[发明专利]微型燃气轮机发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其是一种微型燃气轮机发电装置。

背景技术

微型燃气轮机发电装置是一种新型的分布式发电装置，其功率范围15~300kW。近年来，随着全球范围内能源与动力需求以及环境保护等要求的变化，微型燃机得到了各国电力、动力、国防军工等有关部门的高度重视。国际上已有美国、瑞典、英国等国家研制和生产微型燃气轮机，国内也有一些大学、科研院所及企业在进行这方面的研制工作，目前还没有成型的技术和产品。

以微型燃气轮机为核心的分布式供能系统是二十一世纪的高效、清洁能源技术的重要发展方向之一，作为先进能源技术的前沿发展方向，已被列入我国中、长期科学和技术发展纲要。微型燃气轮机也是国防建设急需的军事装备。发展微型燃气轮机技术对于我国国民经济可持续发展和加强国防建设具有极其重要的意义，具有广阔的应用前景。国内现有的15~300kW范围内的微型燃气轮机一般都结构复杂、起动响应慢，有的综合热效率不高，或排放无法满足环保要求，因此不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、起动快、性能可靠、综合热效率高和低排放的微型燃气轮机发电装置。

本发明的技术解决方案如下：微型燃气机发电装置包括燃气轮机、回热器、高速永磁电动/发电机，所述的燃气轮机包括固接在一起的压气机机匣、中间机匣、涡轮机匣、燃烧室及转子系统，转子系统包括轴和轴上依次设置压气机叶轮、涡轮叶轮并可随轴一同转动，所述的轴通过后轴承和前轴承安装在中间机匣上，所述的回热器与涡轮机匣和压气机机匣相连，所述的高速永磁电动/发电机壳体与压气机机匣相连，电机转子通过花键轴与轴固连；压气机叶轮位于压气机机匣的内部并与压气机机匣之间形成一个进气道，所述的压气机机匣外侧设置有涡形空气流道，所述的中间机匣的前端与压气机机匣相连且安装有径向扩压器，所述的径向扩压器位于进气道和空气流道之间，中间机匣的后端连接涡轮机匣和涡轮导向器，所述的涡轮叶轮位于涡轮导向器内部，涡轮导向器上安装有涡壳；所述的涡轮机匣上设置有燃烧室，所述的燃烧室的空气入口与涡轮机匣相连，燃气出口与涡壳相连，燃烧室内安装有点火系统；所述的回热器的燃气进口与涡轮机匣相连，空气进口与压气机机匣上设置的涡形空气流道相连，空气出口与涡轮机匣相连。所述的燃烧室可为独立的部件，可从涡轮机匣上独立进行拆卸。所述的后轴承和前轴承为角接触轴承，且其直径D与速N的乘积≥1200000，所述的前轴承为推力轴承。所述的花键轴为弹性花键轴。所述的回热器为高效原表面回热器。

本发明的微型燃气轮机工作时，蓄电池带动高速永磁电动/发电机起动，空气经压气机壳体气流通道进入，通过压气机叶轮的旋转做功进行压缩，流出的高压气流进入径向扩压器增压整流，进一步提高气流的压力，最后经压气机壳体涡形流道进行整流通过管道流入回热器，高压空气经回热器换热后变成高温空气经涡轮机匣整流后进入燃烧室，燃烧室通过燃烧产生高温气体，这些高温气体经涡壳组件整流、涡轮导向器整流加速后吹动涡轮叶轮做功，排出的高温燃气进入回热器来加热高压空气，最后通过回热器燃气出口排入大气。当燃烧室产生的高温气体推动涡轮叶轮做功达到一定转速时，蓄电池停止向高速永磁电动/发电机供电，燃气轮机带动高速永磁电动/发电机发电。

本发明采用了高转速的转子系统，将压气机部件和涡轮部件通过中间机匣整合在一起，在相同功率等级下，体积小、结构紧凑；采用了高速永磁电动/发电机与燃机固连，取消了减速器及相关附件，燃机起动快且结构更加紧凑；采用了弹性联轴器，有效减小了转子系统与电机转子不同心对燃机工作的不利影响，同时采用外置式燃烧室，便于拆卸和维修，提高了燃气轮机的可靠性；采用了回热器换热，可有效的增加能源的利用率，从而提高燃气轮机的整机综合热效率；由回热器加热后的高温高压空气参与燃烧，可使燃料燃烧得更加充分，燃烧效率提高，可有效的降低污染物的排放。前轴承位于压气机叶轮后，承受轴向负荷和径向负荷，故可设置为推力轴承，后轴承位于涡轮叶轮前，主要承受的是径向负荷，两处轴承均采用角接触球轴承，便于轴承的选型，DN值较高的轴承可使大载荷转子系统在高转速下运转可靠；燃烧室采用逆向进气，有利于冷却；涡轮为向心叶轮，高温燃气经涡壳组件进行整流，由进气导向器减压增速，实现涡轮做功。

本发明的转子系统设计工作转速为45000r/min，综合热效率可达29%，结构紧凑，高效、节能、环保，在城市分布式电源领域有广泛的用途。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，微型燃气机发电装置包括燃气轮机（5）、回热器（10）、高速永磁电动/发电机（1），所述的燃气轮机（5）包括固接在一起的压气机机匣（12）、中间机匣（4）、涡轮机匣（7）、燃烧室（9）及转子系统，转子系统包括轴（3）和轴（3）上依次设置压气机叶轮（2）、涡轮叶轮（6）并可随轴（3）一同转动，所述的轴（3）通过后轴承（14）和前轴承（16）安装在中间机匣（4）上，所述的回热器（10）为高效原表面回热器，与涡轮机匣（7）和压气机机匣（12）相连，所述的高速永磁电动/发电机（1）壳体与压气机机匣（4）相连，电机转子通过弹性花键轴（11）与轴（3）固连；压气机叶轮（2）位于压气机机匣（12）的内部并与压气机机匣（12）之间形成一个进气道，所述的压气机机匣（12）外侧设置有涡形空气流道，所述的中间机匣（4）的前端与压气机机匣（12）相连且安装有径向扩压器（13），所述的径向扩压器（13）位于进气道和空气流道之间，中间机匣（4）的后端连接涡轮机匣（7）和涡轮导向器（15），所述的涡轮叶轮（6）位于涡轮导向器（15）内部，涡轮导向器（15）上安装有涡壳（8）；所述的涡轮机匣（7）上设置有可独立拆卸的燃烧室（9），所述的燃烧室（9）的空气入口与涡轮机匣（7）相连，燃气出口与涡壳（8）相连，燃烧室（9）内安装有点火系统；所述的回热器（10）的燃气进口与涡轮机匣（7）相连，空气进口与压气机机匣（12）上设置的涡形空气流道相连，空气出口与涡轮机匣（7）相连。所述的后轴承（14）和前轴承（16）为角接触轴承，且其直径D与速N的乘积≥1200000，所述的前轴承（16）为推力轴承。所述的花键轴（11）为弹性花键轴。