一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法技术

本发明专利技术公开了一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法，其特征在于，包括热动力机、电机单元和冷水机组；所述的电机单元的两端均有向外伸出的传动轴；冷水机组包括压缩机、蒸发器和冷凝器，用于制冷水；所述热动力机、电机单元和压缩机依次串联连接。蒸发器和冷凝器均与压缩机相连。该串联动力冷水机组及方法能采用电力和燃料多种运行模式，实现电力和燃料的优势互补，而且能源利用效率高，具备显著的经济效益和社会效益。

A series power chiller and a series power chiller control method

The invention discloses a power series chiller and control method of power series chiller, characterized, including thermal power machine, motor unit and chiller; the two ends of the transmission shaft of the motor unit and the protruding outward; the chiller including compressor, evaporator and condenser, the heat used for cold water; engine, motor and compressor unit is connected in series. Both the evaporator and the condenser are connected to the compressor. The series power chiller and the method can adopt various operation modes of electric power and fuel, realize the complementary power and fuel advantages, and have high energy utilization efficiency, which has significant economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法
本专利技术涉及燃气发电和制冷领域，尤其涉及一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法。
技术介绍
随着天然气在城市的广泛使用，目前很多地区出现冷-热-电联产的能源站，可以提供制冷（供热水）以及电力供应，其采用内燃发动机或燃气轮机驱动发电机单元发电，发电排出的高温尾气和热水供给吸收式冷水机组来制冷。对于以夏季集中供冷为主的能源站，其冷负荷远大于供热负荷，必须用所发电再来驱动冷水机组，承担大部分制冷负荷，而吸收式冷水机组仅提供辅助供冷。这种制冷运行模式，燃气热能先转化为机械能，再转化为电能，最后再由电能转化为压缩机的机械能，能源重复转换，效率低，而且系统复杂，占地面积大，只适合大型系统。此外：公开号为102563970A的中国专利（申请号为201210042712.0）公开了一种交流电、燃气机并联双驱动冷水机组，该方案中，电机单元、燃气机采用皮带轮并联方式，结构复杂，采用皮带轮机械传动效率低，而且也无发电功能；此外制冷时，燃气机排出的高品位烟气热能没有利用，不能转化成冷源，燃气制冷效率低。公开号为106969529A的中国专利中（申请号为201710356192.3），天然气高效制冷装置采用单一的燃气轮机直接驱动压缩机，制冷时，燃气机排出的高品位烟气热能通过吸收式制冷模块回收制冷，燃气制冷效率较高，但是压缩机没有电机单元驱动，只能采用燃气制冷，功能单一，适用范围有限。而且在实际使用工程中，燃气轮机的输出功率较大，往往会采用能产生较大制冷量的离心压缩机，叶轮转速高达一万多转，且内部结构配合精密，因而对压缩机输入传动轴的平稳性，即轴向震动和径向震动要求较高。而燃气轮机运行中可能会出现喘震的现象，直接用燃气动力驱动压缩机将影响压缩机安全运行，反之离心压缩机在低负荷下也会经常出现喘震，反过来也会影响燃气轮机的安全运行。公开号为105276856A的中国专利公开了一种燃气冷水机组空气调节机（申请号为201510254890.3），其采用热动力机驱动压缩机，同时驱动发电机，无电机驱动压缩机功能，结构为皮带传动，功能较单一，结构复杂。公开号为1776328的中国专利公开了一种联合动力燃气冷水机组空调及操作方法（申请号为200510122835.5），该方案中，也采用电动机和热动力机联合驱动压缩机，并提到了联合动力装置采用串联方式和并联方式，该技术方案所谓的串联方式，是采用的一种电气和控制逻辑上的串联，即先用发动机发电，再用电机驱动压缩机，发动机和压缩机并无直接的机械连接；而其中并联方式指：发动机可独立带动压缩机，电动机也能独立带动压缩机，然后又可联合驱动压缩机。因此发动机与压缩机，电动机与压缩机之间，分别有独立的机械连接结构，然后再在一起并联，结构复杂，所以说明书里也提到：“并联式联合动力结构复杂，该专利技术不采用”。公开号为1862947的中国专利公开了一种基于恒转速的燃气冷水机组独立供能系统（申请号为200610014290.0），该系统中，热动力机可以同时驱动压缩机和发电机，根据附图，其结构也为直连方式，但是热动力机设置在压缩机与发电机之间，压缩机只能采用热动力机驱动，不能采用电机驱动，功能单一。因此，有必要设计一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法，该串联动力冷水机组及串联动力冷水机组控制方法灵活性好，占地面积小，易于实施，可让燃气和电力完美地实现优势互补，同时双能源体系更具战略安全性。专利技术的技术解决方案如下：一种串联动力冷水机组，包括热动力机、电机单元和冷水机组；所述的电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。所述冷水机组包括压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水，具体包括制冷剂、压缩机，冷凝器、蒸发器和节流装置。压缩机采用外部传动轴驱动，一般为开启式离心压缩机或开启式螺杆压缩机，冷凝器与蒸发器之间设有节流装置，制冷剂受到压缩机的压缩驱动，使在蒸发器、冷凝器和压缩机之间循环流动，并产生相变和温度变化。蒸发器内低温制冷剂与冷冻水换热，使出水温度降低；冷凝器内高温制冷剂与冷却水换热，冷却水通过冷却水管路及冷却泵连接室外冷却塔、江水源或地下水进行散热，冷冻水通过冷冻水管路及冷冻泵送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气。所述热动力机可采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。所述热动力机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接。所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连。热动力机、电机单元和冷水机组压缩机的三轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有开启式冷水机组压缩机所采用的两极驱动电机在50Hz三相交流电源驱动时转速为2950r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。进一步，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；所述反重力励磁绕组通过在电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承，或连同热动力机和压缩机传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零，此时工况为热动力机驱动压缩机，电机单元既不做电动机也不发电。由于热动力机、电机单元和压缩机均为水平安装，而且在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直向下径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。由于采用电机与热动力机和压缩机直接串联结构，此时整个电机不仅成了连接热动力机与压缩机的传动轴和飞轮，还成为能支撑热动力机和压缩机自身传动轴的反重力轴承。而且反重力励磁绕组结构，不需要再电机本体上额外增加部件，而是结合电机单元已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机单元成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。进一步，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括依次串联的至少两个子电机。如电机单元采用两台电机同轴串联，其中一台电机连接电动机模块，作动力输出的电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联动力冷水机组，其特征在于，包括热动力机、电机单元和冷水机组；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述冷水机组包括压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水；所述热动力机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接；所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连。

【技术特征摘要】
1.一种串联动力冷水机组，其特征在于，包括热动力机、电机单元和冷水机组；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述冷水机组包括压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水；所述热动力机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接；所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连。2.根据权利要求1所述的串联动力冷水机组，其特征在于，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同热动力机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。3.根据权利要求1所述的串联动力冷水机组，其特征在于，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括串联的至少两个子电机。4.根据权利要求1所述的串联动力冷水机组，其特征在于，前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。5.根据权利要求4所述的串联动力冷水机组，其特征在于，所述前级或后级连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。6.根据权利要求1所述的串联动力冷水机组，其特征在于，还包括电控系统；热动力机、电机单元和冷水机组均受控于电控系统；电控系统包括用于热动力控制模块、电机控制模块和冷水机组控制模块；（1）热动力控制模块用于控制热动力机的运行；（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块和反重力控制模块中的至少一种；所述电动机模块用于控制外部电源为电机单元供电，此时电机单元工作在电动机模式；所述发电模块用于控制电机单元向外部负载供电，此时电机单元工作在发电机模式；所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源；当切换单元断开时，电机单元工作在反重力轴承模式，励磁单元与反重力励磁绕组接通，即使电机转子被其他设备带动旋转，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力；当切换单元闭合时，将反重力励磁绕组恢复到电动机或发电机的定子绕组中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43