一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，包括：空濾器，壓氣機，渦輪，中冷器，電機，內(nèi)燃機，燃燒室，換熱器、第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥，電控裝置；壓氣機、渦輪和電機三者同軸連接，第一切換閥分別與壓氣機出口、換熱器冷端進口和中冷器進口連接，燃燒室進口與換熱器冷端出口連接，第二切換閥分別與燃燒室出口、渦輪進口和內(nèi)燃機排氣管出口連接，第三切換閥分別與渦輪出口、大氣和換熱器熱端進口連接，換熱器熱端出口與大氣連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，高效、環(huán)保，可分別進行內(nèi)燃機渦輪增壓和燃氣發(fā)電兩種工作模式，以滿足對軍民用領(lǐng)域動力機械功能多樣化的需要。
【專利說明】一種集成式潤輪增壓_燃氣發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱力發(fā)動機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們節(jié)能意識的逐漸增強以及制定排放法規(guī)的日益嚴格，內(nèi)燃機增壓技術(shù)越來越受到重視。在各種增壓方式中，廢氣渦輪增壓由于利用了發(fā)動機廢氣中的能量，提高了發(fā)動機的經(jīng)濟性，被人們廣泛地應(yīng)用。然而廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機存在起動和加速時瞬態(tài)響應(yīng)性差以及高速、高負荷下渦輪增壓器會發(fā)生超速的缺點。
[0003]在軍用領(lǐng)域的特種車輛中，往往配置輔機電站對車內(nèi)的電網(wǎng)供應(yīng)直流電，確保某些武器裝備在主發(fā)動機不工作時能夠正常工作，以及主機較快地起動并投入戰(zhàn)斗狀態(tài)。傳統(tǒng)做法是采用主機低速工作帶動電機發(fā)電，以便對車內(nèi)設(shè)備和空調(diào)進行供電。但由于主機運行在工況十分惡劣的低負荷工況點，長時間工作會造成主機運動部件的磨損，同時由于車輛的噪聲和輻射發(fā)光，容易暴露目標(biāo)。因此，大大降低了主機的可靠性和使用壽命，同時也不符合戰(zhàn)術(shù)要求。另外，在民用領(lǐng)域，如船舶航運、野外勘探和隧道施工等工程中也需要輔機電站提供電能，但是用來滿足系統(tǒng)作業(yè)要求而單獨配置的發(fā)電機組結(jié)構(gòu)尺寸大，占用了車輛和船舶的部分空間，減少了貨容，增加了燃油的消耗，使得維護和運營成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了 一種帶有單獨燃燒室和廢熱回收裝置的集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)燃機工作時，系統(tǒng)處于廢氣渦輪增壓工況。尤其當(dāng)內(nèi)燃機在起動和加速時，通過電機輔助驅(qū)動壓氣機，快速提高進氣壓力，增加進入氣缸的空氣量；在內(nèi)燃機處于高速大負荷時，渦輪的一部分能量通過電機轉(zhuǎn)化為電能，儲存在蓄電池中。當(dāng)系統(tǒng)處于燃氣發(fā)電工況時，將單獨設(shè)計的燃燒室與渦輪增壓器連接，利用燃燒燃料產(chǎn)生的能量推動渦輪做功，帶動高速電機發(fā)電。產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、逆變和濾波等環(huán)節(jié)進行處理后，供負載使用。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:空濾器，壓氣機，渦輪，中冷器，電機，內(nèi)燃機，還包括燃燒室，換熱器、第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥，電控裝置；所述壓氣機、渦輪和電機三者同軸連接，第一切換閥分別與壓氣機出口、換熱器冷端進口和中冷器進口連接，燃燒室進口與換熱器冷端出口連接，第二切換閥分別與燃燒室出口、渦輪進口和內(nèi)燃機排氣管出口連接，第三切換閥分別與渦輪出口、大氣和換熱器熱端進口連接，換熱器熱端出口與大氣連通，電控裝置分別與第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥連接。
[0006]本發(fā)明中，在所述燃燒室上還連接有點火裝置和燃料供給裝置。其中燃料供給裝置可以向燃燒室提供氣體或液體燃料。
[0007]本發(fā)明中，燃燒室為單管燃燒室。所述燃燒室為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)；這樣進入燃燒室的空氣和離開燃燒室的燃氣可以為順流式或逆流式。
[0008]第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥均是二位三通閥，可通過此閥的切換實現(xiàn)渦輪增壓工況和燃氣發(fā)電工況中氣體的流動方向。
[0009]本發(fā)明中，燃氣發(fā)電工況時，渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)具有單獨的電控裝置，可根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)燃氣發(fā)電系統(tǒng)的工作狀況。
[0010]燃氣發(fā)電工況的起動采用高壓空氣供給燃燒室直接起動方式或由電機帶動壓氣機轉(zhuǎn)動后，使進入到燃燒室的空氣量增加的起動方式。
[0011]換熱器可以為利用熱管原理工作的換熱器，具有高效和體積小的特點。
[0012]本發(fā)明涉及的集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)的工作過程為:
工作時可由電控裝置輸出相應(yīng)控制信號使系統(tǒng)在車用渦輪增壓器工況和燃氣發(fā)電工況間切換。
[0013]當(dāng)內(nèi)燃機處于渦輪增壓工況時，驅(qū)動壓氣機的動力來源于與其同軸的渦輪或與其同軸的電機。第一切換閥僅使壓氣機出口與中冷器連通，第二切換閥僅使內(nèi)燃機排氣管出口與渦輪進口連通，第三切換閥僅使渦輪出口與大氣連通。由空濾器、壓氣機、中冷器和渦輪構(gòu)成的增壓系統(tǒng)與內(nèi)燃機正常匹配和工作，其工作原理與普通增壓內(nèi)燃機無異。當(dāng)內(nèi)燃機在起動和加速時，通過電機輔助驅(qū)動壓氣機，快速提高進氣壓力，增加進入內(nèi)燃機氣缸的空氣量；而在高速大負荷工況時，渦輪的一部分能量通過電機轉(zhuǎn)化電能，儲存在蓄電裝置中。這樣即可以使進氣壓力在低速時完全不依靠于內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速，消除了增壓器響應(yīng)的滯后性，又可以在高速工況下回收廢氣的能量，取消增壓器廢氣閥的設(shè)置，替代可調(diào)渦輪的作用。
[0014]當(dāng)系統(tǒng)處于燃氣動力發(fā)電工況時，驅(qū)動壓氣機和電機的動力來源于與其同軸的渦輪。第一切換閥使壓氣機出口與換熱器冷端進口連通，第二切換閥僅使燃燒室出口與渦輪進口連通，第三切換閥僅使渦輪出口與換熱器熱端進口連通。采用高壓空氣供給燃燒室直接起動燃氣動力發(fā)電系統(tǒng)，新鮮空氣首先通過空濾器后，進入壓氣機。壓縮空氣在換熱器中進一步吸收來自渦輪排出廢氣的熱量，空氣溫度和壓力得到提高。燃油通過燃料供給裝置噴入到燃燒室中，經(jīng)過霧化的燃油與來自換熱器的空氣混合，由點火裝置將油氣混合物點燃，產(chǎn)生的高溫燃氣推動渦輪膨脹做功，以驅(qū)動壓氣機和電機進行發(fā)電，控制系統(tǒng)根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況。經(jīng)過渦輪膨脹的廢氣經(jīng)過切換閥進入到換熱器后，排入大氣中。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:系統(tǒng)在廢氣渦輪增壓工況時，完全不受燃氣動力發(fā)電裝置的影響；尤其當(dāng)內(nèi)燃機處于起動加速及高負荷工況時，可通過電動機輔助驅(qū)動壓氣機，快速提高進氣壓力，增加進入內(nèi)燃機氣缸的空氣量；在高速大負荷工況時，渦輪的一部分能量通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。系統(tǒng)在燃氣動力發(fā)電工況，只需單獨加裝結(jié)構(gòu)緊湊的高效單管燃燒室及其相關(guān)管路和附屬設(shè)備，便可結(jié)合內(nèi)燃機的渦輪增壓裝置進行燃氣發(fā)電，以適應(yīng)內(nèi)燃機不同用途的需要。單管燃燒室結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便，能夠達到簡化現(xiàn)有專門用于發(fā)電系統(tǒng)的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施方案的系統(tǒng)示意圖。【具體實施方式】
[0017]為了更好地說明本發(fā)明的目的與優(yōu)點，下面結(jié)合具體實施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)主要包括空濾器1，壓氣機2，中冷器3，內(nèi)燃機4，換熱器5，燃燒室6，點火裝置7，燃料供給裝置8，電控裝置9，渦輪10，第一切換閥11、第二切換閥12、第三切換閥13，電機14。
[0019]壓氣機2、渦輪10和電機14三者同軸連接，空濾器I進口與大氣相連通，壓氣機2進口與空濾器I出口連通，第一切換閥11分別與壓氣機2出口、換熱器5冷端進口和中冷器3進口連通，燃燒室6進口與換熱器5冷端出口連通，燃燒室6出口通過第二切換閥12分別與渦輪10進口和內(nèi)燃機4排氣管出口連通。渦輪10出口通過第三切換閥13分別與大氣、內(nèi)燃機4排氣管和換熱器5熱端進口連通,完成換熱后的廢氣從換熱器5熱端出口排至大氣。
[0020]燃料供給裝置8、點火裝置7、電控裝置9均與燃燒室6連接。其中燃料供給裝置8通過電磁閥控制為燃燒室6提供氣體或液體燃料。燃燒室6與電控裝置9連接，可根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)燃氣發(fā)電系統(tǒng)的工況。
[0021]燃燒室6為單管燃燒室6。并且燃燒室6為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)。換熱器5為熱管工作原理進行工作。
[0022]當(dāng)系統(tǒng)工作在渦輪10增壓工況時，第一切換閥11使壓氣機2出口與中冷器3連通，第二切換閥12僅使內(nèi)燃機4出口與渦輪10進口連通，第三切換閥13僅使渦輪10出口與大氣連通。依靠空濾器1、壓氣機2、中冷器3和渦輪10構(gòu)成的增壓系統(tǒng)與內(nèi)燃機4正常匹配和工作，其工作原理與普通增壓內(nèi)燃機4無異。尤其當(dāng)內(nèi)燃機4在起動和加速時，通過電機14輔助驅(qū)動壓氣機2，快速提高進氣壓力，增加進入內(nèi)燃機4氣缸的空氣量；在高速大負荷工況時，渦輪10的一部分能量通過電機14轉(zhuǎn)化為電能，儲存在蓄電裝置中。這樣即可以使進氣壓力在低速時完全不依靠于內(nèi)燃機4的轉(zhuǎn)速，消除了增壓器響應(yīng)的滯后性，又可以在高速工況下回收廢氣的能量，取消增壓器廢氣閥的設(shè)置，替代可調(diào)渦輪的作用。
[0023]當(dāng)系統(tǒng)工作在燃氣動力發(fā)電工況時，第一切換閥11使壓氣機2出口與換熱器5的冷端進口連通，第二切換閥12僅使燃燒室6出口與渦輪10進口連通，第三切換閥13僅使渦輪10出口與換熱器5的熱端進口連通。采用高壓空氣供給燃燒室6直接起動燃氣動力發(fā)電系統(tǒng)，新鮮空氣首先通過空濾器I后，進入壓氣機2。壓縮空氣在換熱器5中進一步吸收廢氣的熱量，空氣溫度和壓力得到提高。燃油通過燃油供給裝置8噴入到燃燒室6中，經(jīng)過霧化的燃油與來自換熱器5的空氣混合，由點火裝置7將油氣混合物點燃，產(chǎn)生的高溫燃氣推動渦輪10膨脹做功，以驅(qū)動壓氣機2和電機14進行發(fā)電，電控裝置9根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況。經(jīng)過渦輪10膨脹后的廢氣經(jīng)過第三切換閥13進入到換熱器5后，排入大氣中。
[0024]本發(fā)明通過集成增壓內(nèi)燃機的渦輪增壓器、燃燒室、電機及附屬系統(tǒng)的方式，在結(jié)構(gòu)上將渦輪10、壓氣機2、燃燒室6、點火裝置7、燃料供給裝置8等主要部件一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，高效、環(huán)保，可分別進行內(nèi)燃機渦輪增壓和燃氣發(fā)電兩種工作模式，以滿足對軍民用領(lǐng)域動力機械功能多樣化的需要。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:空濾器(1)，壓氣機(2)，渦輪(10)，中冷器(3)，電機(14)，內(nèi)燃機(4)，其特征在于:還包括燃燒室(6)，換熱器(5)、第一切換閥(11)、第二切換閥(12)、第三切換閥(13)，電控裝置(9);所述壓氣機(2)、渦輪(10)和電機(14)三者同軸連接，第一切換閥(11)分別與壓氣機(2 )出口、換熱器(5 )冷端進口和中冷器(3)進口連接，燃燒室(6)進口與換熱器(5)冷端出口連接，第二切換閥(12)分別與燃燒室(6)出口、渦輪(10)進口和內(nèi)燃機(4)排氣管出口連接，第三切換閥(13)分別與渦輪(10)出口、大氣和換熱器(5)熱端進口連接，換熱器(5)熱端出口與大氣連通，電控裝置(9)分別與第一切換閥(11)、第二切換閥(12)、第三切換閥(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在所述燃燒室(6 )上還連接有點火裝置(7 )和燃料供給裝置(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述燃燒室(6)為單管燃燒室。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述燃燒室(6)為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述第一切換閥(11)、第二切換閥(12 )、第三切換閥(13 )均是二位三通閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)燃氣發(fā)電時，起動采用高壓空氣供給燃燒室(6)直接起動方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱器(5)為熱管工作原理進行工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在所述燃燒室(6 )上還連接有所述電控裝置(9 )。
【文檔編號】F02B69/00GK103939208SQ201410189920
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】張強, 馬朝臣 申請人:江蘇科技大學(xué)