[发明专利]一种基于模块化设计的燃气轮机适应型发电装置

说明书

本发明属于发电系统设计领域，公开了一种基于模块化设计的燃气轮机适应型发电装置。该发电装置包括燃气轮机轴、燃气轮机轴齿轮、系统机壳、n个电机、多个电机齿轮、功率器件组、支撑电容、直流母排、驱动器件组。本发明通过模块化的设计，由n个百千瓦功率等级的电机组成兆瓦级发电机系统，每个电机的径向尺寸小，更有利于实现系统的高速化运转；通过n个电机的并联，可以实现系统整体的冗余功能，在单个电机发生失效时，其余电机也可正常发电；可以根据负载需求的变化，切换不同电机的工作状态，实现不同的工作模式。

技术领域

本发明属于发电系统设计领域，具体涉及一种基于模块化设计的燃气轮机适应型发电装置。

背景技术

为满足重型车辆、大吨位舰船等高能量供给的需求，高功率密度的燃气轮机成为上述装备动力装置的首选。由于燃气轮机具有大功率(兆瓦级)、高转速(2万转/分钟以上)的特点，这就要求与燃气轮机相匹配的发电机系统的功率和转速也要不断提高。但是目前兆瓦级以上的燃气轮机发电机系统的体积庞大：如果电机的径向尺寸增大则会导致电机转子的线速度过高，因而无法适应更高的转速；如果电机的轴向尺寸增大则会导致整个燃气轮机发电系统的轴向尺寸过长，因而无法适应重型车辆尤其是特种车辆的内部安装空间。因此，可用于机动运载平台的匹配额定2MW以上燃气轮机的高功率密度发电机系统的相关研究几乎为空白。

中国专利CN 110735713A提供了一种中大功率分体车载式燃气轮机发电机组，将发电机车移动单元和电控车移动单元分别运输，通过将电控车底盘固定在发电机车底盘上，电气控制系统引出的动力电缆通过动力电缆输出接口分别与燃气轮机的主体以及发电机的主体连接在一起，实现高功率输出，但是该发明使得发电系统庞大，无法满足小型化发展的要求。

中国专利CN112682172A提供一种车载应急燃气轮机电机组，将传统的燃气轮机发电机组集成到卡车上，卡车发动机取力器作为燃气轮机的气动动力源，带动液压启动系统完成机组启动，集成度高、机动灵活，解决高功率燃气轮机发电机组半挂车形式的道路通过性差的问题，但未对发电机系统进行高功率高转速的设计；

中国专利CN113339138A提供一种新型燃气轮机发电机，通过在燃气轮机外部机匣固定电机转子，机匣内部固定电机定子的方式，将燃气轮机发电机组的设备体积减小，并降低了设备重量，但是该设计并未考虑径向尺寸大给高速转子旋转时带来较大的轴向力，严重时会损坏轴承，同时振动也会非常严重，同时该发明中的发电系统功率无法达到兆瓦级别。

发明内容

本发明为适应重型车辆、大吨位舰船等机动运载平台对高功率密度、高转速、小型化、轻量化的发电系统的要求，提出了一种基于模块化设计的燃气轮机适应型发电装置，通过模块化设计，实现燃气轮机发电机系统的高功率密度、高转速适应性、小型化的优势。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种基于模块化设计的燃气轮机适应型发电装置，该装置包括燃气轮机轴1、燃气轮机轴齿轮2、系统机壳3、n个电机、多个电机齿轮、功率器件组12、支撑电容13、直流母排14、驱动器件组15；

系统机壳3为由n个空心圆柱结构以阵列方式排列相组合而成的结构，系统机壳3中心开有通孔，用于安装支撑电容；系统机壳3上的空心圆柱结构中分别置入1个电机，系统机壳3的前后表面分别与每个电机的前端盖21和后端盖22同轴固定连接；支撑电容13置于系统机壳3的中心通孔中，前端与系统机壳3前表面重合，后端与直流母排14的正负极通过支撑电容固定螺母进行电气连接并固定；

所有电机安装在系统机壳3中，n个电机的永磁体N极相差p为电机的极对数；每个电机的转子轴17伸出端分别同轴安装有1个电机齿轮；每个电机齿轮均与燃气轮机轴齿轮2相啮合；