一种热动力压缩机和热泵系统及热泵系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热动力压缩机，包括发动机、发电机、电动机和压缩机，其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机，可以采用发动机、电动机驱动压缩机，还能发电；还公开一种热泵系统，包含两台或两台以上压缩机，其中至少有一台压缩机采用热动力压缩机，可利用热动力压缩机发电驱动其他压缩机；本发明专利技术还提供一种热泵系统的控制方法。本发明专利技术能实现电力和天然气的优势互补，而且有多种运行模式，能源利用效率高，具备显著的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种热动力压缩机和热泵系统及热泵系统控制方法
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压缩机和一种热泵系统及控制方法。
技术介绍
目前空调压缩机无论大型机还是小型压缩机，基本采用电力驱动，或在汽车等行业采用燃料动力压缩机，没有将电力驱动和燃料驱动整合的空调系统。其中空调负荷调节一般采用间歇启停压缩机，或采用成本较高的变频器，来改变压缩机电机转速。
技术实现思路
本专利技术提供一种技术，将发电机与开启式压缩机电机直接串联，既能采用电力驱动压缩机，也能很方便采用发动机驱动压缩机，而且当空调系统有多台压缩机时，能将多台压缩机动力驱动进行整合，由通过调节发动机转速，改变发电频率，不用变频器就能实现调节其他其压缩机的频率的功能。其技术解决方案如下：一种热动力压缩机，其特征在于，包括发动机、发电机、电动机和压缩机；其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机，一般为开启式离心压缩机、开启式螺杆压缩机或开启式活塞机；所述发电机和电动机均包括定子、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。其中发动机、发电机、电动机和压缩机通过连轴装置采用以下任一顺序进行连接：（1）按发动机、发电机、电动机和压缩机的顺序依次连接，其中发电机和电动机采用双伸驱动轴；（2）按发电机、发动机、电动机和压缩机的顺序依次连接，发其中动机和电动机采用双伸驱动轴；（3）按发电机、发动机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发动机和压缩机采用双伸驱动轴；（4）按发动机、发电机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发电机和压缩机采用双伸驱动轴让发动机、发电机、电动机和压缩机的四轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电动机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有开启式压缩机所采用的两极驱动电动机在50Hz三相交流电源驱动时转速约为2960r/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，当所述发电机或电动机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或电动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；所述反重力励磁绕组通过在发电机或电动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。发电机和电动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，能对发电机或电动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电动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压缩机，发电机或电动机不发电或不驱动。由于发动机、发电机、电动机和压缩机均为水平安装，而且在四者中的运动部件，发电机和电动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。由于采用发动机、发电机、和电动机和压缩机直接串联结构，此时整个发电机或电动机不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，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，不需要在发电机或电动机本体上额外增加部件，而是结合发电机或电动机已有轴承、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，使已有发电机或电动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。所述电动机还可以作为发动机发电机组启动的动力：在发动机发电机组启动前，让电动机接通电动机模块，通过电动机带动发动机转动；当发动机启动完成之后，电动机与电动机模块断开。进一步，连轴装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在发电机与电动机传动轴之间，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。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，所述的热动力压缩机还包括热动力压缩机电控系统，包括发动机控制模块、发电机控制模块、电动机控制模块和压缩机控制模块；（1）发动机控制模块控制发动机的运行；（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）电动机控制模块包括电动机模块和电动机反重力控制模块中的至少一种。所述电动机模块用于控制外部电源为电动机供电，其输出端连接电动机，电动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电动机中的电动机供电；电动机模块还可采用频率可调电源，能根据压缩机负荷自动调整电动机转速。所述发电模块的输入端与电动机连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接；用于将发电动机产生的电能输出到外部负载，外部负载如水泵、照明单元等。所述电动机反重力控制模块输出端与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电动机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时电动机工作在反重力轴承模式；当电动机控制模块需要电动机工作时，通过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电动机的定子绕组中。电动机模块和发电模块也可集成合为一个电机控制模块。（4）所述压缩机控制模块与压缩机连接，控制其运行，包括负荷控制。（5）当连轴装置采用电控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热动力压缩机，其特征在于，包括发动机、发电机、电动机和压缩机；其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机；所述发电机和电动机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；其中发动机、发电机、电动机和压缩机通过连轴装置采用以下任一顺序进行连接：按发动机、发电机、电动机和压缩机的顺序依次连接，其中发电机和电动机采用双伸驱动轴；按发电机、发动机、电动机和压缩机的顺序依次连接，其中发动机和电动机采用双伸驱动轴；按发电机、发动机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发动机和压缩机采用双伸驱动轴；按发动机、发电机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发电机和压缩机采用双伸驱动轴。

【技术特征摘要】
1.一种热动力压缩机，其特征在于，包括发动机、发电机、电动机和压缩机；其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机；所述发电机和电动机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；其中发动机、发电机、电动机和压缩机通过连轴装置采用以下任一顺序进行连接：按发动机、发电机、电动机和压缩机的顺序依次连接，其中发电机和电动机采用双伸驱动轴；按发电机、发动机、电动机和压缩机的顺序依次连接，其中发动机和电动机采用双伸驱动轴；按发电机、发动机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发动机和压缩机采用双伸驱动轴；按发动机、发电机、压缩机和电动机的顺序依次连接，其中发电机和压缩机采用双伸驱动轴。2.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或电动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；或发电机和电动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，该电磁吸力能让传动轴的水平支撑轴承或连同热发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。3.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，当所述连轴装置采用连轴器或离合器。4.根据权利要求1所述的热动力压缩机，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。5.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，还包括热动力压缩机电控系统，包括发动机控制模块、发电机控制模块、电动机控制模块和压缩机控制模块；（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）电动机控制模块包括电动机模块和电动机反重力控制模块中的至少一种；所述电动机模块与外部电源和电动机连接，控制电动机的配电；所述电动机反重力控制模块输出端与电动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电动机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时电动机工作在反重力轴承模式；当电动机控制模块需要电动机工作时，通过电动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电动机的定子绕组中；（4）压缩机控制模块用于控制压缩机的运行；（5）当连轴装置采用...

【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