微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)目錄

前言

第1章微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與分布式供電系統(tǒng)1

1.1微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的概況1

1.2微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的比較4

1.2.1內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)4

1.2.2微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)7

1.3微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀10

1.3.1國外研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀10

1.3.2國內(nèi)研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀12

參考文獻(xiàn)12

第2章微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)及工作原理14

2.1微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)14

2.1.1微型燃?xì)廨啓C(jī)15

2.1.2永磁同步發(fā)電機(jī)16

2.1.3電能變換單元18

2.1.4智能控制單元23

2.1.5能量存儲(chǔ)技術(shù)28

2.2微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組工作原理31

2.2.1微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)31

2.2.2正常運(yùn)行32

參考文獻(xiàn)37

第3章微型燃?xì)廨啓C(jī)38

3.1微型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件39

3.1.1壓縮機(jī)39

3.1.2回?zé)崞?1

3.1.3燃燒室45

3.1.4渦輪機(jī)49

3.1.5轉(zhuǎn)子與軸承50

3.1.6波轉(zhuǎn)子53

3.1.7輔助系統(tǒng)54

3.2微型燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)57

3.2.1微型燃?xì)廨啓C(jī)等壓理想簡單循環(huán)58

3.2.2微型燃?xì)廨啓C(jī)等壓理想回?zé)嵫h(huán)59

3.2.3回?zé)嵫h(huán)過程計(jì)算60

3.2.4工質(zhì)在大氣中自然放熱過程70

3.2.5微型燃?xì)廨啓C(jī)有無回?zé)嵫b置的性能比較71

3.2.6微型燃?xì)廨啓C(jī)特性循環(huán)計(jì)算71

3.2.7微型燃?xì)廨啓C(jī)與波轉(zhuǎn)子頂層循環(huán)73

3.2.8外燃式微型燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)74

3.3壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)76

3.3.1壓縮機(jī)葉輪設(shè)計(jì)76

3.3.2壓縮機(jī)擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)82

3.4壓縮機(jī)的能量損失86

3.4.1摩擦損失86

3.4.2分離損失87

3.4.3二次流損失87

3.4.4尾跡損失89

3.4.5流通損失計(jì)算89

3.5微型燃?xì)廨啓C(jī)向心渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)91

3.5.1向心渦輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)91

3.5.2向心渦輪機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93

參考文獻(xiàn)103

第4章高速永磁同步發(fā)電機(jī)105

4.1高速永磁同步發(fā)電機(jī)的原理與特點(diǎn)105

4.1.1高速永磁同步電機(jī)的原理105

4.1.2高速永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)107

4.2高速永磁同步電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀108

4.2.1國外高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀108

4.2.2國內(nèi)高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀109

4.2.3研發(fā)高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)的必要性109

4.3高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)111

4.3.1高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與材料111

4.3.2高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)分析116

4.3.3高速永磁同步電機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)分析122

4.4高速永磁中頻同步發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)127

4.4.1設(shè)計(jì)過程127

4.4.2設(shè)計(jì)任務(wù)128

4.4.3永磁體材料的體積128

4.4.4轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)129

4.4.5電樞繞組與定子結(jié)構(gòu)130

4.4.6參數(shù)計(jì)算與校核132

4.4.7仿真設(shè)計(jì)136

參考文獻(xiàn)139

第5章電能變換與系統(tǒng)控制141

5.1MTG系統(tǒng)電能變換單元141

5.2AC—DC雙向變換器142

5.2.1雙向變換器的基本工作原理142

5.2.2雙向變換器主電路結(jié)構(gòu)144

5.2.3雙向變換器的基本工作模式147

5.2.4雙向變換器的控制方案147

5.3DC—AC逆變器149

5.3.1基本電路結(jié)構(gòu)150

5.3.2基本工作模式151

5.3.3驅(qū)動(dòng)與控制153

5.4蓄電池160

5.4.1閥控鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)161

5.4.2閥控鉛蓄電池的基本工作原理161

5.4.3閥控型密封鉛酸蓄電池的端電壓163

5.4.4蓄電池的充電方法165

5.5充電器165

5.5.1半橋式隔離充電器166

5.5.2全橋式變換電路168

5.6控制單元171

5.6.1控制單元的主要作用171

5.6.2控制單元的組成172

參考文獻(xiàn)172

第6章微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的開發(fā)與應(yīng)用173

6.1微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的主要開發(fā)制造商173

6.1.1Bowman公司173

6.1.2Capstone燃?xì)廨啓C(jī)公司175

6.1.3Elliott能源系統(tǒng)股份有限公司178

6.1.4Ingersoll—Rand能源系統(tǒng)公司178

6.1.5Turbec公司181

6.2微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)目標(biāo)與應(yīng)用領(lǐng)域183

6.2.1微型燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用方式186

6.2.2分布式供電與熱電聯(lián)供192

6.2.3混合動(dòng)力汽車197

6.2.4MTG與電網(wǎng)的互連和供電201

6.3微型燃?xì)廨啓C(jī)的國內(nèi)外應(yīng)用案例204

6.3.1國外應(yīng)用案例204

6.3.2國內(nèi)應(yīng)用案例215

參考文獻(xiàn)222

第7章微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的性能指標(biāo)224

7.1主要電氣性能224

7.1.1額定電氣指標(biāo)224

7.1.2負(fù)荷性能224

7.2動(dòng)力性能225

7.2.1運(yùn)行特性225

7.2.2起動(dòng)特性229

7.2.3燃油消耗率230

7.2.4熱效率232

7.2.5輸出功率236

7.3安全與保護(hù)236

7.3.1超速保護(hù)236

7.3.2接地保護(hù)237

7.3.3熄火保護(hù)238

7.3.4潤滑不良保護(hù)238

7.3.5超溫保護(hù)238

7.3.6過載、過壓和短路保護(hù)238

7.4可靠性與環(huán)境特性238

7.4.1可靠性、維修性及可用性238

7.4.2環(huán)境特性242

7.5微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的技術(shù)認(rèn)證247

7.5.1互聯(lián)認(rèn)證248

7.5.2質(zhì)量認(rèn)證249

7.5.3環(huán)境認(rèn)證249

參考文獻(xiàn)251 2100433B

內(nèi)容包括微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組與分布式供電系統(tǒng)；微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)及原理；微型燃?xì)廨啓C(jī)；高速永磁同步電機(jī)；電能變換與系統(tǒng)控制；微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的開發(fā)與應(yīng)用；微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的性能指標(biāo)。

正常運(yùn)行情況下，微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中永磁發(fā)電機(jī)輸出的高頻電能，必須經(jīng)過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)頻率變換才能送入工頻電網(wǎng)。也就是說，并網(wǎng)運(yùn)行的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的永磁發(fā)電機(jī)與工頻交流電網(wǎng)之間需要有用于實(shí)現(xiàn)頻率變換的變流器(也叫變頻器)。一般采用AC—DC—AC變換的方式。 在起動(dòng)階段，永磁發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)模式時(shí)，必須為該高速電機(jī)提供高頻的交流電源。也就是說，在工頻電網(wǎng)為微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的高速電機(jī)供電(永磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)模式)時(shí)，也需要變頻轉(zhuǎn)換。

由于在永磁發(fā)電機(jī)和工頻電網(wǎng)之間，電能可能從永磁發(fā)電機(jī)流向電網(wǎng)(正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)電模式)，也可能是從電網(wǎng)流向永磁發(fā)電機(jī)(起動(dòng)階段的電動(dòng)機(jī)模式)，這就要求變頻裝置可以靈活控制，而且變流器中的電力電子開關(guān)器件必須是全控型的。

如果是離網(wǎng)運(yùn)行的話，起動(dòng)階段還必須提供容量足夠的儲(chǔ)能裝置。

先進(jìn)微型燃?xì)廨啓C(jī)具有多臺(tái)集成擴(kuò)容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振動(dòng)、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進(jìn)技術(shù)特征，除了分布式發(fā)電外，還可用于備用電站、熱電聯(lián)產(chǎn)、并網(wǎng)發(fā)電、尖峰負(fù)荷發(fā)電等，是提供清潔、可靠、高質(zhì)量、多用途、小型分布式發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式，無論對(duì)中心城市還是遠(yuǎn)郊農(nóng)村甚至邊遠(yuǎn)地區(qū)均能適用。此外，微型燃?xì)廨啓C(jī)在民用交通運(yùn)輸（混合動(dòng)力汽車）以及軍車以及陸海邊防方面均具有優(yōu)勢(shì)，受到美、俄等軍事大國的關(guān)注，因此，從國家安全看發(fā)展微型燃?xì)廨啓C(jī)也是非常重要的。

中國100千瓦微型燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行

繼首次熱啟動(dòng)成功后，日前，國內(nèi)首臺(tái)100千瓦微型燃?xì)廨啓C(jī)在中航工業(yè)東安成功加載至100千瓦，達(dá)到額定發(fā)電功率狀態(tài)，運(yùn)行穩(wěn)定，標(biāo)志著100千瓦級(jí)微型燃?xì)廨啓C(jī)及其供能系統(tǒng)課題研究又邁出了具有決定意義的一步。

100千瓦級(jí)微型燃?xì)廨啓C(jī)及其供能系統(tǒng)是以東安為主體實(shí)施單位，聯(lián)合中國科學(xué)院工程熱物理研究所、西安交通大學(xué)、中航工業(yè)動(dòng)研所共同承擔(dān)的“十一五”國家“863計(jì)劃”微型燃?xì)廨啓C(jī)重點(diǎn)項(xiàng)目課題。課題組先后完成了高效葉輪機(jī)械、低污染低排放燃燒室、緊湊式原表面回?zé)崞?、高速永磁電機(jī)、燃機(jī)控制器和變頻系統(tǒng)以及微型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)的設(shè)計(jì)研制，取得了豐碩的科研成果，已申請(qǐng)并獲得國家專利30余項(xiàng)。試驗(yàn)中，參研單位采用了國際先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更新了潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，改造了安裝平臺(tái)、燃?xì)廨啓C(jī)支撐臺(tái)架和排氣系統(tǒng)，為試車創(chuàng)造了條件。

100千瓦微型燃?xì)廨啓C(jī)研制取得決定性突破將有助于提高我國微型燃?xì)廨啓C(jī)及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)能力，形成我國微型燃?xì)廨啓C(jī)較完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系和制造能力，為開拓以微型燃?xì)廨啓C(jī)為核心的分布式供能產(chǎn)業(yè)提供支撐。同時(shí)，將縮短我國微型燃?xì)廨啓C(jī)研制水平與世界先進(jìn)水平的差距。下一步參研單位將進(jìn)行回?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)和工程示范，力爭早日完成課題任務(wù)，實(shí)現(xiàn)微型燃?xì)廨啓C(jī)由基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的跨越。