一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，包括：空濾器，壓氣機(jī)，渦輪，中冷器，電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，燃燒室，換熱器、第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥，電控裝置；壓氣機(jī)、渦輪和電機(jī)三者同軸連接，第一切換閥分別與壓氣機(jī)出口、換熱器冷端進(jìn)口和中冷器進(jìn)口連接，燃燒室進(jìn)口與換熱器冷端出口連接，第二切換閥分別與燃燒室出口、渦輪進(jìn)口和內(nèi)燃機(jī)排氣管出口連接，第三切換閥分別與渦輪出口、大氣和換熱器熱端進(jìn)口連接，換熱器熱端出口與大氣連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，高效、環(huán)保，可分別進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓和燃?xì)獍l(fā)電兩種工作模式，以滿足對(duì)軍民用領(lǐng)域動(dòng)力機(jī)械功能多樣化的需要。
【專利說明】一種集成式潤(rùn)輪增壓_燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們節(jié)能意識(shí)的逐漸增強(qiáng)以及制定排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)越來越受到重視。在各種增壓方式中，廢氣渦輪增壓由于利用了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的能量，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，被人們廣泛地應(yīng)用。然而廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)存在起動(dòng)和加速時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)性差以及高速、高負(fù)荷下渦輪增壓器會(huì)發(fā)生超速的缺點(diǎn)。
[0003]在軍用領(lǐng)域的特種車輛中，往往配置輔機(jī)電站對(duì)車內(nèi)的電網(wǎng)供應(yīng)直流電，確保某些武器裝備在主發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)能夠正常工作，以及主機(jī)較快地起動(dòng)并投入戰(zhàn)斗狀態(tài)。傳統(tǒng)做法是采用主機(jī)低速工作帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，以便對(duì)車內(nèi)設(shè)備和空調(diào)進(jìn)行供電。但由于主機(jī)運(yùn)行在工況十分惡劣的低負(fù)荷工況點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)造成主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的磨損，同時(shí)由于車輛的噪聲和輻射發(fā)光，容易暴露目標(biāo)。因此，大大降低了主機(jī)的可靠性和使用壽命，同時(shí)也不符合戰(zhàn)術(shù)要求。另外，在民用領(lǐng)域，如船舶航運(yùn)、野外勘探和隧道施工等工程中也需要輔機(jī)電站提供電能，但是用來滿足系統(tǒng)作業(yè)要求而單獨(dú)配置的發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸大，占用了車輛和船舶的部分空間，減少了貨容，增加了燃油的消耗，使得維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了 一種帶有單獨(dú)燃燒室和廢熱回收裝置的集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)處于廢氣渦輪增壓工況。尤其當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在起動(dòng)和加速時(shí)，通過電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，快速提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)入氣缸的空氣量；在內(nèi)燃機(jī)處于高速大負(fù)荷時(shí)，渦輪的一部分能量通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電池中。當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)獍l(fā)電工況時(shí)，將單獨(dú)設(shè)計(jì)的燃燒室與渦輪增壓器連接，利用燃燒燃料產(chǎn)生的能量推動(dòng)渦輪做功，帶動(dòng)高速電機(jī)發(fā)電。產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、逆變和濾波等環(huán)節(jié)進(jìn)行處理后，供負(fù)載使用。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，主要包括:空濾器，壓氣機(jī)，渦輪，中冷器，電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，還包括燃燒室，換熱器、第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥，電控裝置；所述壓氣機(jī)、渦輪和電機(jī)三者同軸連接，第一切換閥分別與壓氣機(jī)出口、換熱器冷端進(jìn)口和中冷器進(jìn)口連接，燃燒室進(jìn)口與換熱器冷端出口連接，第二切換閥分別與燃燒室出口、渦輪進(jìn)口和內(nèi)燃機(jī)排氣管出口連接，第三切換閥分別與渦輪出口、大氣和換熱器熱端進(jìn)口連接，換熱器熱端出口與大氣連通，電控裝置分別與第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥連接。
[0006]本發(fā)明中，在所述燃燒室上還連接有點(diǎn)火裝置和燃料供給裝置。其中燃料供給裝置可以向燃燒室提供氣體或液體燃料。
[0007]本發(fā)明中，燃燒室為單管燃燒室。所述燃燒室為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)；這樣進(jìn)入燃燒室的空氣和離開燃燒室的燃?xì)饪梢詾轫樍魇交蚰媪魇健?br> [0008]第一切換閥、第二切換閥、第三切換閥均是二位三通閥，可通過此閥的切換實(shí)現(xiàn)渦輪增壓工況和燃?xì)獍l(fā)電工況中氣體的流動(dòng)方向。
[0009]本發(fā)明中，燃?xì)獍l(fā)電工況時(shí)，渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)具有單獨(dú)的電控裝置，可根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的工作狀況。
[0010]燃?xì)獍l(fā)電工況的起動(dòng)采用高壓空氣供給燃燒室直接起動(dòng)方式或由電機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，使進(jìn)入到燃燒室的空氣量增加的起動(dòng)方式。
[0011]換熱器可以為利用熱管原理工作的換熱器，具有高效和體積小的特點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明涉及的集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的工作過程為:
工作時(shí)可由電控裝置輸出相應(yīng)控制信號(hào)使系統(tǒng)在車用渦輪增壓器工況和燃?xì)獍l(fā)電工況間切換。
[0013]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于渦輪增壓工況時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的動(dòng)力來源于與其同軸的渦輪或與其同軸的電機(jī)。第一切換閥僅使壓氣機(jī)出口與中冷器連通，第二切換閥僅使內(nèi)燃機(jī)排氣管出口與渦輪進(jìn)口連通，第三切換閥僅使渦輪出口與大氣連通。由空濾器、壓氣機(jī)、中冷器和渦輪構(gòu)成的增壓系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)正常匹配和工作，其工作原理與普通增壓內(nèi)燃機(jī)無異。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在起動(dòng)和加速時(shí)，通過電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，快速提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸的空氣量；而在高速大負(fù)荷工況時(shí)，渦輪的一部分能量通過電機(jī)轉(zhuǎn)化電能，儲(chǔ)存在蓄電裝置中。這樣即可以使進(jìn)氣壓力在低速時(shí)完全不依靠于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速，消除了增壓器響應(yīng)的滯后性，又可以在高速工況下回收廢氣的能量，取消增壓器廢氣閥的設(shè)置，替代可調(diào)渦輪的作用。
[0014]當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電工況時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力來源于與其同軸的渦輪。第一切換閥使壓氣機(jī)出口與換熱器冷端進(jìn)口連通，第二切換閥僅使燃燒室出口與渦輪進(jìn)口連通，第三切換閥僅使渦輪出口與換熱器熱端進(jìn)口連通。采用高壓空氣供給燃燒室直接起動(dòng)燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電系統(tǒng)，新鮮空氣首先通過空濾器后，進(jìn)入壓氣機(jī)。壓縮空氣在換熱器中進(jìn)一步吸收來自渦輪排出廢氣的熱量，空氣溫度和壓力得到提高。燃油通過燃料供給裝置噴入到燃燒室中，經(jīng)過霧化的燃油與來自換熱器的空氣混合，由點(diǎn)火裝置將油氣混合物點(diǎn)燃，產(chǎn)生的高溫燃?xì)馔苿?dòng)渦輪膨脹做功，以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，控制系統(tǒng)根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況。經(jīng)過渦輪膨脹的廢氣經(jīng)過切換閥進(jìn)入到換熱器后，排入大氣中。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:系統(tǒng)在廢氣渦輪增壓工況時(shí)，完全不受燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電裝置的影響；尤其當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于起動(dòng)加速及高負(fù)荷工況時(shí)，可通過電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，快速提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸的空氣量；在高速大負(fù)荷工況時(shí)，渦輪的一部分能量通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。系統(tǒng)在燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電工況，只需單獨(dú)加裝結(jié)構(gòu)緊湊的高效單管燃燒室及其相關(guān)管路和附屬設(shè)備，便可結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓裝置進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)電，以適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)不同用途的需要。單管燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便，能夠達(dá)到簡(jiǎn)化現(xiàn)有專門用于發(fā)電系統(tǒng)的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]為了更好地說明本發(fā)明的目的與優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)主要包括空濾器1，壓氣機(jī)2，中冷器3，內(nèi)燃機(jī)4，換熱器5，燃燒室6，點(diǎn)火裝置7，燃料供給裝置8，電控裝置9，渦輪10，第一切換閥11、第二切換閥12、第三切換閥13，電機(jī)14。
[0019]壓氣機(jī)2、渦輪10和電機(jī)14三者同軸連接，空濾器I進(jìn)口與大氣相連通，壓氣機(jī)2進(jìn)口與空濾器I出口連通，第一切換閥11分別與壓氣機(jī)2出口、換熱器5冷端進(jìn)口和中冷器3進(jìn)口連通，燃燒室6進(jìn)口與換熱器5冷端出口連通，燃燒室6出口通過第二切換閥12分別與渦輪10進(jìn)口和內(nèi)燃機(jī)4排氣管出口連通。渦輪10出口通過第三切換閥13分別與大氣、內(nèi)燃機(jī)4排氣管和換熱器5熱端進(jìn)口連通,完成換熱后的廢氣從換熱器5熱端出口排至大氣。
[0020]燃料供給裝置8、點(diǎn)火裝置7、電控裝置9均與燃燒室6連接。其中燃料供給裝置8通過電磁閥控制為燃燒室6提供氣體或液體燃料。燃燒室6與電控裝置9連接，可根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的工況。
[0021]燃燒室6為單管燃燒室6。并且燃燒室6為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)。換熱器5為熱管工作原理進(jìn)行工作。
[0022]當(dāng)系統(tǒng)工作在渦輪10增壓工況時(shí)，第一切換閥11使壓氣機(jī)2出口與中冷器3連通，第二切換閥12僅使內(nèi)燃機(jī)4出口與渦輪10進(jìn)口連通，第三切換閥13僅使渦輪10出口與大氣連通。依靠空濾器1、壓氣機(jī)2、中冷器3和渦輪10構(gòu)成的增壓系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)4正常匹配和工作，其工作原理與普通增壓內(nèi)燃機(jī)4無異。尤其當(dāng)內(nèi)燃機(jī)4在起動(dòng)和加速時(shí)，通過電機(jī)14輔助驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)2，快速提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)4氣缸的空氣量；在高速大負(fù)荷工況時(shí)，渦輪10的一部分能量通過電機(jī)14轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電裝置中。這樣即可以使進(jìn)氣壓力在低速時(shí)完全不依靠于內(nèi)燃機(jī)4的轉(zhuǎn)速，消除了增壓器響應(yīng)的滯后性，又可以在高速工況下回收廢氣的能量，取消增壓器廢氣閥的設(shè)置，替代可調(diào)渦輪的作用。
[0023]當(dāng)系統(tǒng)工作在燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電工況時(shí)，第一切換閥11使壓氣機(jī)2出口與換熱器5的冷端進(jìn)口連通，第二切換閥12僅使燃燒室6出口與渦輪10進(jìn)口連通，第三切換閥13僅使渦輪10出口與換熱器5的熱端進(jìn)口連通。采用高壓空氣供給燃燒室6直接起動(dòng)燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)電系統(tǒng)，新鮮空氣首先通過空濾器I后，進(jìn)入壓氣機(jī)2。壓縮空氣在換熱器5中進(jìn)一步吸收廢氣的熱量，空氣溫度和壓力得到提高。燃油通過燃油供給裝置8噴入到燃燒室6中，經(jīng)過霧化的燃油與來自換熱器5的空氣混合，由點(diǎn)火裝置7將油氣混合物點(diǎn)燃，產(chǎn)生的高溫燃?xì)馔苿?dòng)渦輪10膨脹做功，以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)2和電機(jī)14進(jìn)行發(fā)電，電控裝置9根據(jù)增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況。經(jīng)過渦輪10膨脹后的廢氣經(jīng)過第三切換閥13進(jìn)入到換熱器5后，排入大氣中。
[0024]本發(fā)明通過集成增壓內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器、燃燒室、電機(jī)及附屬系統(tǒng)的方式，在結(jié)構(gòu)上將渦輪10、壓氣機(jī)2、燃燒室6、點(diǎn)火裝置7、燃料供給裝置8等主要部件一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，高效、環(huán)保，可分別進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓和燃?xì)獍l(fā)電兩種工作模式，以滿足對(duì)軍民用領(lǐng)域動(dòng)力機(jī)械功能多樣化的需要。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，主要包括:空濾器(1)，壓氣機(jī)(2)，渦輪(10)，中冷器(3)，電機(jī)(14)，內(nèi)燃機(jī)(4)，其特征在于:還包括燃燒室(6)，換熱器(5)、第一切換閥(11)、第二切換閥(12)、第三切換閥(13)，電控裝置(9);所述壓氣機(jī)(2)、渦輪(10)和電機(jī)(14)三者同軸連接，第一切換閥(11)分別與壓氣機(jī)(2 )出口、換熱器(5 )冷端進(jìn)口和中冷器(3)進(jìn)口連接，燃燒室(6)進(jìn)口與換熱器(5)冷端出口連接，第二切換閥(12)分別與燃燒室(6)出口、渦輪(10)進(jìn)口和內(nèi)燃機(jī)(4)排氣管出口連接，第三切換閥(13)分別與渦輪(10)出口、大氣和換熱器(5)熱端進(jìn)口連接，換熱器(5)熱端出口與大氣連通，電控裝置(9)分別與第一切換閥(11)、第二切換閥(12)、第三切換閥(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在所述燃燒室(6 )上還連接有點(diǎn)火裝置(7 )和燃料供給裝置(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述燃燒室(6)為單管燃燒室。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述燃燒室(6)為順流式結(jié)構(gòu)或逆流式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述第一切換閥(11)、第二切換閥(12 )、第三切換閥(13 )均是二位三通閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)燃?xì)獍l(fā)電時(shí)，起動(dòng)采用高壓空氣供給燃燒室(6)直接起動(dòng)方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱器(5)為熱管工作原理進(jìn)行工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式渦輪增壓-燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在所述燃燒室(6 )上還連接有所述電控裝置(9 )。
【文檔編號(hào)】F02B69/00GK103939208SQ201410189920
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】張強(qiáng), 馬朝臣 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)