设置调压阀。

进一步地，本实用新型的气动系统的压力气源30还可以连接到使用所述微型燃气轮机的设备的空气悬挂装置80、气动升降台等，以为需要压力气体的部件或者装置提供压力气源。

进一步地，如图6所示，所述压力气源30连接到盘式电机90，盘式电机90为一种间隙可调的盘式电机，其具体原理和结构见图7，包括：定子1、转子2和壳体3，壳体3为圆筒状结构，圆筒状的壳体能过对定子的轴向移动起到导向作用，调节稳定。定子1和转子2安装于所述壳体3内，且定子1、转子2和壳体3之间形成有密封气隙4，密封气隙4与外接气源5连接。

提高外接气源5的压力，气体压力克服所述定子1或者所述转子2与壳体3之间的摩擦力以及所述定子1和所述转子2之间的磁力，从而使密封气隙4变大，而减小外接气源5的压力，气体压力小于定子1和转子2之间的磁力，密封气隙4减小。即可通过调节外接气源5的压力的大小，实现了定子1和转子2之间距离的调节，从而改变了通过定子的磁通量的大小。相比于现有技术中通过机械方式，例如铰链、弹簧来调节定子和转子间的距离，本实用新型采用气动的方式来调节定子和转子间的距离，其调节更为稳定和可靠。

本实用新型的电机可以是发电机、电动机或者启发一体式电机中的任意一种，当其为发电机时，通过调节密封气隙4，可实现发电机输出电压的调节，并提高其输出功率的高效率范围；当其为电动机时，通过调节密封气隙4，可提高其输出功率的高效率的范围。具体可参见图9，本实用新型的盘式电机的效率map图，从图中可以明显的看出，在间隙可调的情况下，盘式电机输出功率的高效率范围大幅增加。

具体地，参见图8，定子1包括定子铁芯11、定子绕组12以及定子密封件13，定子铁芯11为圆盘状，且其圆盘面上设置有周向均匀分布的多个凸起的磁极111，磁极设置在所述定子铁芯11的靠近所述转子2的一侧的圆盘面上，定子绕组12缠绕于所述磁极111上，磁极111的朝向转子2的一端形成有阻挡部112，阻挡部112用于阻挡和固定所述定子绕组12；定子密封件13套设于定子铁芯11的外周面和壳体3之间；转子2包括转子铁芯21、永磁体22和转子密封件23，永磁体22与转子铁芯21固定连接，并且位于转子2靠近所述定子1的一侧，转子密封件23套设于转子铁芯21的外周面和壳体3之间。磁极111的阻挡部112与永磁体22之间形成密封气隙4，定子密封件13和转子密封件23从两侧将所述密封气隙4密封，从而防止密封气隙4内的压力气体泄漏，影响密封气隙4的调节。

可选地，密封气隙4的宽度的调节范围为1-4mm。

进一步地，转子铁芯21与转轴连接，工作状态下，转子铁芯21在所述转轴的驱动下旋转，或者转子铁芯21带动所述转轴转动。转子密封件23采用汽封。

由于转子2和转轴或者其他负载连接，为了方便盘式电机的工作，优选地，转子2在盘式电机的轴向方向上固定安装，调节所述密封气隙时，在压力气体的作用下，定子1沿盘式电机的轴向移动，转子2则在轴向方向上保持不动。定子密封13采用往复式动密封，可选用汽封或者橡胶密封圈等。

进一步地，壳体3对应密封气隙4的侧壁上设置有通气孔6，外接气源5连接到通气孔6。

进一步地，外接气源5可以是气泵、压力气罐、各种类型的压气机等。

当本实用新型的间隙可调的盘式电机应用在燃气轮机作为发动机提供动力的场合时，外接气源5可以使用燃气轮机的压气机扩压器出口处的压力气体或者燃气轮机放气阀处的压力气体，从而省去了单独的外接气源，简化了整机的结构，节约能源。

进一步地，在通气孔6和外接气源5之间设置有流量控制阀501，通过流量控制阀501开度的调节可以控制调节密封气隙4的大小的速度，进而控制电机调速的响应速度。

进一步地，壳体3上还设置有连接密封气隙4与外界大气的排气管道，排气管道上设置有泄压阀，该泄压阀用于控制所述密封气隙4内气压的大小，并且通过该泄压阀能够将密封气隙4内的高温气体排到外界大气，从而保证密封气隙4内的气体温度不会太高，以免影响电机的正常工作。

进一步地，盘式电机设置有控制器(图中未示出)，在密封气隙4内可设置压力传感器，以及时检测密封气隙4内的气体压力并反馈到控制器，控制器根据盘式电机的运行需求对流量控制阀及泄压阀进行主动控制。

可选地，定子1上也可设置有位移传感器，以及时检测定子1的移动位移量，并将位移数据反馈到控制器，控制器根据盘式电机的运行需求对流量控制阀及泄压阀进行主动控制。

可选地，为了简化控制过程，提高调速效率，可以将气源的压力值设定为多个常用的数值，因为不同的压力值会对应不同宽度的密封气隙4，进而对应了不同的电机转速。这样可以通过选择外接气源的压力值而实现电机速度的选择，操作简单方便，效率高。

进一步地，本实用新型还提供一种增程式电动汽车，该增程式电动汽车使用微型燃气轮机发电机组作为增程器，微型燃气轮机发电机组的发电机采用本实用新型的间隙可调的盘式电机。

进一步地，该增程式电动汽车的驱动电机使用本实用新型的间隙可调的盘式电机。

通过调节驱动电机的密封气隙4，可实现驱动电机的无极调速，同时也提高了驱动电机高效率调速的范围，即提高了驱动电机的整体效率。该增程式电动汽车省略了变速器，整车结构更加简单。

对于电动机而言，当定子和转子之间的气隙变小时，绕组磁通量变大，电动机在低速段具有较高的效率，当气隙变大时，绕组磁通量变小，电动机在高速段具有较高的效率；同理，对于发电机而言，当定子和转子之间的气隙变小时，绕组磁通量变大，发电机在低速段具有较高的电压，当气隙变大时，绕组磁通量变小，发电机在高速段具有较大的效率。

进一步地，该增程式电动汽车的发电机和/或驱动电机的外接气源可直接使用所述微型燃气轮机的压气机排气口处的压缩气体。

综上所述，本实用新型提供了一种供油装置及燃气轮机的气动系统，该供油装置包括封闭式油箱、控制阀组、压力气源和调节装置；所述封闭式油箱的出油口通过控制阀组连接到微型燃气轮机的燃油进口，封闭式油箱的压力气体入口通过调节装置连接到压力气源。该气动系统包括该供油装置，并利用自身的压力气体为供油装置提供压力气源。该供油装置通过调节装置调节压力气源的压力来挤出燃油，并通过控制阀组精确调节油箱的供油量，使供油装置持续、稳定并可调的供给燃油。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种供油装置，其特征在于，包括封闭式油箱(10)、控制阀组(20)、压力气源(30)和调节装置(40)；

所述封闭式油箱(10)的出油口通过控制阀组(20)连接到微型燃气轮机(50)的燃油进口，封闭式油箱(10)的压力气体入口通过调节装置(40)连接到压力气源(30)。

2.如权利要求1所述的供油装置，其特征在于，所述调节装置(40)包括依次连接的第一温控器(41)、第一调压阀(42)和第一流量控制阀(43)；

所述第一温控器(41)包括测温装置(411)和冷却装置(412)。

3.如权利要求1所述的供油装置，其特征在于，所述调节装置(40)还包括旁通阀(44)。

4.如权利要求1所述的供油装置，其特征在于，所述控制阀组(20)包括依次连接的过滤器(20-1)、第二调压阀(20-2)和第二流量控制阀(20-3)。

5.如权利要求1所述的供油装置，其特征在于，所述压力气源(30)连接至微型燃气轮机(50)的放气阀。

6.一种微型燃气轮机的气动系统，其特征在于，包括：微型燃气轮机(50)、如权利要求1-5任一项所述的供油装置以及相变物质储存箱(60)；

所述微型燃气轮机(50)包括压气机(51)、透平(52)、转轴(53)以及燃烧室(54)，压气机(51)、透平(52)通过转轴(53)固定连接，燃烧室(54)设置于压气机(51)和透平(52)之间；

所述相变物质储存箱(60)连接到所述压力气源(30)，压力气源(30)连接到微型燃气轮机(50)的放气阀(55)，相变物质储存箱(60)与微型燃气轮机(50)的燃烧室(54)连接。

7.如权利要求6所述的微型燃气轮机的气动系统，其特征在于，在相变物质储存箱(60)与燃烧室(54)之间的管道上设置有流量控制装置(61)。

8.如权利要求6所述的微型燃气轮机的气动系统，其特征在于，所述压力气源(30)连接到空气轴承(70)的进气口；

所述空气轴承是微型燃气轮机(50)上的空气轴承，或者是该微型燃气轮机的驱动电机或发电机上的空气轴承。

9.如权利要求8所述的微型燃气轮机的气动系统，其特征在于，所述压力气源(30)与空气轴承(70)之间设置调压阀和/或电磁开关阀。

10.如权利要求6所述的微型燃气轮机的气动系统，其特征在于，所述压力气源(30)连接到使用所述微型燃气轮机的设备的空气悬挂装置(80)或气动升降台。