專利名稱：耦合動力智能式冷熱電聯供系統及聯供方法
技術領域：
本發明涉及一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統及聯供方法。
背景技術：
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冷熱電聯供系統作為一種分布式能源供應系統，受到越來越廣泛的重視。它具有適應性強、體積小、重量輕、可控性好的優點，可以滿足冷、熱、電供能要求，在邊防哨所、海島、艦船、海洋平臺，飛機、坦 克與車載輔助動力及環控系統，小型樓宇、野戰部隊營房、旅行房車及別墅的冷熱電聯供系統，冰雪、地震自然災害的應急能源站等軍民兩用能源動力領域都具有良好的應用空間和推廣前景。因此，有必要開發適應上述需求的功能性智能性強、能滿足多種供能需求、輕便耐用的多功能供能系統。冷熱電功能系統的關鍵在于供冷、供熱和供電的實現手段，以及其集成和控制方式。現有的冷熱電供能系統，其動力裝置主要有電瓶、燃氣內燃機、燃料電池和燃氣輪機幾種形式。其中，電瓶功率重量比低，不僅需要高品位的電能，而且輸出功率也有限制，且需要定期更換電瓶；燃氣內燃機系統在國內屬于技術空白，且存在體積重量大，噪音大、性能差的缺點；燃料電池尚處于研發階段，技術不夠成熟；
相比之下，燃氣輪機具有體積小、重量輕、功率重量比高的優點，并且可以使用燃油燃氣等多種形式的一次能源，經濟性好，十分適合作為供能系統的動力主機。冷熱電供能系統的制冷供熱系統，主要包括兩種形式:燃氣輪機發電一余熱回收裝置供熱/蒸汽吸收式制冷；燃氣輪機發電一余熱/直燃溴化鋰吸收式制冷/制熱。前一種形式的供能是通過燃料先在燃氣輪機中燃燒發電，燃氣輪機高溫排氣進入余熱回收裝置，回收余熱生成蒸汽或高溫熱水利用。后一種形式是燃氣輪機發電后，所排煙氣中的余熱直接通過余熱/直燃溴化鋰吸收式冷熱水機轉換利用。顯然，由于溴化鋰吸收式制冷機本身結構與容量限制，因此適用于中大功率型式的冷熱電三聯供的負荷情況。投資維護成本高，體積重量大，結構復雜，集成性差。現有一些制冷系統大多采用壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥和循環風機等組成的壓縮制冷，并且要使用制冷劑進行循環，結構復雜，制造成本高，并且使用含氟制冷劑也不符合環保要求。因此，采用空氣作為制冷劑的高速渦輪膨脹制冷系統，也是環保高效制冷系統的一個發展趨勢。對于適應于冷熱電供能系統的高速發電機(電動機)，國外的發展趨勢是目前綜合集成了無油支承技術、永磁電動機/發電機一體化技術、電力電子技術以及高速轉子動力學等核心技術所構成的高速永磁變頻發電機(電動機)。綜合以上技術背景和使用需求，本專利有效集成了燃氣輪機、高速渦輪膨脹制冷機、永磁變頻發電機(電動機)等多項關鍵技術，形成了耦合型智能式冷熱電供能系統。發明內容:
本發明的目的是提供一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統及聯供方法，具有體積小、重量輕、集成性好、可控性強等特點。
上述的目的通過以下的技術方案實現:
一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其組成包括:燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器，帶有水套的空氣預熱器，所述的空氣預熱器與壓氣機入口分流器連接，所述的壓氣機入口分流器分別與供冷系統壓氣機、燃氣輪機壓氣機連接，所述的供冷系統壓氣機通過流量分配閥與供冷系統換熱器連接，所述的燃氣輪機壓氣機通過所述的流量分配閥與帶有水套的回熱器連接。所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的供冷系統換熱器與供冷系統冷渦輪連接，回冷器與所述的供冷系統冷渦輪連接，所述的供冷系統冷渦輪與永磁磁力耦合聯軸器A連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器A與耦合變頻電動機連接，所述的耦合變頻電動機與永磁磁力耦合聯軸器B連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器B與所述的供冷系統壓氣機連接。所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的回熱器與燃燒室連接，所述的燃燒室通過蒸汽發生系統的射流降溫增壓器與燃氣輪機渦輪連接，所述的燃氣輪機渦輪與永磁磁力耦合聯軸器D連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器D與耦合變頻發電機連接，所述的耦合變頻發電機與永磁磁力耦合聯軸器C連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器C與所述的燃氣輪機壓氣機連接。 所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的回熱器與供熱系統換熱器連接，所述的供熱系統換熱器與所述的空氣預熱器連接，所述的空氣預熱器的水套通過水泵B與水箱連接，所述的水箱與水泵A連接，所述的水泵A與所述的供冷系統換熱器連接，所述的供冷系統換熱器與所述的燃氣輪機渦輪的水套連接，所述的燃氣輪機渦輪的水套與所述的燃燒室的水套連接，所述的燃燒室的水套與汽包連接，所述的汽包分別與所述的回熱器的水套、所述的射流降溫增壓器連接，所述的回熱器的水套與所述的供熱系統換熱器的水套連接，所述的供熱系統換熱器的水套與所述的空氣預熱器的水套連接。所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的永磁磁力耦合聯軸器包括導體轉子、永磁體轉子，所述的導體轉子與電機軸連接，所述的永磁體轉子與負載軸連接，所述的永磁磁力稱合聯軸器通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的導體轉子、所述的永磁體轉子的結構采用氣體潤滑軸承作為潤滑支撐形式，在所述的燃氣輪機壓氣機、供冷系統壓氣機、供冷系統冷渦輪或所述的燃氣輪機渦輪的葉輪兩端設置軸承支撐位置，在所述的耦合變頻發電機轉子的兩端和所述的耦合變頻電動機的兩端設置軸承支撐位置；所述的氣體潤滑軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結構。一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統方法，空氣預熱器出口連接壓氣機入口分流器，經過分流的空氣分別進入供冷系統壓氣機和燃氣輪機壓氣機，供冷系統的壓氣機出口連接流量分配閥，經過分配閥后的空氣一部分流向供冷系統換熱器，經過回冷器后進入供冷系統渦輪，在其中膨脹做功后，一部分直接排出作為低溫冷源，另一部分經過回冷器升溫后，作為中高溫冷源，并可為永磁磁力耦合聯軸器、軸承、密封等結構件進行冷卻，經過燃機系統壓氣機的空氣，通過燃機系統的回熱器，在燃燒室中和燃料摻混燃燒成為燃氣，再經過射流降溫增壓器進入燃氣輪機渦輪，燃機渦輪出口的燃氣經過回熱器、換熱器和空氣預熱器之后排出；
循環水從水箱中抽出，經過供冷系統換熱器加溫后，先后通過燃機渦輪外的水套和燃燒室的水套后，進入汽包。在其中一部分水經過回熱器水套、換熱器水套和空氣預熱器水套后回到水箱，完成循環，另一部分經過汽包加熱成為蒸汽，并通過射流降溫增壓器而進入燃氣輪機渦輪。一種所述的耦合型智能式冷熱電供能系統的供電方法，燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器安裝固定，燃機熱渦輪驅動耦合變頻發電機發電，在燃機熱渦輪中做功后的燃氣經過回熱器、換熱器，作為熱源；同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機旋轉工作；耦合變頻電動機驅動供冷系統壓氣機，壓氣機產生的高壓空氣驅動供冷系統冷渦輪，供冷系統冷渦輪通過聯軸器驅動電動機，壓縮空氣在供冷系統渦輪中膨脹做功后，氣體溫度降低可作為冷源；
循環水和蒸汽發生裝置一方面是完成回熱器、換熱器、預熱器、燃機熱渦輪水套、燃燒室水套的循環水冷卻和熱能回收利用，另一方面在汽包中產生蒸汽，蒸汽通過射流降溫增壓器進入燃氣輪機熱渦輪，與燃氣混合后形成高溫高濕燃氣，從而在燃氣輪機內實現濕空氣透平循環(HAT循環)；
流量分配閥根據供能需求，對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行智能化的調整，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，智能化的控制供能的配比和分配情況；基于熱電聯供和冷電聯供部件功能和結構系統集成，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，實現冷熱電負荷匹配的多模式、多工況、智能化的控制；
燃氣輪機渦輪軸和 燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻電機轉軸連接；實現了在驅動和被驅動側的無機械鏈接，這種磁力動力傳動方式可通過調節永磁體和導體之間的間隙，控制傳遞的轉矩，從而實現傳動負載的智能調節。有益效果:
1.本發明燃機渦輪驅動耦合變頻發電機發電，在燃機渦輪中做功后的燃氣經過回熱器、換熱器，可作為熱源。同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機旋轉工作。循環水和蒸汽發生系統提供了系統冷卻循環水，并將一部分循環水經過汽包加熱成為蒸汽，蒸汽經過射流降溫增壓器后，其壓力會升高，提高工質的做功能力。蒸汽進入燃氣輪機熱渦輪，與燃氣混合后形成高溫高濕燃氣，從而在燃氣輪機內實現濕空氣透平循環(HAT循環)，有效集成了燃氣輪機、永磁變頻發電機等多項關鍵技術，形成了耦合型智能式熱電供能系統。2.本發明循環水和蒸汽發生裝置一方面是完成回熱器、換熱器、預熱器、燃機熱渦輪水套、燃燒室水套的循環水冷卻和熱能回收利用，另一方面在汽包中產生蒸汽，蒸汽通過射流降溫增壓器進入燃氣輪機熱渦輪，與燃氣混合后形成高溫高濕燃氣，從而在燃氣輪機內實現濕空氣透平循環(HAT循環)，此技術方法可提高燃機熱能利用效率，實現熱量的梯級利用，有效降低NOx等污染物的排放。
3.本發明的流量分配閥可以根據供能需求，對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行智能化的調整。根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，可以智能化的控制供能的配比和分配情況。4.本發明的燃氣輪機渦輪軸和燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻電機轉軸連接。實現了在驅動和被驅動側的無機械鏈接，這種磁力動力傳動方式可通過調節永磁體和導體之間的間隙，控制傳遞的轉矩，從而實現傳動負載的智能調節。5.本發明提供的耦合動力智能式冷熱電聯供系統實現了冷熱電供能的集成，突破了國內冷熱電功能系統耦合集成化的技術瓶頸，具有適應性強、體積小、重量輕、可控性好等優點，可廣泛應用于交通車輛、小型船舶、野外作業及其他具有環境控制和供能需求的制冷、制熱及供電，具有良好的經濟性和社會效益。6.本發明的流量分配閥可以根據供能需求，對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行智能化的調整，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，可以實現冷熱電負荷匹配的多模式、多工況、智能化的控制。
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附圖1是本發明的結構示意圖。圖中，I為空氣預熱器，2為壓氣機入口分流器，3為供冷系統壓氣機，4為燃氣輪機 壓氣機，5為流量分配閥，6為供冷系統換熱器，7為回冷器，8為供冷系統冷渦輪，9為永磁磁力耦合聯軸器A，10為耦合變頻電動機，11為水箱，12為水泵A，13為燃氣輪機熱渦輪，14為射流降溫增壓器，15為燃燒室，16為汽包，17為帶有水套的回熱器，18為稱合變頻發電機，19為供熱系統換熱器,25為水套,26為永磁磁力稱合聯軸器B, 27為永磁磁力稱合聯軸器C, 28為永磁磁力稱合聯軸器D, 29為水泵B。附圖2是本發明永磁磁力稱合聯軸器的原理圖。圖中，20為電機軸,21為導體轉子,22為永磁體轉子,23為負載軸。附圖3是燃機發電和熱能利用系統組成圖。圖中，24為軸承。附圖4是供冷系統組成圖。
具體實施方式
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實施例1:
一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其組成包括:帶有水套25的空氣預熱器1，所述的空氣預熱器與壓氣機入口分流器2連接，所述的壓氣機入口分流器分別與供冷系統壓氣機3、燃氣輪機壓氣機4連接，所述的供冷系統壓氣機通過流量分配閥5與供冷系統換熱器6連接，所述的燃氣輪機壓氣機通過所述的流量分配閥與帶有水套的回熱器17連接。實施例2:
根據實施例1所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的供冷系統換熱器與供冷系統冷渦輪8連接，回冷器7與所述的供冷系統冷渦輪連接，所述的供冷系統冷渦輪與永磁磁力耦合聯軸器A9連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器A9與耦合變頻電動機10連接，所述的率禹合變頻電動機與永磁磁力稱合聯軸器B26連接,所述的永磁磁力稱合聯軸器B26與所述的供冷系統壓氣機連接。實施例3:
根據實施例1或2所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的回熱器與燃燒室15連接，所述的燃燒室通過蒸汽發生系統的射流降溫增壓器14與燃氣輪機渦輪13連接，所述的燃氣輪機潤輪與永磁磁力稱合聯軸器D28連接,所述的永磁磁力稱合聯軸器D28與I禹合變頻發電機18連接，所述的耦合變頻發電機與永磁磁力耦合聯軸器C27連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器C27與所述的燃氣輪機壓氣機連接。實施例4:
根據實施例1或2或3所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的回熱器與供熱系統換熱器19連接，所述的供熱系統換熱器與所述的空氣預熱器連接，所述的空氣預熱器的水套通過水泵B29與水箱11連接，所述的水箱與水泵A連接，所述的水泵A12與所述的供冷系統換熱器連接，所述的供冷系統換熱器與所述的燃氣輪機渦輪的水套連接，所述的燃氣輪機渦輪的水套與所述的燃燒室的水套連接，所述的燃燒室的水套與汽包16連接，所述的汽包分別與所述的回熱器的水套、所述的射流降溫增壓器連接，所述的回熱器的水套與所述的供熱系統換熱器的水套連接，所述的供熱系統換熱器的水套與所述的空氣預熱器的水套連接。實施例5:
根據實施例1或2或3或4所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的永磁磁力耦合聯軸器包括導體轉子21、永磁體轉子22，所述的導體轉子與電機軸20連接，所述的永磁體轉子與負載軸23連接,所述的永磁磁力稱合聯軸器通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。實施例6:
根據實施例1或2或3或4或5所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，所述的導體轉子、所述的永磁體轉子的結構采用氣體潤滑軸承24作為潤滑支撐形式，在所述的燃氣輪機壓氣機、供冷系統壓氣機、供冷 系統冷渦輪或所述的燃氣輪機渦輪的葉輪兩端設置軸承支撐位置，在所述的耦合變頻發電機轉子的兩端和所述的耦合變頻電動機的兩端設置軸承支撐位置；所述的氣體潤滑軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結構。其中燃氣輪機和耦合變頻發電機的轉子結構采用氣體潤滑軸承作為潤滑支撐形式，在壓氣機或渦輪的葉輪兩端設置軸承支撐位置，在耦合變頻發電機轉子的兩端設置軸承支撐位置；氣體軸承可以采用靜壓、動壓和動靜壓混合結構的三種形式。實施例7:
上述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，包括有:
燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、流量分配閥和永磁磁力耦合聯軸器等組成。主要結構為:
空氣預熱器出口連接壓氣機入口分流器，經過分流的空氣分別進入供冷系統壓氣機和燃氣輪機壓氣機。供冷系統的壓氣機出口連接流量分配閥，經過分配閥后的空氣一部分流向供冷系統換熱器，經過回冷器后進入供冷系統渦輪，在其中膨脹做功后，一部分直接排出作為低溫冷源，另一部分經過回冷器升溫后，作為中高溫冷源，并可為永磁磁力耦合聯軸器、軸承、密封等結構件進行冷卻。經過燃機系統壓氣機的空氣，通過燃機系統的回熱器，在燃燒室中和燃料摻混燃燒成為燃氣，再經過射流降溫增壓器進入燃氣輪機渦輪。燃機渦輪出口的燃氣經過回熱器、換熱器和空氣預熱器之后排出。所述的耦合型智能式冷熱電供能系統，其中燃氣輪機、空氣渦輪膨脹制冷機、耦合變頻電動機和耦合變頻發電機的轉子結構采用氣體潤滑軸承作為潤滑支撐形式，在壓氣機或渦輪的葉輪兩端設置軸承支撐位置，在耦合變頻發電機或電動機轉子的兩端設置軸承支撐位置；氣體軸承可以采用靜壓、動壓和動靜壓混合結構的三種形式。所述的耦合型智能式冷熱電供能系統，其中燃氣輪機渦輪軸和燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻發電機轉軸連接。在燃氣輪機-耦合變頻發電機系統中，燃機渦輪驅動耦合變頻發電機發電，同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機旋轉工作。在空氣渦輪膨脹供冷-耦合變頻電動機系統中，耦合變頻電動機驅動供冷系統壓氣機，壓氣機產生的高壓空氣驅動供冷系統渦輪，供冷系統渦輪通過聯軸器驅動電動機。所述的耦合型智能式冷熱電供能系統，其循環水和蒸汽發生系統主要包括水箱、水泵、汽包、射流降溫增壓器和各部件外的水套等組成。循環水從水箱中抽出，經過供冷系統換熱器加溫后，先后通過燃機渦輪外的水套和燃燒室的水套后，進入汽包。在其中一部分水經過回熱器水套、換熱器水套和空氣預熱器水套后回到水箱，完成循環。另一部分經過汽包加熱成為蒸汽，并通過射流降溫增壓器而進入燃氣輪機渦輪。汽包的底部設置有排污口，用于將加熱后水中產生的水垢等污物排出。對燃氣輪機的燃料消耗量進行控制，從而實現燃氣輪機的轉速和空氣流量的調整，來改變燃氣輪機的輸出功率，以滿足發電機發電和供熱負載的變化。流量分配·閥可以對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行自動化的調整。在供冷系統中，控制供冷系統渦輪的流量和轉速，改變渦輪膨脹后的排氣溫度，適應不同的制冷需求。在燃機系統中，調節燃氣輪機的空氣流量，調整輸出功率，從而可以根據供熱-發電的負載變化情況，智能化的控制供能的配比和分配情況。回冷器、空氣預熱器、供熱系統換熱器和回熱器均帶有水套，可以通過調節水泵工作狀態，改變循環水流量來調節熱量交換情況，從而實現供冷和供熱的智能化調節。燃氣輪機渦輪軸和燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻發電機轉軸連接。在燃氣輪機-耦合變頻發電機系統中，燃機渦輪驅動耦合變頻發電機發電，同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機4旋轉工作。在供冷系統中，耦合變頻電動機驅動供冷系統壓氣機，壓氣機產生的高壓空氣驅動供冷系統渦輪，供冷系統冷渦輪通過永磁磁力耦合聯軸器驅動耦合變頻電動機。永磁磁力耦合聯軸器是通過導體和永磁體之間的磁力耦合作用實現由電動機(發電機)到負載的轉矩傳輸，從而實現了在驅動和被驅動側的無機械鏈接。其工作原理是電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的調節。這種聯軸器解決了負載系統的對中、軟啟動、減震、調速、及過載保護等問題，并且使永磁磁力驅動的傳動效率大大提高，可達到98.5%。磁力傳動具有傳動效率高、振動小、節能環保的優點，不僅可以減少維護費用，增加設備過程的實用性，還可改善系統的穩定性，降低使用成本。燃氣輪機、發電機(電動機)和空氣渦輪膨脹制冷機采用氣體潤滑軸承，不需要潤滑油系統；燃氣輪機-發電機系統和膨脹機-電動機系統設計成一體化結構形式，整臺機組的尺寸顯著減小，重量減輕。
實施例8:
一種耦合動力智能式冷熱電聯供方法，空氣預熱器出口連接壓氣機入口分流器，經過分流的空氣分別進入供冷系統壓氣機和燃氣輪機壓氣機，供冷系統的壓氣機出口連接流量分配閥，經過分配閥后的空氣一部分流向供冷系統換熱器，經過回冷器后進入供冷系統渦輪，在其中膨脹做功后，一部分直接排出作為低溫冷源，另一部分經過回冷器升溫后，作為中高溫冷源，并可為永磁磁力耦合聯軸器、軸承、密封等結構件進行冷卻。經過燃機系統壓氣機的空氣，通過燃機系統的回熱器，在燃燒室中和燃料摻混燃燒成為燃氣，再經過射流降溫增壓器進入燃氣輪機渦輪。燃機渦輪出口的燃氣經過回熱器、換熱器和空氣預熱器之后排出；
循環水從水箱中抽出，經過供冷系統換熱器加溫后，先后通過燃機渦輪外的水套和燃燒室的水套后，進入汽包。在其中一部分水經過回熱器水套、換熱器水套和空氣預熱器水套后回到水箱，完成循環。另一部分經過汽包加熱成為蒸汽，并通過射流降溫增壓器而進入燃氣輪機渦輪。實施例9:
實施例8所述的耦合動力智能式冷熱電聯供方法，由燃氣輪機與耦合變頻發電機系統集成為發電和熱能利用(供熱)系統，燃氣輪機驅動發電機發電，燃機系統余熱可以供熱；空氣渦輪膨脹供冷和耦合變頻電動機系統集成為供冷系統，空氣渦輪膨脹機提供制冷；循環水和蒸汽發生裝置為整個供能系統提供冷卻換熱所需循環水，并為燃機系統的濕空氣循環提供熱蒸汽。實施例10:
耦合型智能式冷熱電供能系統的供電方法，燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機 循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器安裝固定，燃機熱渦輪驅動耦合變頻發電機發電，在燃機熱渦輪中做功后的燃氣經過回熱器、換熱器，作為熱源；同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機旋轉工作；耦合變頻電動機驅動供冷系統壓氣機，壓氣機產生的高壓空氣驅動供冷系統冷渦輪，供冷系統冷渦輪通過聯軸器驅動電動機，壓縮空氣在供冷系統渦輪中膨脹做功后，氣體溫度降低可作為冷源；
循環水和蒸汽發生裝置一方面是完成回熱器、換熱器、預熱器、燃機熱渦輪水套、燃燒室水套的循環水冷卻和熱能回收利用，另一方面在汽包中產生蒸汽，蒸汽通過射流降溫增壓器進入燃氣輪機熱渦輪，與燃氣混合后形成高溫高濕燃氣，從而在燃氣輪機內實現濕空氣透平循環(HAT循環)；
流量分配閥根據供能需求，對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行智能化的調整，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，智能化的控制供能的配比和分配情況；基于熱電聯供和冷電聯供部件功能和結構系統集成，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，實現冷熱電負荷匹配的多模式、多工況、智能化的控制；
燃氣輪機渦輪軸和燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻電機轉軸連接；實現了在驅動和被驅動側的無機械鏈接，這種磁力動力傳動方式可通過調節永磁體和導體之間的間隙，控制傳遞的轉矩，從而實現傳動負載的智能調節。
權利要求
1.一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其組成包括:燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器，帶有水套的空氣預熱器，其特征是:所述的空氣預熱器與壓氣機入口分流器連接，所述的壓氣機入口分流器分別與供冷系統壓氣機、燃氣輪機壓氣機連接，所述的供冷系統壓氣機通過流量分配閥與供冷系統換熱器連接，所述的燃氣輪機壓氣機通過所述的流量分配閥與帶有水套的回熱器連接。
2.根據權利要求1所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其特征是:所述的供冷系統換熱器與供冷系統冷渦輪連接，回冷器與所述的供冷系統冷渦輪連接，所述的供冷系統冷渦輪與永磁磁力耦合聯軸器A連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器A與耦合變頻電動機連接，所述的耦合變頻電動機與永磁磁力耦合聯軸器B連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器B與所述的供冷系統壓氣機連接。
3.根據權利要求1所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其特征是:所述的回熱器與燃燒室連接，所述的燃燒室通過蒸汽發生系統的射流降溫增壓器與燃氣輪機渦輪連接，所述的燃氣輪機渦輪與永磁磁力耦合聯軸器D連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器D與耦合變頻發電機連接，所述的耦合變頻發電機與永磁磁力耦合聯軸器C連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器C與所述的燃氣輪機壓氣機連接。
4.根據權利要求1或2或3所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其特征是:所述的回熱器與供熱系統換熱器連接，所述的供熱 系統換熱器與所述的空氣預熱器連接，所述的空氣預熱器的水套通過水泵B與水箱連接，所述的水箱與水泵A連接，所述的水泵A與所述的供冷系統換熱器連接，所述的供冷系統換熱器與所述的燃氣輪機渦輪的水套連接，所述的燃氣輪機渦輪的水套與所述的燃燒室的水套連接，所述的燃燒室的水套與汽包連接，所述的汽包分別與所述的回熱器的水套、所述的射流降溫增壓器連接，所述的回熱器的水套與所述的供熱系統換熱器的水套連接，所述的供熱系統換熱器的水套與所述的空氣預熱器的水套連接。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其特征是:所述的永磁磁力耦合聯軸器包括導體轉子、永磁體轉子，所述的導體轉子與電機軸連接，所述的永磁體轉子與負載軸連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的耦合動力智能式冷熱電聯供系統，其特征是:所述的導體轉子、所述的永磁體轉子的結構采用氣體潤滑軸承作為潤滑支撐形式，在所述的燃氣輪機壓氣機、供冷系統壓氣機、供冷系統冷渦輪或所述的燃氣輪機渦輪的葉輪兩端設置軸承支撐位置，在所述的耦合變頻發電機轉子的兩端和所述的耦合變頻電動機的兩端設置軸承支撐位置；所述的氣體潤滑軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結構。
7.一種耦合動力智能式冷熱電聯供系統方法，其特征是:空氣預熱器出口連接壓氣機入口分流器，經過分流的空氣分別進入供冷系統壓氣機和燃氣輪機壓氣機，供冷系統的壓氣機出口連接流量分配閥，經過分配閥后的空氣一部分流向供冷系統換熱器，經過回冷器后進入供冷系統渦輪，在其中膨脹做功后，一部分直接排出作為低溫冷源，另一部分經過回冷器升溫后，作為中高溫冷源，并可為永磁磁力耦合聯軸器、軸承、密封等結構件進行冷卻，經過燃機系統壓氣機的空氣，通過燃機系統的回熱器，在燃燒室中和燃料摻混燃燒成為燃氣，再經過射流降溫增壓器進入燃氣輪機渦輪，燃機渦輪出口的燃氣經過回熱器、換熱器和空氣預熱器之后排出； 循環水從水箱中抽出，經過供冷系統換熱器加溫后，先后通過燃機渦輪外的水套和燃燒室的水套后，進入汽包， 在其中一部分水經過回熱器水套、換熱器水套和空氣預熱器水套后回到水箱，完成循環，另一部分經過汽包加熱成為蒸汽，并通過射流降溫增壓器而進入燃氣輪機渦輪。
8.一種所述的耦合型智能式冷熱電供能系統的供電方法，其特征是:燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器安裝固定，燃機熱渦輪驅動耦合變頻發電機發電，在燃機熱渦輪中做功后的燃氣經過回熱器、換熱器，作為熱源；同時，發電機主軸旋轉驅動燃機系統壓氣機旋轉工作；耦合變頻電動機驅動供冷系統壓氣機，壓氣機產生的高壓空氣驅動供冷系統冷渦輪，供冷系統冷渦輪通過聯軸器驅動電動機，壓縮空氣在供冷系統渦輪中膨脹做功后，氣體溫度降低可作為冷源； 循環水和蒸汽發生裝置一方面是完成回熱器、換熱器、預熱器、燃機熱渦輪水套、燃燒室水套的循環水冷卻和熱能回收利用，另一方面在汽包中產生蒸汽，蒸汽通過射流降溫增壓器進入燃氣輪機熱渦輪，與燃氣混合后形成高溫高濕燃氣，從而在燃氣輪機內實現濕空氣透平循環(HAT循環)； 流量分配閥根據供能需求，對輸入供冷系統冷渦輪和燃機熱渦輪的空氣流量進行智能化的調整，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，智能化的控制供能的配比和分配情況；基于熱電聯供和冷電聯供部件功能和結構系統集成，根據供能-發電的負載變化情況，通過控制供冷系統渦輪的流量和轉速和調節燃氣輪機的空氣流量，實現冷熱電負荷匹配的多模式、多工況、智能化的控制； 燃氣輪機渦輪軸和燃氣輪機壓氣機軸分別通過永磁磁力耦合聯軸器與耦合變頻電機轉軸連接；實現了在驅動和被驅動側的無機械鏈接，這種磁力動力傳動方式可通過調節永磁體和導體之間的間隙，控制傳遞的轉矩，從而實現傳動負載的智能調節。
全文摘要
耦合動力智能式冷熱電聯供系統及聯供方法。現有的冷熱電供能系統，其動力裝置主要有電瓶、燃氣內燃機等形式。電瓶功率重量比低，不僅需要高品位的電能，而且輸出功率也有限制，且需要定期更換電瓶。本發明的組成包括帶有水套(25)的空氣預熱器(1)，燃氣輪機、空氣渦輪膨脹供冷機、耦合變頻發電機、耦合變頻電動機、循環水和蒸汽發生裝置、永磁磁力耦合聯軸器，所述的空氣預熱器與壓氣機入口分流器(2)連接，所述的壓氣機入口分流器分別與供冷系統壓氣機(3)、燃氣輪機壓氣機(4)連接，所述的供冷系統壓氣機通過流量分配閥(5)與供冷系統換熱器(6)連接，所述的燃氣輪機壓氣機通過所述的流量分配閥與帶有水套的回熱器(17)連接。本發明用于耦合動力智能式冷熱電聯供。
文檔編號F02C6/18GK103216334SQ20131014992
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者楊金福, 佟憲良, 韓東江, 邱敬樂, 黃鍇, 陳策 申請人:哈爾濱耦合動力工程技術中心有限公司