微型燃气轮机应用—安全

主要起草单位：西安交通大学、中国科学院工程热物理研究所、中国航发湖南动力机械研究所、南京燃气轮机研究所、中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司。

主要起草人：丰镇平、李祥晟、谭春青、高庆、曲丰荣、邓清华、徐文文、张前社、单晓明。 2100433B

2019年10月18日，《微型燃气轮机应用—安全》发布。

2020年5月1日，《微型燃气轮机应用—安全》实施。

2019年10月18日，《微型燃气轮机应用―安全》发布。

2020年5月1日，《微型燃气轮机应用―安全》实施。

主要起草单位 西安交通大学 、南京燃气轮机研究所 、中国科学院工程热物理研究所 、中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司 、中国航发湖南动力机械研究所 、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 。

主要起草人 丰镇平 、李祥晟 、邓清华 、徐文文 、谭春青 、高庆 、张前社 、单晓明 、曲丰荣 。 2100433B

前言

第1章微型燃气轮机发电机组与分布式供电系统1

1.1微型燃气轮机发电机组的概况1

1.2微型燃气轮机发电机组与内燃机发电机组的比较4

1.2.1内燃机发电机组特点4

1.2.2微型燃气轮机发电机组的特点7

1.3微型燃气轮机发电机组的研发与应用现状10

1.3.1国外研发与应用现状10

1.3.2国内研发与应用现状12

参考文献12

第2章微型燃气轮机发电机组结构及工作原理14

2.1微型燃气轮机发电机组的结构14

2.1.1微型燃气轮机15

2.1.2永磁同步发电机16

2.1.3电能变换单元18

2.1.4智能控制单元23

2.1.5能量存储技术28

2.2微型燃气轮机发电机组工作原理31

2.2.1微型燃气轮机发电机组的起动31

2.2.2正常运行32

参考文献37

第3章微型燃气轮机38

3.1微型燃气轮机关键部件39

3.1.1压缩机39

3.1.2回热器41

3.1.3燃烧室45

3.1.4涡轮机49

3.1.5转子与轴承50

3.1.6波转子53

3.1.7辅助系统54

3.2微型燃气轮机热力循环57

3.2.1微型燃气轮机等压理想简单循环58

3.2.2微型燃气轮机等压理想回热循环59

3.2.3回热循环过程计算60

3.2.4工质在大气中自然放热过程70

3.2.5微型燃气轮机有无回热装置的性能比较71

3.2.6微型燃气轮机特性循环计算71

3.2.7微型燃气轮机与波转子顶层循环73

3.2.8外燃式微型燃气轮机循环74

3.3压缩机结构设计76

3.3.1压缩机叶轮设计76

3.3.2压缩机扩压器设计82

3.4压缩机的能量损失86

3.4.1摩擦损失86

3.4.2分离损失87

3.4.3二次流损失87

3.4.4尾迹损失89

3.4.5流通损失计算89

3.5微型燃气轮机向心涡轮机的结构设计91

3.5.1向心涡轮机的热力设计91

3.5.2向心涡轮机叶轮的结构设计93

参考文献103

第4章高速永磁同步发电机105

4.1高速永磁同步发电机的原理与特点105

4.1.1高速永磁同步电机的原理105

4.1.2高速永磁同步电机的特点107

4.2高速永磁同步电机技术现状108

4.2.1国外高速永磁中频同步发电机技术现状108

4.2.2国内高速永磁中频同步发电机技术现状109

4.2.3研发高速永磁中频同步发电机的必要性109

4.3高速永磁中频同步发电机的关键技术111

4.3.1高速永磁中频同步发电机的结构与材料111

4.3.2高速永磁中频同步发电机关键技术分析116

4.3.3高速永磁同步电机技术性能指标分析122

4.4高速永磁中频同步发电机的电磁设计127

4.4.1设计过程127

4.4.2设计任务128

4.4.3永磁体材料的体积128

4.4.4转子的结构129

4.4.5电枢绕组与定子结构130

4.4.6参数计算与校核132

4.4.7仿真设计136

参考文献139

第5章电能变换与系统控制141

5.1MTG系统电能变换单元141

5.2AC—DC双向变换器142

5.2.1双向变换器的基本工作原理142

5.2.2双向变换器主电路结构144

5.2.3双向变换器的基本工作模式147

5.2.4双向变换器的控制方案147

5.3DC—AC逆变器149

5.3.1基本电路结构150

5.3.2基本工作模式151

5.3.3驱动与控制153

5.4蓄电池160

5.4.1阀控铅酸蓄电池的基本结构161

5.4.2阀控铅蓄电池的基本工作原理161

5.4.3阀控型密封铅酸蓄电池的端电压163

5.4.4蓄电池的充电方法165

5.5充电器165

5.5.1半桥式隔离充电器166

5.5.2全桥式变换电路168

5.6控制单元171

5.6.1控制单元的主要作用171

5.6.2控制单元的组成172

参考文献172

第6章微型燃气轮机发电机组的开发与应用173

6.1微型燃气轮机发电机组的主要开发制造商173

6.1.1Bowman公司173

6.1.2Capstone燃气轮机公司175

6.1.3Elliott能源系统股份有限公司178

6.1.4Ingersoll—Rand能源系统公司178

6.1.5Turbec公司181

6.2微型燃气轮机发电机组的设计目标与应用领域183

6.2.1微型燃气轮机的应用方式186

6.2.2分布式供电与热电联供192

6.2.3混合动力汽车197

6.2.4MTG与电网的互连和供电201

6.3微型燃气轮机的国内外应用案例204

6.3.1国外应用案例204

6.3.2国内应用案例215

参考文献222

第7章微型燃气轮机发电机组的性能指标224

7.1主要电气性能224

7.1.1额定电气指标224

7.1.2负荷性能224

7.2动力性能225

7.2.1运行特性225

7.2.2起动特性229

7.2.3燃油消耗率230

7.2.4热效率232

7.2.5输出功率236

7.3安全与保护236

7.3.1超速保护236

7.3.2接地保护237

7.3.3熄火保护238

7.3.4润滑不良保护238

7.3.5超温保护238

7.3.6过载、过压和短路保护238

7.4可靠性与环境特性238

7.4.1可靠性、维修性及可用性238

7.4.2环境特性242

7.5微型燃气轮机发电机组的技术认证247

7.5.1互联认证248

7.5.2质量认证249

7.5.3环境认证249

参考文献251 2100433B