基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置及控制方法與流程

2023-06-06 04:24:46

本發明涉及一種移動式冷熱電供能技術，特別是基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置及控制方法。

背景技術：
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移動式冷熱電供能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。

移動式冷熱電供能系統廣泛採用燃氣輪機、空氣渦輪膨脹制冷機、電動機、發電機等功能子系統，其中的燃氣輪機是供能系統的動力主機，燃氣輪機的壓氣機是其主要部件，多採用單級離心式壓氣機，功率較大的主機也採用多級軸流式壓氣機，壓氣機在使用中經常出現喘振失速等問題，造成壓氣機流量壓力大幅波動、下降甚至不能工作，為了解決喘振失速的問題，通常在壓氣機出氣口設置放氣閥門，在工作的時候，通過放出一定流量的壓縮空氣來提高壓氣機工作的穩定性，這部分放出的氣體具有一定的溫度和較高的壓力，通常情況下是不加利用的直接排入大氣，這就造成了一定的浪費，降低了供能系統的總體效率。

另一方面，冷熱電供能系統中，空氣渦輪膨脹制冷機也需要一定流量的壓縮空氣，通常這一部分氣體都是由空壓機或者其他外部氣源提供，一定程度上也提高了系統使用的保障性要求，降低了系統使用的總體效率。

技術實現要素：
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本發明的目的是提供一種基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置及控制方法。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，其組成包括：燃氣輪機系統，所述的燃氣輪機系統通過壓氣機放氣控制與分流閥與空氣渦輪膨脹制冷機系統連接，所述的燃氣輪機系統包括燃氣輪機壓氣機，所述的燃氣輪機壓氣機通過管路與壓氣機放氣控制與分流閥連接，所述的壓氣機放氣控制與分流閥通過管路分別與燃氣輪機燃燒室、換熱器A連接。

所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，所述的燃氣輪機燃燒室通過管路與燃氣輪機渦輪連接，所述的燃氣輪機渦輪、燃氣輪機後軸承、電機、燃氣輪機前軸承、燃氣輪機壓氣機安裝在同一轉子上。

所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，所述的換熱器A通過管路與空氣膨脹制冷機壓氣機連接，所述的空氣膨脹制冷機壓氣機通過管路與換熱器B連接，所述的換熱器B通過管路與空氣膨脹制冷機渦輪連接，所述的空氣膨脹制冷機渦輪、空氣膨脹制冷機後軸承、空氣膨脹制冷機前軸承、膨脹制冷機壓氣機安裝在同一轉子上。

所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置的控制方法，該方法包括如下步驟：當燃氣輪機工作時，分流與放氣控制器控制壓氣機放氣控制與分流閥的開度，確保壓氣機出口放氣量滿足穩定工作要求，壓氣機出口放出的壓縮空氣一部分進入燃燒室，另一部分通過換熱器降溫後，進入空氣渦輪膨脹制冷機壓氣機，作為制冷機壓縮氣源使用，壓氣機壓縮後的氣體通過換熱器降溫後，再進入空氣渦輪膨脹制冷機的製冷渦輪進行膨脹製冷，提供冷源，壓氣機放氣控制與分流閥等都通過分流與放氣控制器進行控制。

有益效果：

1.充分利用移動供能系統壓氣機的出口氣源，將其分流放氣，用於移動供能系統的燃氣輪機和空氣渦輪膨脹制冷機，實現平喘擴穩、提高效率的目的，具有結構簡單、重量輕、集成性好、可控性強等特點。

當供能系統工作時，調節壓氣機放氣控制與分流閥的開度，確保放氣量滿足壓氣機穩定工作要求，使其工作點遠離壓氣機喘振邊界，而不發生喘振失穩問題；放出的壓縮空氣一部分進入燃氣輪機燃燒室供燃機使用，另一部分進入空氣渦輪膨脹制冷機，作為膨脹機製冷的壓縮氣源。

壓氣機放氣控制與分流閥等閥門部件通過分流與放氣控制器進行控制。放氣控制器還可與供能系統的運行控制器聯接，實現整個系統的自動控制和狀態監控。

附圖說明：

附圖1是基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置原理圖。

具體實施方式：

實施例1：

一種基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，其組成包括：燃氣輪機系統15，所述的燃氣輪機系統通過壓氣機放氣控制與分流閥6與空氣渦輪膨脹制冷機系統16連接，所述的燃氣輪機系統包括燃氣輪機壓氣機1，所述的燃氣輪機壓氣機通過管路與壓氣機放氣控制與分流閥連接，所述的壓氣機放氣控制與分流閥通過管路分別與燃氣輪機燃燒室3、換熱器A13連接。

實施例2：

根據實施例1所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，所述的燃氣輪機燃燒室通過管路與燃氣輪機渦輪2連接，所述的燃氣輪機渦輪、燃氣輪機後軸承5、電機7、燃氣輪機前軸承4、燃氣輪機壓氣機安裝在同一轉子上。

實施例3：

根據實施例1所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置，所述的換熱器A通過管路與空氣膨脹制冷機壓氣機8連接，所述的空氣膨脹制冷機壓氣機通過管路與換熱器B14連接，所述的換熱器B通過管路與空氣膨脹制冷機渦輪9連接，所述的空氣膨脹制冷機渦輪、空氣膨脹制冷機後軸承11、空氣膨脹制冷機前軸承10、膨脹制冷機壓氣機安裝在同一轉子上。

實施例4：

實施例1-3所述的基於壓氣機分流的渦輪膨脹冷熱電供能裝置的控制方法，該方法包括如下步驟：當燃氣輪機工作時，分流與放氣控制器控制壓氣機放氣控制與分流閥的開度，確保壓氣機出口放氣量滿足穩定工作要求，壓氣機出口放出的壓縮空氣一部分進入燃燒室，另一部分通過換熱器降溫後，進入空氣渦輪膨脹制冷機壓氣機，作為制冷機壓縮氣源使用，壓氣機壓縮後的氣體通過換熱器降溫後，再進入空氣渦輪膨脹制冷機的製冷渦輪進行膨脹製冷，提供冷源，壓氣機放氣控制與分流閥等都通過分流與放氣控制器進行控制。