基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置及控制方法与流程

本发明涉及一种移动式冷热电供能技术，特别是基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置及控制方法。

背景技术：
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移动式冷热电供能系统作为一种分布式能源供应系统，受到越来越广泛的重视，它具有适应性强、体积小、重量轻、可控性好的优点，可以满足冷、热、电供能要求，在边防哨所、海岛、舰船、海洋平台，飞机、坦克与车载辅助动力及环控系统，小型楼宇、野战部队营房、旅行房车及别墅的冷热电联供系统，冰雪、地震自然灾害的应急能源站等军民两用能源动力领域都具有良好的应用空间和推广前景。

移动式冷热电供能系统广泛采用燃气轮机、空气涡轮膨胀制冷机、电动机、发电机等功能子系统，其中的燃气轮机是供能系统的动力主机，燃气轮机的压气机是其主要部件，多采用单级离心式压气机，功率较大的主机也采用多级轴流式压气机，压气机在使用中经常出现喘振失速等问题，造成压气机流量压力大幅波动、下降甚至不能工作，为了解决喘振失速的问题，通常在压气机出气口设置放气阀门，在工作的时候，通过放出一定流量的压缩空气来提高压气机工作的稳定性，这部分放出的气体具有一定的温度和较高的压力，通常情况下是不加利用的直接排入大气，这就造成了一定的浪费，降低了供能系统的总体效率。

另一方面，冷热电供能系统中，空气涡轮膨胀制冷机也需要一定流量的压缩空气，通常这一部分气体都是由空压机或者其他外部气源提供，一定程度上也提高了系统使用的保障性要求，降低了系统使用的总体效率。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置及控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，其组成包括：燃气轮机系统，所述的燃气轮机系统通过压气机放气控制与分流阀与空气涡轮膨胀制冷机系统连接，所述的燃气轮机系统包括燃气轮机压气机，所述的燃气轮机压气机通过管路与压气机放气控制与分流阀连接，所述的压气机放气控制与分流阀通过管路分别与燃气轮机燃烧室、换热器A连接。

所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，所述的燃气轮机燃烧室通过管路与燃气轮机涡轮连接，所述的燃气轮机涡轮、燃气轮机后轴承、电机、燃气轮机前轴承、燃气轮机压气机安装在同一转子上。

所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，所述的换热器A通过管路与空气膨胀制冷机压气机连接，所述的空气膨胀制冷机压气机通过管路与换热器B连接，所述的换热器B通过管路与空气膨胀制冷机涡轮连接，所述的空气膨胀制冷机涡轮、空气膨胀制冷机后轴承、空气膨胀制冷机前轴承、膨胀制冷机压气机安装在同一转子上。

所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置的控制方法，该方法包括如下步骤：当燃气轮机工作时，分流与放气控制器控制压气机放气控制与分流阀的开度，确保压气机出口放气量满足稳定工作要求，压气机出口放出的压缩空气一部分进入燃烧室，另一部分通过换热器降温后，进入空气涡轮膨胀制冷机压气机，作为制冷机压缩气源使用，压气机压缩后的气体通过换热器降温后，再进入空气涡轮膨胀制冷机的制冷涡轮进行膨胀制冷，提供冷源，压气机放气控制与分流阀等都通过分流与放气控制器进行控制。

有益效果：

1.充分利用移动供能系统压气机的出口气源，将其分流放气，用于移动供能系统的燃气轮机和空气涡轮膨胀制冷机，实现平喘扩稳、提高效率的目的，具有结构简单、重量轻、集成性好、可控性强等特点。

当供能系统工作时，调节压气机放气控制与分流阀的开度，确保放气量满足压气机稳定工作要求，使其工作点远离压气机喘振边界，而不发生喘振失稳问题；放出的压缩空气一部分进入燃气轮机燃烧室供燃机使用，另一部分进入空气涡轮膨胀制冷机，作为膨胀机制冷的压缩气源。

压气机放气控制与分流阀等阀门部件通过分流与放气控制器进行控制。放气控制器还可与供能系统的运行控制器联接，实现整个系统的自动控制和状态监控。

附图说明：

附图1是基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置原理图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，其组成包括：燃气轮机系统15，所述的燃气轮机系统通过压气机放气控制与分流阀6与空气涡轮膨胀制冷机系统16连接，所述的燃气轮机系统包括燃气轮机压气机1，所述的燃气轮机压气机通过管路与压气机放气控制与分流阀连接，所述的压气机放气控制与分流阀通过管路分别与燃气轮机燃烧室3、换热器A13连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，所述的燃气轮机燃烧室通过管路与燃气轮机涡轮2连接，所述的燃气轮机涡轮、燃气轮机后轴承5、电机7、燃气轮机前轴承4、燃气轮机压气机安装在同一转子上。

实施例3：

根据实施例1所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置，所述的换热器A通过管路与空气膨胀制冷机压气机8连接，所述的空气膨胀制冷机压气机通过管路与换热器B14连接，所述的换热器B通过管路与空气膨胀制冷机涡轮9连接，所述的空气膨胀制冷机涡轮、空气膨胀制冷机后轴承11、空气膨胀制冷机前轴承10、膨胀制冷机压气机安装在同一转子上。

实施例4：

实施例1-3所述的基于压气机分流的涡轮膨胀冷热电供能装置的控制方法，该方法包括如下步骤：当燃气轮机工作时，分流与放气控制器控制压气机放气控制与分流阀的开度，确保压气机出口放气量满足稳定工作要求，压气机出口放出的压缩空气一部分进入燃烧室，另一部分通过换热器降温后，进入空气涡轮膨胀制冷机压气机，作为制冷机压缩气源使用，压气机压缩后的气体通过换热器降温后，再进入空气涡轮膨胀制冷机的制冷涡轮进行膨胀制冷，提供冷源，压气机放气控制与分流阀等都通过分流与放气控制器进行控制。