Способ получения механической и электрической энергии в газотурбогенераторном агрегате и газотурбогенераторный агрегат

 

Использование: изобретение относится к области газотурбостроения, в частности к конструкциям, газотурбогенераторных агрегатов (ГТГА), включающих дифференциальный механизм и синхронный электрогенератор, и может быть использовано на электрических станциях. Сущность изобретения: ГТГА содержит газотурбинный двигатель, включающий турбокомпрессор 1, силовую турбину 2 низкого давления и турбину 16 высокого давления. Вал 9 синхронного электрогенератора 8 соединен с газотурбинным двигателем через дифференциальный механизм 3, центральная шестерня 4 которого, эпицикл 7 и водило 5 соединены с валами турбины 16, электрогенератора 8 и силовой турбины 2 соответственно . ГТГА снабжен дополнительным управляемым запорным клапаном 26 и кольцевым байпасным каналом 23. Мощность к валу 9 электрогенератора подводится от турбин 2, 16, при этом мощность турбины 2 может быть в три и более раза больше потребной мощности электрогенератора 8. При резком увеличении мощности последнего это увеличение до момента подачи дополнительного топлива в газотурбинный 8 двигатель компенсируется за счет перерасг пределения мощности между турбинами 2 и С/ 16 через дифференциальный механизм. 2 с f и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (51)s F 02 С 6/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660425/06 (22) 10.03.89 (46) 07.07.93. Бюл. N 25 (72) А.А. Кохан (56) Заявка Великобритании М 1217555. кл. F 02 С 6/00, 1977. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ГАЗОТУРБОГЕНЕРАТОРНОМ АГРЕГАТЕ И

ГАЗОТУРБОГЕНЕРАТОРНЫЙ АГРЕГАТ (57) Использование: изобретение относится к.области гаэотурбостроения, в частности к конструкциям, гаэотурбогенераторных агрегатов (ГТГА), включающих дифференциальный механизм и синхронный электрогенератор, и может быть использовано на электрических станциях. Сущность изобретения: ГТГА содержит газотурбинный двигатель, включающий турбокомпрес; сор 1, силовую турбину 2 низкого давления

„„5U„„1825885 А1 и турбину 16 высокого давления. Вал 9 синхронного электрогенератора 8 соединен с газотурбинным двигателем через дифференциальный механизм 3, центральная шестерня 4 которого. эпицикл 7 и водило 5 соединены с валами турбины 16, электрогенератора 8 и силовой турбины 2 соответственно. ГТГА снабжен дополнительнЫм управляемым запорным клапаном 26 и кольцевым байпасным каналом 23. Мощность к валу 9 электрогенератора подводится.от турбин 2, 16, при этом мощность турбины 2 может быть в три и более раза больше потребной мощности электрогенератора 8. При резком увеличении мощности последнего это увеличение до момента подачи дополнительного топлива в газотурбинный Я двигатель компенсируется за счет перераспределения мощности между турбинами 2 и

16 через дифференциальный механизм. 2 с и 1 з.п, ф-лы, 2 ил.

1825885

Изобретение относится к области газотурбостроения, в частности к конструкциям

ГТГА, снабженных зубчатой передачей, выполненной в виде дифференциального механизма (ДФМ), и к способам получения механической и электрической энергии и

ГТГА путем вращения ротора синхронного электрогенератора (СЗГ) газовой турбиной (ГТ) с постоянной частотой вращения.

Цель изобретения — поддержание постоянной частоты вращения выходного вала

ГТГА, соединенного с ротором СЭГ.

Существенные отличительные признаки предложенной конструкции ГТГА заключаю-ся в следующем. 15

Агрегат снабжен дополнительным управляемым запорным клапаном и кольцевым байпасным каналом, сообщающим выхлопы турбин высокого и низкого давления, на котором установлен дополнитель- 20 ный упомянутый клапан, а редуктор выполнен в виде дифференциального механизма, центральная шестерня, эпицикл и водило которого соединены соответственно с валами турбины высокого давления, электрогенератора и силовой турбины, при этом вал последней выполнен полым и в его полости расположен вал турбины высокого давления.

Существенные отличительные призна- 30 ки предложенного способа заключаются в следующем, Падение мощности на выходном валу

ГТГА при увеличении мощности подключенного к нему CÇà до начала увеличения 3 -> подачи топлива компенсируют дополнительным подводом к нему мощности от турбинного колеса ГМФ.. При этом ротор компрессора вращают относительно ротора силовой турбины двигателя с переменной 40 частотой, определяемой зависимостью: пст пк= +„пгК где пк, и»-, — переменная частота вращения роторов компрессора и силовой турбины со- 45 отве гстBGHHQ; пг — постоянная частота вращения ротора СЭГ;

К вЂ” передаточное отношение ДФМ при неподвижном водиле;

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены: фиг.1 — общее устройство ГТГА с дифференциальным механизмом; фиг.2 — устройство ГТГА с планетарной ступенью., ГГГА содержит ГТД, включающий турбокомпрессор (TKP) 1 и силовую турбину 2. низкого давления (ТНД), ДФМ 3, включающий центральную шестерню(ЦШ) 4, водило

5 с планетарными шестернями 6 и эпицикл

7, а также СЭГ 8, включающий вращающийся с постоянной частотой ротор 9 и неподвижный статор 10, силовая обмотка которого подключена к электросети 11. ТКР

1 соединен через обгонную муфту 12 со стартерным двигателем (злектростартером)

13 и содержит камеру сгорания 14, компрессор il5 и турбину высокого давления (ТВД)

16, закрепленные на общем валу 17, Коаксиал ьные валы 17 и 18 турбин t 6 и 2 соединены соответственно с шестерней 4 и водилом 5

ДФМ 3, эпицикл 7 которого соединен валом

19 с ротором 9 СЭГ. Турбина 2 на выходе сообщена с газовыпуском 20 ГТД. Между турбинами 16 и 2 расположена кольцевая газовая полость 21, а на корпусе ГТД предусмотрен кожух 22, образующий байпасный кольцевой канал 23, сообщающийся на входе и выходе через газоперепускные окна

24 и 25 с полостью 21 и с выходом 20. Окна

24 снабжены запорным клапаном 26 с приводом 27, Турбина 2 может быть соединена с ДФМ 3 через дополнительный планетарный редуктор (ПЛР) 28, включающий закрепленный на неподвижном корпусе 29 эпицикл 30, водило 31 с планетарными шестернями 32, соединенное полым валом 33 с шестерней 4 ДФМ 3, а также центральную шестерню 34, соединенную с валом 18 турбины 2.

Запуск ГТГА осуществляют следующим образом. ЭСТ 13 раскручивают компрессор

15 с турбиной 16 и шестерней 4 ДФМ. При неподвижном роторе 9 СЭГ и эпицикле 7 водило 5 с турбиной 2 вращается свободно.

Таким образом, на пуске в начальный момент исключается раскрутка массивного ротора 9, что повышает надежность запуска

ГТГА. После подачи и воспламенения топлива, а также подачи рабочего газа на турбину

16 газы от последней отводят помимо турбины 2 в газовыхлоп 20 через открытые окна

24, 25, После набора мощности турбиной 16 отключают ЭСТ 13; закрывают клапан 26 и газы подают на турбину 2, от которой мощность подводят к ротору 9 и раскручивают его. Затем агрегат выводят на устойчивый режим работы. При наличии в передаче дополнительного планетарного редуктора 28 работа передачи ничем не отличается от указанной, за исключением повышения частоты вращения турбины 2.

На стационарном устойчивом режиме

ГТГА работает следующим образом. Мощность турбины 2 всегда больше, например в

3 раза, мощности СЭГ, например 1000 квт.

Мощность от турбины 2 отводится двумя потоками: через эпицикл 7 (1000 к8т) на СЭГ и через шестерню 4 (2000 кВт) — на компрес1825885

45 сор 15, куда также подводится мощность от турбины 16, Упомянутое распределение мощности турбины 2 определяется характеристиками ДФМ. Таким образом, на всех режимах работы ГТГА мощность турбины 2 всегда больше мощности генератора. 3а счет этого всегда имеется в наличии достаточная избыточная мощность, которую можно при необходимости определенным способом использовать для кратковременной компенсации резко возросшей мощности, потребляемой СЭГ. Наиболее эффективно это может быть осуществлено путем использования дополнительной гидродинамической связи, Регулирование, т.е. поддержание постоянной частоты вращения выходного вала

19 отбора мощности ГТГА осуществляют следующим образом. На переходном режиме при резком увеличении мощности ЭГ, т.е. при увеличении крутящего момента на валу 19, сперва происходит снижение частоты вращения ротора 9 СЭ Г совместно с зпициклом 7 ДФ M. В результате самопроизвольно или с помощью гидродинамических связей (в заявке не представлены) происходит перераспределение крутящих моментов в ДФМ, создаваемых турбиной 2, что приводит к увеличению мощности, подводимой к ротору 9 СЭГ. В общем итоге до начала увеличения топлива в камере сгорания двигателя падение мощности на валу нагрузки ЭГ компенсируют путем подвода избыточной мощности от турбины 2, включающем частичное снижение мощности компрессора 15. При вращении ТКР с частотой п = пст/К + 1 — пг К представляется возможность снизить одновременно обороты турбин 16 и 2, сохраняя постоянную частоту вращения ротора 9 СЭГ за счет свойств дифференциальной передачи ГТГА.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем В ГТГА эа счет использования дифференциальной передачи, элементы которой определенным образом связаны с ,элементами ГТД, на всех его режимах работы обеспечивается мощность силовой турбины ГТД в несколько раз.больше мощности

ЗГ, что позволяет при резком увеличении нагрузки ЗГ кратковременно д момента подачи (увег ичения) топлива в каь .ру сгорания ГТД компенсировать это падение путем перераспределения упомянутой избыточной мощности силовой турбины, что увели. чивает надежность агрегата и повышает качество вырабатываемого тока.

Формула изобре ения

1. Способ получения механической и электрической энергии в газотурбагенераторном агрегате путем подачи и сжигания топлива в камере сгорания, последовательной подачи газов в газовую турбину компрессора и силовую турбину, отвода отработавших газов ат последней, подвода мощности от ротора силовой турбины через планетарный механизм к ротору синхронного генератора, вращения ротора последнего с постоянной частотой и выработки электрической энергии с постоянной частотой переменного тока, при этом мощность к ротору компрессора от ротора турбины компрессора подводят при переменной частоте вращения, определяемой требуемой нагрузкой а регата, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности на переходных режимах, дополнительно подводят мощность от ротора силовой турбины через планетарный механизм к ротору компрессора при вращении ротора силовой турбины с переменной частотой вращения в одном направлении с ротором турбины компрессбра и элементами вращения планетарногомеханизма.

2, Способ по п.1, î — л и ч а ю шийся тем, что ротор компрессора вращают относительно вращения ротора силовой турбины с переменной частотой, определяемой зависимостью

Пст и,=- — —.-и, К, К+1 где п,, flex — переменная частота вращения роторов компрессора и силовой турбины;

n — постоянная частота вращения ротора синхронного генератора;

К вЂ” передаточное отношение планетарного механизма при неподвижном водиле.

3, Газотурбогенераторный агрегат, содержащий газотурбинчый двигатель, валы компрессора и турбины высокого давления которого жестко соединены между собой. а вал силовой турбины низко-о давления через редуктор соединен с валом синхронного электрогенератора постоянной частоты вращения, пусковой стартерный двигатель и управляемые запарные и регулирующие клапаны, отличающийся тем, что; с целью повышения надежности на переходных режимах, агрегат снабжен дополнительным управляемым запорным клапаном и кольцевым байпасным каналом, саобщающим выхлопы турбин высокого и низкого давления, на котором установлен дополнительный управляемый запорный клапан, а редуктор выполнен в виде дифференциального механизма, центральная шестерня, о

1825885

Редактор Е.Савина

Корректор И. Шмакова

Заквз 2310 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 эпицикл и водило которого соединены соответственно с валами турбины высокого давления, электрогенератора и силовой

Составитель А.Коман

Тех ред М. Моргентал турбины, при этом вал последней выполнен полым и в его полости расположен вал турбины высокого давления.