本公开涉及辅机系统技术领域，尤其涉及一种微型燃气轮机辅机系统。
背景技术：
辅机是指运输工具中除主推进装置外所有辅助动力机械的总称，辅机在航空动力装置，舰船动力装置，坦克动力装置及车载动力装置中具有广泛的应用前景。
现有技术的运输工具中，多以内燃机作为辅机，通过内燃机驱动发电机发电，其功能较为单一，并且内燃机体积大，重量重，从而使整套设备较为笨重；因此逐渐出现一种以微型燃气轮机作为辅机的动力装置，微型燃气轮机作为辅机具有转速高、体积小、重量轻、功率密度大、快速启停以及灵活性好等特点，渐渐被广泛使用。
然而在实现本公开的过程中，申请人发现，现有技术中使用微型燃气轮机作为辅机系统的动力装置，辅机常常仅用作发电使用，从而造成能源利用率低，无法同时满足用户的多种需求。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本公开提供一种微型燃气轮机辅机系统，以缓解现有技术中使用微型燃气轮机作为辅机系统的动力装置，辅机常常仅用作发电使用，从而造成能源利用率低，无法同时满足用户的多种需求的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种微型燃气轮机辅机系统，包括：空气供给装置；制冷装置，与所述空气供给装置连接，利用空气供冷；动力输出装置，与所述空气供给装置连接，通过动力机械利用空气输出机械能和高温烟气；发电装置，与所述动力输出装置连接，利用机械能发电；制热装置，与所述动力输出装置连接，利用高温烟气供热。
在本公开中，其中：所述空气供给装置包括第一压气机；所述制冷装置包括第二压气机；所述动力输出装置包括第一透平；所述发电装置包括发电机；所制热装置包括高温烟气换热器；所述第二压气机和所述第一透平均与所述第一压气机连接，所述发电机和所述高温烟气换热器均与所述第一透平连接。
在本公开中，其中：所述第一压气机和所述第二压气机之间设置有第一控制阀，该第一控制阀控制所述第一压气机供给的空气进入所述第二压气机中；所述第一透平与所述高温烟气换热器之间设置有第二控制阀，该第二控制阀控制所述第一透平输出的高温烟气进入所述高温烟气换热器中。
在本公开，所述发电装置还包括：整流器，与所述发电机连接，用于将发电机发出的交流电转换为直流电；以及蓄电池，与所述整流器连接，用于储存所述整流器整流后的电能；其中，所述发电机为发电、电动一体机。
在本公开中，所述空气供给装置还包括：空气过滤器，与所述第一压气机连接；所述的微型燃气轮机辅机系统还包括：排烟管道，其分别与所述第一透平和所述高温烟气换热器连接。
在本公开中，所述制冷装置还包括：换热器，与所述第二压气机连通，用于对所述第二压气机压缩的空气进行初步降温；第二透平，与所述换热器连通，并与所述第二压气机同轴连接，用于对所述换热器降温后的空气进行进一步降温；以及滤清器，与所述第二透平连通，对降温后的空气进行过滤。
在本公开中，所述动力输出装置还包括：油箱；油泵，与所述油箱连接，用于从所述油箱中抽取燃油；燃烧室，分别与所述第一压气机和所述油泵连接，用于将所述第一压气机供给的空气以及所述油泵抽取的燃油进行混合燃烧，并将生成的燃气气流输送至所述第一透平中。
在本公开中，所述高温烟气换热器包括：烟气水换热器，与所述第二控制阀连接，用于将高温烟气与缸套水换热；以及烟气空气换热器，与所述烟气水换热器连接，用于将高温烟气与室外空气换热。
在本公开中，所述制热装置还包括：水泵，与所述烟气水换热器连接，抽取主发动机的水箱中的缸套水与所述烟气水换热器换热；以及风扇，与所述烟气空气换热器连接，驱动室外空气与所述烟气空气换热器换热。
在本公开中，所述微型燃气轮机辅机系统与主发动机共用同一燃油系统与空气过滤系统。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的微型燃气轮机辅机系统具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)通过制冷装置、制热装置以及发电装置，可以同时满足用户供冷、供热以及发电等不同形式的需求；
(2)在低温环境下，通过烟气水换热器可以为主发动机预热，通过烟气空气换热器为乘员舱提供热风，同时输出电能给运输工具的电力电子设备；
(3)在高温环境下，输出电能的同时，能够通过制冷装置给运输工具内乘员及电子设备提供冷量；
(4)根据运输工具内部冷热电负荷需求，利用第一控制阀和第二控制阀进行灵活配置，实现运输工具内冷，热，电能量综合协调控制；
(5)通过将烟气水换热器和烟气空气换热器串联设置，从而实现对高温烟气热量的梯级回收；
(6)通过设置蓄电池，并将发电机设置为发电、电动一体机，能够实现电能的合理利用。
附图说明
图1为本公开提供的微型燃气轮机辅机系统的结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-第一压气机； 2-第二压气机； 3-第一透平；
4-发电机； 5-第一控制阀； 6-第二控制阀；
7-整流器； 8-蓄电池； 9-空气过滤器；
10-排烟管道； 11-换热器； 12-第二透平；
13-滤清器； 14-油箱； 15-油泵；
16-燃烧室； 17-烟气水换热器； 18-烟气空气换热器；
19-水泵； 20-主发动机； 21-水箱；
22-风扇。
具体实施方式
本公开中，通过设置制冷装置、发电装置以及制热装置，可以同时满足用户供冷、供热以及发电等不同形式的需求，并根据运输工具内部冷热电负荷需求，对运输工具内冷，热，电能量综合协调控制。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1为本公开提供的微型燃气轮机辅机系统的结构示意图。
在本公开的一个示例性实施例中，如图1所示，提供一种微型燃气轮机辅机系统，包括：空气供给装置；制冷装置，与空气供给装置连接，利用空气供冷；动力输出装置，与空气供给装置连接，通过动力机械利用空气输出机械能和高温烟气；发电装置，与动力输出装置连接，利用机械能发电；制热装置，与动力输出装置连接，利用高温烟气供热。
利用空气供给装置持续供给空气，通过制冷装置利用空气产生冷量，动力输出装置利用空气产生机械能和高温烟气，发电装置利用机械能发电，制热装置利用高温烟气供热，从而能够同时满足用户供冷、供热以及发电等不同形式的需求。
在本公开中，如图1所示，其中，空气供给装置包括第一压气机1；制冷装置包括第二压气机2；动力输出装置包括第一透平3；发电装置包括发电机4；热装置包括高温烟气换热器；第二压气机2和第一透平3均与第一压气机1连接，发电机4和高温烟气换热器均与第一透平3连接，通过压气机1压缩空气并将空气输送至与其连接的各个设备中，第二压气机2接收第一压气机1输送的空气并产生冷量，第一透平3利用第一压气机1输送的空气做功产生机械能以及高温烟气，发电机4利用第一透平3产生的机械能发电，高温烟气换热器利用第一透平3产生的高温烟气实现供热。
在本公开中，如图1所示，第一压气机1和第二压气机2之间设置有第一控制阀5，该第一控制阀5控制第一压气机1供给的空气进入第二压气机2中；第一透平3与高温烟气换热器之间设置有第二控制阀6，该第二控制阀6控制第一透平3输出的高温烟气进入高温烟气换热器中，用户可根据运输工具内部冷热电负荷需求，利用第一控制阀5和第二控制阀6进行灵活配置，实现运输工具内冷、热以及电的综合协调控制。
冬季工况下，第一控制阀5关闭，第二控制阀6开启，第一压气机1吸入空气后输送至第一透平3处做功，同时带动发电机4供电以及高温烟气换热器供热。
夏季工况下，第一控制阀5开启，第二控制阀6关闭，第一压气机1吸入空气后输送至第二压气机2以及第一透平3处做功，同时带动发电机运转，实现制冷以及发电，高温烟气直接从排烟管道10排出。
纯发电工况下，第一控制阀5和第二控制阀6同时关闭，第一压气机1吸入空气后输送至第一透平3处做功，同时带动发电机4运转实现供电，高温烟气直接从排烟管道10排出。
在本公开中，如图1所示，发电装置还包括：整流器7，与发电机4连接，用于将发电机4发出的交流电转换为直流电；以及蓄电池8，与整流器7连接，用于储存整流器7整流后的电能；其中，发电机4为发电、电动一体机，发电机4发出的电能经整流器7整流后充入蓄电池8中，当需要使用蓄电池8中的电能时，将发电机4切换为电动机模式，通过蓄电池8驱动发电机4运转，进而带动第一压气机1以及第一透平3运转，实现辅机系统的自主运行。
在本公开中，如图1所示，空气供给装置还包括：空气过滤器9，与第一压气机1连接，通过空气过滤器9对空气进行初步过滤，从而降低灰尘堆积在第一压气机1内的几率，进而延长第一压气机1的使用寿命；本公开提供的微型燃气轮机辅机系统还包括：排烟管道10，其分别与第一透平3和高温烟气换热器连接，第一透平3产生的高温烟气，当第二控制阀6关闭时直接从排烟管道10排出，当第二控制阀6开启时，高温烟气首先经过高温烟气换热器进行热量回收后再通过排烟管道10排出。
在本公开中，如图1所示，制冷装置还包括：换热器11，与第二压气机2连通，用于对第二压气机2压缩的空气进行初步降温；第二透平12，与换热器11连通，并与第二压气机2同轴连接，用于对换热器11降温后的空气进行进一步降温；以及滤清器13，与第二透平12连通，对降温后的空气进行过滤，通过第二压气机2对第一压气机1输送的空气进行增压，增压后的空气温度上升，通过换热器11对空气进行初步降温，再将降温后的空气输送至第二透平12进行进一步膨胀降温，再通过滤清器13过滤后即可为驾驶室或舱室内输送冷空气，实现供冷。
在本公开中，如图1所示，动力输出装置还包括：油箱14；油泵15，与油箱14连接，用于从油箱14中抽取燃油；燃烧室16，分别与第一压气机1和油泵15连接，用于将第一压气机1供给的空气以及油泵15抽取的燃油进行混合燃烧，并将生成的燃气气流输送至第一透平3中，其中油箱14可以为运输工具主发动机20的油箱，通过油泵15将油箱14内的燃油抽出，送入燃烧室16内与第一压气机1输送的空气混合燃烧，燃气气流输送至第一透平3中做功，输出机械能和高温烟气。
在本公开中，如图1所示，高温烟气换热器包括：烟气水换热器17，与第二控制阀6连接，用于将高温烟气与缸套水换热；以及烟气空气换热器18，与烟气水换热器17连接，用于将高温烟气与室外空气换热，通过将烟气水换热器17和烟气空气换热器18串联设置，从而实现对高温烟气热量的梯级回收。
在本公开中，如图1所示，制热装置还包括：水泵19，与烟气水换热器17连接，抽取主发动机20的水箱21中的缸套水与烟气水换热器17换热；以及风扇22，与烟气空气换热器18连接，驱动室外空气与烟气空气换热器18换热，通过水泵19抽取主发动机20的水箱21中的缸套水与烟气水换热器17换热，从而能够在冬季工况下为主发动机20进行暖机，使主发动机20能够在适宜的工况下运行；通过风扇22输送室外空气与烟气空气换热器18换热，再将换热后的暖风输送到室内，即可实现对舱室供热。
此处需要补充说明的是，还可以根据实际情况，关闭水泵19，从而将高温烟气全部用于与烟气空气换热器18换热，实现供热。
在本公开中，如图1所示，本公开提供的微型燃气轮机辅机系统与主发动机20共用同一燃油系统与空气过滤系统，即本公开提供的微型燃气轮机辅机系统通过油泵15从主发动机20的油箱14中抽取燃油，并且空气过滤器9过滤后的空气同时输送到第一压气机1和主发动机20中，采用此种设置，减少了本公开提供的微型燃气轮机辅机系统的组成部分，提高了系统的集成度，减小了系统的体积及重量。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)第二透平12还可以为膨胀机；
(2)风扇22还可以为鼓风机。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的微型燃气轮机辅机系统有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供的微型燃气轮机辅机系统可同时满足用户冷、热、电等不同形式的功能需求，在低温环境下，可以为运输工具的主发动机预热，为乘员舱人员提供热风，同时输出电能给运输工具的电力电子设备；在高温环境下，输出电能的同时，能够给运输工具内乘员及电子设备提供冷量。该微型燃气轮机辅机系统能够根据运输工具内部冷热电负荷需求进行灵活配置，实现运输工具内冷，热，电能量综合协调控制。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。