混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)構(gòu)建與初步研究.pdf

1、步入21世紀(jì)，人類面臨了能源危機(jī)。積極發(fā)展可再生能源、加強(qiáng)發(fā)展節(jié)能技術(shù)、開發(fā)和推廣新型先進(jìn)冷暖空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心內(nèi)容之一。天然氣作為一種清潔、高效、低污染的能源，以其作為空調(diào)驅(qū)動(dòng)能源具有削減高峰電力、填補(bǔ)夏季低谷燃?xì)?、提高能源利用率、改善大氣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，已越來越受到人們的關(guān)注。燃?xì)鉄岜檬且环N高效節(jié)能的熱泵空調(diào)裝置，具有良好的發(fā)展前景。燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)輸出功率與用戶空調(diào)負(fù)荷相匹配，

2、由于用戶空調(diào)負(fù)荷的波動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況常常偏離額定工況，甚至出現(xiàn)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均熱效率降低、熱損失增大、排放量增大?；旌蟿?dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)以天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為主、蓄電池組為輔的雙能源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可有效解決現(xiàn)有燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)這一缺陷，盡可能使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在能耗經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況和和降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放，從而提高整個(gè)熱泵系統(tǒng)的性能。 本文研究的對(duì)象——基于混合動(dòng)力技術(shù)的燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)將燃?xì)鉄岜眉夹g(shù)與混合動(dòng)力技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在

3、一起，是集空調(diào)、采暖、全年熱水供應(yīng)及獨(dú)立供能等功能于一體的“家庭能源中心”。本文研究主要內(nèi)容如下： (1) 設(shè)計(jì)和搭建了燃?xì)鉄岜脵C(jī)組的產(chǎn)品測(cè)試樣機(jī)，對(duì)此測(cè)試樣機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在對(duì)系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性和負(fù)荷特性，并初步確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)區(qū)；研究了試驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)的余熱回收特性及系統(tǒng)總體制冷性能；基于動(dòng)力匹配最佳原則，研究了試驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)的最佳動(dòng)力匹配問題，研究結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的

4、最佳傳動(dòng)比應(yīng)介于1.85～2.0之間。 (2) 提出了一種新型的混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜眉夹g(shù)。介紹了混合動(dòng)力技術(shù)的定義、研究背景、特點(diǎn)及分類，詳細(xì)描述了并聯(lián)助力型、串聯(lián)延長(zhǎng)型和混聯(lián)雙模式型這幾種不同的混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)的原理，概要的分析了混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)，并討論了混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜每照{(diào)系統(tǒng)的類型選擇所應(yīng)考慮的四個(gè)主要因素；為了降低整個(gè)熱泵系統(tǒng)的初投資及運(yùn)行維護(hù)成本，結(jié)合本文所搭建的樣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，本文主要對(duì)并聯(lián)助力型混

5、合動(dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)進(jìn)行研究。 (3) 在并聯(lián)助力型混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)(HPGHP)中，驅(qū)動(dòng)系主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、蓄電池組、逆變器、變速箱和離合器等部件。在分析驅(qū)動(dòng)系的設(shè)計(jì)總體方案、驅(qū)動(dòng)系部件選型特點(diǎn)等基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了驅(qū)動(dòng)系5種不同的操作模式。并以整個(gè)HPGHP的燃料消耗最小為控制目標(biāo)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化曲線控制策略和邏輯門限制控制方法，分析了驅(qū)動(dòng)系的功率分配策略，并給出了各模式之間相互切換的策略和方法；以本文的試驗(yàn)條件為基礎(chǔ)，

6、對(duì)HPGHP的驅(qū)動(dòng)系各主要部件進(jìn)行了選型與設(shè)計(jì)。 (4) 建立了HPGHP的數(shù)學(xué)模型，包括制冷劑系統(tǒng)部件數(shù)學(xué)模型和HPGHP驅(qū)動(dòng)系的部件數(shù)學(xué)模型，其中制冷劑系統(tǒng)部件模型主要包括開式往復(fù)式壓縮機(jī)、電子膨脹閥、翅片冷凝器、翅片蒸發(fā)器、缸套換熱器以及煙氣換熱器等6個(gè)子部件模型，驅(qū)動(dòng)系部件數(shù)學(xué)模型包括燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池組、電機(jī)以及變速箱等4個(gè)子部件模型；空氣源燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)的仿真結(jié)果表明，制冷劑系統(tǒng)模型仿真的誤差最大值在10％以內(nèi)；HPG

7、HP的仿真結(jié)果表明：從系統(tǒng)一次能源利用率的最大值來看，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式下的系統(tǒng)一次能源利用率最高，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式的系統(tǒng)一次能源利用率次之，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電模式系統(tǒng)一次能源利用率再次之，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式的系統(tǒng)一次能源利用率最??；從系統(tǒng)一次能源利用率的平均值來看，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式最高，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電模式次之，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式再次之，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)模式最??；仿真結(jié)果表明：HPGHP與常規(guī)燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)相比，前者的平

8、均一次能源利用率更高，平均尾氣排放更低，具有一定的研究和開發(fā)價(jià)值。 (5) 提出了一種新型的基于并聯(lián)助力型混合動(dòng)力燃?xì)鉄岜玫姆植际焦┠芟到y(tǒng)，并闡述其原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域；分析了此分布式供能系統(tǒng)的四種不同的操作模式及電機(jī)輸出負(fù)荷的分配規(guī)律；設(shè)計(jì)了此分布式供能系統(tǒng)的部件參數(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、蓄電池參數(shù)、變速箱參數(shù)以及其他部件的參數(shù)；分別建立了此分布式供能的動(dòng)力系統(tǒng)在四種不同操作模式下的能量傳送過程及模型；對(duì)HPGHP分布