一种电磁调速传动的燃气发动机直驱热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵领域，具体地讲，涉及一种电磁调速传动的燃气发动机直驱热泵系统。

背景技术

随着我国节能减排意识的不断加强，以及国家系列天然气分布式能源鼓励政策的出台，热泵技术及装置在天然气分布式能源项目中得到了广泛的应用。在此类项目中，热泵装置一般为电力驱动，同时为提高能效、降低成本，常配套燃气发电机组为热泵装置提供电力，燃气发电机组首先将燃气的化学能转变为电能，发电机输出的电力通过并网系统并入当地电网，然后热泵装置电动机通过配电系统从电网取电做驱动动力。

此种模式下，整个热泵电力驱动系统由燃气发动机、发电机、并网系统、配电系统、电动机等构成，系统较为复杂，投资较高，且一般必须办理电力并网手续，手续较为繁琐，增加了项目实施的难度；同时，因为发电机及电动机的存在，有两次电力能量型式转换，系统能源利用效率降低；再次，为完成热泵系统的平稳启停、加减载等，需为热泵装置电动机配套软启动装置或变频器等，二者的使用会对电网形成谐波污染，进而影响其他用电设备的正常使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁调速传动的燃气发动机直驱热泵系统，旨在解决前述天然气分布式能源系统中，燃气发电机组发电并网及配电电驱热泵系统工艺及设备配置复杂、电力多次转换能量损失较多、整体投资较高、需办理较为繁琐的电力并网手续、软起及变频过程对电网的谐波污染等系列问题。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种电磁调速传动的燃气发动机直驱热泵系统，包括燃气发动机、电磁调速传动装置、定传动比传动装置及热泵装置，其特征是：所述燃气发动机的输出端固定连接所述电磁调速传动装置的输入端，所述电磁调速传动装置的输出端固定连接所述定传动比传动装置的输入端，所述定传动比传动装置的输出端固定连接所述热泵装置的输入端，所述电磁调速传动装置用于实现启停机及加减载过程中所述燃气发动机与所述热泵装置间的调速传动及离合功能，所述定传动比传动装置用于实现所述燃气发动机与所述热泵装置转速的匹配。

作为本技术方案的进一步限定，所述的燃气发动机为活塞往复式燃气内燃发动机或燃气轮机。

作为本技术方案的进一步限定，所述定传动比传动装置包括主动齿轮及从动齿轮，所述主动齿轮啮合所述从动齿轮，所述主动齿轮固定连接所述定传动比传动装置的输入端，所述从动齿轮固定连接所述定传动比传动装置的输出端。

作为本技术方案的进一步限定，所述热泵装置为蒸汽压缩型，其压缩机为离心式或螺杆式。

作为本技术方案的进一步限定，所述的热泵装置实现制冷或制热功能。

作为本技术方案的进一步限定，所述电磁调速传动装置为电磁滑差离合器。

作为本技术方案的进一步限定，所述电磁滑差离合器包括电枢、磁极、励磁线圈、集电环及晶闸管整流器，所述电枢固定连接所述燃气发动机的输出端，所述磁极固定连接所述定传动比传动装置的输入端，所述燃气发动机的输出端及所述定传动比传动装置的输入端分别轴承连接所述电磁滑差离合器的外壳，所述磁极缠绕一组所述励磁线圈，每组所述励磁线圈分别固定连接集电环，两个所述集电环分别固定连接定传动比传动装置的输入端，所述两个所述集电环分别匹配相应的电刷，所述电刷通过导线固定连接所述晶闸管整流器，所述晶闸管整流器固定连接所述电磁滑差离合器的外壳。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

（1）本发明采用上述方案，结构及工艺设计合理，不再采用“燃气发电机组输出的电力并网、然后再给热泵系统电动机配电”的模式，而是采用燃气发动机输出的轴功直接驱动热泵装置，该系统：省去了两次电力能量型式转化，减少了能量损失，从整体上提高了能量转换及利用效率；省去了发电机、并网系统、配电系统、电动机等系列装置，系统大为简化，投资降低、可靠性提高；省去了繁琐的电力并网手续的办理，降低了项目运作及实施难度；

（2）通过设置电磁调速传动装置，在启停及加减载过程中维持燃气发动机转速基本不变的情况下，实现了热泵装置的无级变速调节及与燃气发动机间的离合功能，较好的解决了热泵装置对燃气发动机的负载冲击问题，替代了变频器或软启动装置，避免了对电网的谐波污染；

（3）通过设置定传动比传动装置，实现了燃气发动机与热泵装置间的工作转速调节与匹配。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中配置电磁滑差离合器的系统结构示意图。

图中：1、燃气发动机，2、电磁调速传动装置，3、定传动比传动装置，4、热泵装置,5、电枢，6、磁极，7、励磁线圈，8、集电环，9、晶闸管整流器，10、从动齿轮，11、主动齿轮，12、电磁滑差离合器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-2所示，本发明包括燃气发动机1、电磁调速传动装置2、定传动比传动装置3及热泵装置4，所述燃气发动机1的输出端固定连接所述电磁调速传动装置2的输入端，所述电磁调速传动装置2的输出端固定连接所述定传动比传动装置3的输入端，所述定传动比传动装置3的输出端固定连接所述热泵装置4的输入端，所述电磁调速传动装置2用于实现启停机及加减载过程中所述燃气发动机1与所述热泵装置4间的调速传动及离合功能，所述定传动比传动装置3用于实现所述燃气发动机1与所述热泵装置4转速的匹配。

所述的燃气发动机1为活塞往复式燃气内燃发动机或燃气轮机。其具有完整的燃料供给、点火、启动、润滑、冷却、排气及控制系统等，除直接输出并作为系统驱动主动力的轴功外，与常规的分布式能源项目中的燃气内燃机发电机组、燃气轮机机组一样，可对其冷却水、排气系统余热等进行回收利用用于供冷、供热。

所述定传动比传动装置3包括主动齿轮11及从动齿轮12，所述主动齿轮11啮合所述从动齿轮12，所述主动齿轮11固定连接所述定传动比传动装置3的输入端，所述从动齿轮12固定连接所述定传动比传动装置3的输出端。

所述热泵装置4为蒸汽压缩型，其压缩机为离心式或螺杆式。

所述的热泵装置4实现制冷或制热功能。

所述电磁调速传动装置2为电磁滑差离合器12。

实施例：如图2所示，所述电磁滑差离合器12包括电枢5、磁极6、励磁线圈7、集电环8及晶闸管整流器9，所述电枢5固定连接所述燃气发动机1的输出端，所述磁极6固定连接所述定传动比传动装置3的输入端，所述燃气发动机1的输出端及所述定传动比传动装置3的输入端分别轴承连接所述电磁滑差离合器12的外壳，所述磁极6缠绕一组所述励磁线圈7，每组所述励磁线圈7分别固定连接集电环8，两个所述集电环8分别固定连接定传动比传动装置3的输入端，所述两个所述集电环8分别匹配相应的电刷，所述电刷通过导线固定连接所述晶闸管整流器9，所述晶闸管整流器9固定连接所述电磁滑差离合器12的外壳。

本实施例的工作流程为：电磁滑差离合器12，其工作原理基于电磁感应原理，为非接触式传动，具体到本发明：磁极6和励磁线圈7在励磁电流作用下形成主磁通，电枢5由燃气发动机1驱动以恒定方向旋转，切割前述磁场，并在电枢5内形成一个脉冲的电枢反应磁场，它与主磁通合成产生电磁力，此电磁力产生的电磁转矩驱动磁极6跟着电枢5同方向转动，并带动定传动比传动装置3的主动齿轮10转动，完成动力由燃气发动机1向热泵装置4的传递；一般情况下，对外做功时，燃气发动机1在额定转速附近运行（电枢5转速与燃气发动机1保持一致），通过集电环8、晶闸管整流器9调整励磁电流大小，可改变主磁通的强弱、调整电磁反应转矩的大小，进而改变磁极6的转速，通过定传动比传动装置3，最终改变热泵装置4的实际工作转速，励磁电流可连续调整，故可以实现“无级调速传动”；当励磁电流为零时，磁极6是不会转动的，此时相当于燃气发动机1与热泵装置4动力传动“离开”,一旦通入励磁电流，在磁场作用下，磁极6即刻转动起来，相当于燃气发动机1与热泵装置4动力传动“合上”，从而实现“离合”功能；其突出优点为，通过改变励磁电流大小实现无级调速传动及离合的过程中，基本不改变燃气发动机1的转速，可以保障燃气发动机1始终工作稳定、高效，避免了系统启停机、加减载过程中，对燃气发动机1的负荷冲击。

如图2所示的热泵系统启动前，电磁滑差离合器12应处于“离开”状态，此时励磁电流为零；系统启动时，首先完成燃气发动机1的启动，待运行参数达到加载要求时，通过集电环8、晶闸管整流器9逐渐通入励磁电流，励磁绕组7形成主磁通，磁极6与电枢5间形成电磁转矩，进而跟随电枢5转动，此时电磁滑差离合器12处于“合上”状态，随着励磁电流的不断加大，磁极6转速不断升高，传动扭矩不断加大，并带动定传动比传动装置3、热泵装置4等转速不断升高，直至达到额定工作转速，完成系统平稳启动；当系统转入额定工作转速正常运行后，热泵装置4的负载发生变化时，可以通过调整励磁电流大小改变磁场强弱进而改变电磁转矩的大小，实现平稳加减载；当系统停机时，逐渐减小电磁滑差离合器12励磁电流，此过程中，随着磁场的逐渐减弱，磁极6转速逐渐降低，传动扭矩不断变小，并带动定传动比传动装置3、热泵装置4等转速不断降低，当励磁电流降为零时，电磁滑差离合器12重新处于“离开”状态，磁极6将停止转动，系统完成平稳停机。前述启停机、加减载过程中，可以实现无级调速传动及离合，故对燃气发动机1的负载冲击较小，可基本维持转速不变，燃气发动机1始终工作稳定高效。

本发明因为直接使用燃气发动机1的轴功，省去了常规分布式能源系统中，燃气发电机组到热泵装置间的发电机、电动机两次电力能量转换，降低了能量损失，使得燃气一次能源的整体利用效率得到提高；省去了发电、并网、配电、电动等系统，大大简化了系统工艺及设备配置，降低了项目投资；因为不再存在电力并网，免去了常规分布式能源系统中相对较为繁琐的发电并网上网手续的办理，降低了项目实施的难度；因为热泵装置4主动力由燃气发动机1提供，不再直接使用电力，故避免了因使用变频器、软启动等对电网形成的谐波污染。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。