一种热动力水泵及包含热动力水泵的热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种热动力水泵，包括由发动机和发电机组成燃料发电机组，水泵电机和水泵泵体组成水泵，以及电控系统；发动机和水泵电机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发动机传动轴一端与发电机传动轴连接，发动机传动轴另一端通过连轴装置与水泵泵体的传动轴相连，而水泵泵体的传动轴另一端与水泵电机连接；还公开了包含燃气水泵的热泵系统，包括一台或多台水泵和一台或多台空气源热泵机组，且至少有一台采用燃气水泵，空气源热泵机组包括压缩机、水侧换热器、表冷器和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水，本发明专利技术能采用电力和天然气多种模式运行，实现电力和天然气的优势互补，而且能源利用效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种热动力水泵及包含热动力水泵的热泵系统
本专利技术涉及燃气发电和空调领域，尤其涉及一种热动力水泵及包含热动力水泵的热泵系统。
技术介绍
中央空调系统主要包括空调主机、水泵和末端的风机盘管，对于中小规模中央空调系统，空调主机很多采用空气源热泵机组，但是空气源热泵机组在冬季制热时，当室外气温低于5度以下时，存在表冷器结霜，效率低，效果差的问题，尤其在长江一带地区，现有技术一般采用增加电辅助加热器，或直接采用燃气锅炉制热。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种热动力水泵及包含热动力水泵的热泵系统，该热动力水泵及热动力水泵控制方法灵活性好，占地面积小，易于实施，可让燃气和电力完美地实现优势互补，同时双能源体系更具战略安全性。专利技术的技术解决方案如下：一种热动力水泵，包括燃料发电机组、水泵和电控系统；所述燃料发电机组包括发动机和发电机；所述发动机采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。所述水泵包括水泵电机和水泵泵体。所述发电机和水泵电机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。所述发电机、发动机、水泵泵体和水泵电机依次串联连接；所述发动机和水泵泵体的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发动机传动轴一端与发电机传动轴连接，发动机传动轴另一端通过连轴装置与水泵泵体的传动轴相连，而水泵泵体的传动轴另一端与水泵电机连接。连轴装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在发电机与水泵电机传动轴之间，传递传动轴之间的力矩；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换。让发电机、发动机、水泵电机和水泵泵体的四轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有水泵所采用的两极驱动电机在50Hz三相交流电源驱动时转速为2950r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。进一步，当所述发电机或水泵电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或水泵电机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和水泵电机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；所述反重力励磁绕组通过在发电机或水泵电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。发电机和水泵电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或水泵电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或水泵电机传动轴的水平支撑轴承，或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零，此时工况为发动机驱动水泵，发电机或水泵电机不发电或不驱动。由于发电机、发动机、水泵泵体和水泵电机均为水平安装，而且在四者中的运动部件，发电机和水泵电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。由于采用发电机、发动机、水泵泵体和水泵电机直接串联结构，此时整个发电机或水泵电机不仅成了连接发动机与水泵泵体的传动轴和飞轮，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承。而且反重力励磁绕组结构，不需要在发电机或水泵电机本体上额外增加部件，而是结合发电机或水泵电机已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有发电机或水泵电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。进一步，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置，当发动机的转速或转向与压缩机的转速不一致时，通过变速装置使二者转速或转向达到一致，一般采用齿轮变速箱或皮带轮结构。进一步，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置，当发动机的转速或转向与压缩机的转速不一致时，通过变速装置使二者转速或转向达到一致，一般采用齿轮变速箱或皮带轮结构。进一步，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。夏季该热水可作为卫生热水。冬季该热水正好可以汇入空调热水系统，作为空调采暖的辅助热源。进一步，在发动机与发电机之间，水泵泵体与水泵电机之间也设有连轴装置，该连轴装置可为连轴器或离合器，当采用离合器时也受控于电控系统；当发动机运行，而发电机不发电时，或水泵泵体不需水泵电机驱动时，对应连轴装置断开。进一步，还包括电控系统，电控系统包括发动机控制模块、发电机控制模块和水泵电机控制模块；（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；（2）发电机控制模块包括发电机模块和发电机反重力控制模块中的至少一种；所述发电机模块与发动机模块和发电机连接，用于控制发电机的励磁，并通过发动机模块控制发动机的转速，向外部输出电源；所述发电机反重力控制模块输出端与发电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为发电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时发电机工作在反重力轴承模式；当发电机控制模块需要发电机工作时，通过发电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到发电机的定子绕组中；（3）水泵电机控制模块包括水泵电机模块和水泵电机反重力控制模块中的至少一种；所述水泵电机模块用于控制外部电源为水泵电机供电，其输出端连接水泵电机，水泵电机模块的输入端连接外部电源，用于从外部电源获取电能为水泵电机中的水泵电机供电；水泵电机模块还可采用频率可调电源，能根据水泵负荷自动调整水泵电机转速。所述发电模块的输入端与水泵电机连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接；用于将发电机产生的电能输出到外部负载，外部负载如照明单元等。所述水泵电机反重力控制模块输出端与水泵电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热动力水泵，包括燃料发电机组、水泵和电控系统；所述燃料发电机组包括发动机和发电机；所述水泵包括水泵电机和水泵泵体；所述发电机和水泵电机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述电控系统与发动机、发电机和水泵电机电气连接；其特征在于，所述发电机、发动机、水泵泵体和水泵电机依次串联连接；所述发动机和水泵泵体的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发动机传动轴一端与发电机传动轴连接，发动机传动轴另一端通过连轴装置与水泵泵体的传动轴相连，而水泵泵体的传动轴另一端与水泵电机连接；其中连轴装置为连轴器或离合器。

【技术特征摘要】
1.一种热动力水泵，包括燃料发电机组、水泵和电控系统；所述燃料发电机组包括发动机和发电机；所述水泵包括水泵电机和水泵泵体；所述发电机和水泵电机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述电控系统与发动机、发电机和水泵电机电气连接；其特征在于，所述发电机、发动机、水泵泵体和水泵电机依次串联连接；所述发动机和水泵泵体的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发动机传动轴一端与发电机传动轴连接，发动机传动轴另一端通过连轴装置与水泵泵体的传动轴相连，而水泵泵体的传动轴另一端与水泵电机连接；其中连轴装置为连轴器或离合器。2.根据权利要求1所述的热动力水泵，其特征在于，当所述发电机或水泵电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或水泵电机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和水泵电机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或水泵电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或水泵电机传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。3.根据权利要求1所述的热动力水泵，其特征在于，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。4.根据权利要求1所述的热动力水泵，其特征在于，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。5.根据权利要求1所述的热动力水泵，其特征在于，在发动机与发电机之间，水泵泵体与水泵电机也设有连轴装置。6.根据权利要求1所述的热动力水泵，其特征在于，还包括电控系统，电控系统包括发动机控制模块、发电机控制模块和水泵电机控制模块；（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；（2）发电机控制模块包括发电机模块和发电机反重力控制模块中的至少一种；所述发电机模块与发动机模块和发电机连接，用于控制发电机的励磁，并通过发动机模块控制发动机的转速，向外部输出电源；所述发电机反重力控制模块输出端与发电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为发电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时发电机工作在反重力轴承模式；当发电机控制模块需要发电机工作时，通过发电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到发电机的定子绕组中；（3）水泵电机控制模块包括水泵电机模块和水泵电机反重力控制模块中的至少一种；所述水泵电机模块用于控制外部电源为水泵电机供电；所述水泵电机反重力控制模块输出端与水泵电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43