Способ безопасного разгона массивного ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках

Изобретение относится к области турбостроения и энергомашиностроения. Сущность изобретения заключается в том, что в способе безопасного разгона ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, у магнитных подшипников с помощью АСУ создается два режима: первый - с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора на «проход» начинается с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходит согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавное (безударное) переключение с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов и при этом на всех режимах выполняется условие η<ηд, обеспечивающее безаварийную работу машины, где η - безразмерная перегрузка, ηд - допустимая перегрузка. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области турбостроения и энергомашиностроения.

В настоящее время выполнены и разрабатываются мощные турбокомпрессорные установки, применяемые в атомном энергомашиностроении для привода генератора и других функций.

Причем вес ротора этих машин может составлять десятки тонн.

Эти роторы устанавливаются в активные магнитные подшипники и несмотря на столь большие массы являются "гибкими", и в рабочий диапазон оборотов часто попадают не только параллельная, наклоняющая, но и первая, вторая и даже третья изгибные моды колебаний ротора.

Известный способ разгона ротора от нуля до рабочих оборотов и длительной работы на рабочих оборотах состоит в том, что резонансные режимы, попавшие в рабочий диапазон, проходятся на "проход", т.е. осуществлляется быстрый переход через опасные резонансные области (Скубачевский. Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1974. - стр.302), причем на всех оборотах автоматическая система управления (АСУ) подшипника обеспечивает такое управление, что магнитные силы обеспечивают такие смещения ротора в подшипнике относительно положения равновесия (центра подшипника) (Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. - СПб: Политехника, 2003, стр.56, 62-72), что на всех оборотах в рабочем диапазоне турбокомпрессора должно выполняться условие

η<ηд, (1)

обеспечивающее безаварийную работу машины. Здесь η=P/G - безразмерная перегрузка, действующая на подшипник, Р - сила, действующая на подшипник, G - сила веса ротора, приходящаяся на подшипник, ηд - допустимое значение безразмерной перегрузки.

У массивных роторов ηд≪1 и для выполнения условия (1) резонансные области либо проходятся быстро, что требует больших энергетических затрат, либо пройти их известным способом на «проход» не удается.

Описанный способ разгона ротора принят за прототип.

В основу изобретения поставлена задача обеспечения и в этих случаях безопасного разгона ротора, установленного в активные магнитные подшипники, от нуля до рабочих оборотов и длительной работы машины на этом режиме с перегрузкой, меньшей допустимой.

Поставленная задача решается тем, что в способе безопасного разгона массивного ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, включающем быстрый переход ротора через критические числа оборотов первых двух мод ротора (мод, соответствующих ротору, как жесткому телу), у активных магнитных подшипников с помощью АСУ создается два режима: первый - с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора на «проход» начинается с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходит согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавные (безударные) переключения с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов, и при этом на всех режимах слабо и, следовательно, легко проходятся известным способом на "проход", и вплоть до первого переключения режимов в дорезонансной области первой изгибной моды ротора в подшипниках с первым режимом перегрузки малы и условие η<ηд легко выполняется.

Так как жесткости подшипников обоих режимов существенно различаются, частоты критических режимов первого режима будут существенно сдвинуты в сторону увеличения частоты относительно частот соответствующих критических режимов второго режима.

Поэтому первое переключение с первого режима во второй режим произойдет в дорезонансной зоне первой изгибной моды первого режима в зарезонансную зону первой изгибной моды второго режима.

Затем обороты ротора будут набираться в зарезонансной зоне первой изгибной моды и в дорезонансной зоне второй изгибной моды второго режима до тех пор, пока не будет пройдена (по оборотам) резонансная область первой изгибной моды первого режима, и далее может быть осуществлено переключение из второго режима в первый и набор оборотов будет продолжаться в зарезонансной зоне первой изгибной моды и дорезонансной зоне второй изгибной моды первого режима.

Далее после прохождения по оборотам резонансной области второй изгибной моды второго режима произойдет плавное переключение во второй режим работы, и набор оборотов будет продолжаться в зарезонансной области второй изгибной моды этого режима. И так цикл переключения из режима в режим будет продолжаться вплоть до достижения рабочих оборотов, и на всех режимах в процессе разгона ротора, в том числе и на рабочих оборотах, будет выполнено условие η<ηд.

Таким образом, предлагаемый способ разгона ротора позволяет полностью исключить работу ротора в резонансных областях, где выполняется условие η<ηд, где η - безразмерная перегрузка, ηд - допустимая перегрузка.

Благодаря тому, что разгон начинается на первом режиме работы подшипника, параллельная и наклоняющая моды, соответствующие колебанию ротора как жесткого тела, не возбуждаются или проявляются перегрузка даже при "быстром" проходе через них может оказаться чрезмерной.

Рабочие обороты ротора могут попасть как в первый режим, так и во второй, но лучше стремиться, чтобы они попали в зарезонансную область какой-нибудь изгибной моды. Причем в случае попадания их во второй режим энергетические затраты на поддержание режима работы подшипника будут существенно меньшими.

Отметим, что чем больше уровень демпфирования динамической системы, тем шире резонансная область амплитудно-частотной кривой и выше перегрузка в зарезонансной области кривой.

Поэтому для более успешного применения предлагаемого способа следует обеспечить минимальное демпфирование в динамической системе "ротор - опоры - корпус", т.е. минимальное демпфирование самих активных магнитных подшипников.

Отметим, что точный количественный закон переключений с режима на режим в каждом конкретном случае может быть определен либо решением задачи о вынужденных совместных колебаниях системы "ротор - опоры - корпус", либо экспериментальным путем.

1. Способ безопасного разгона массивного ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, включающий быстрый переход ротора через критические числа оборотов первых двух мод ротора (мод, соответствующих ротору как жесткому телу), отличающийся тем, что у активных магнитных подшипников с помощью АСУ создают два режима: первый с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка, меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора начинают с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходят согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавные (безударные) переключения с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов и при этом на всех режимах выполняется условие η<ηд, где η - безразмерная перегрузка, ηд - допустимая перегрузка.

2. Способ разгона по п.1, отличающийся тем, что первое переключение осуществляют из дорезонансной зоны первой изгибной моды ротора первого режима в зарезонансную зону первой изгибной моды ротора второго режима.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетическим газотурбинным установкам, преимущественно используемым при модернизации тепловых электрических станций по парогазовым технологиям.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении турбин и других машин, работающих в режиме закритической скорости. .

Изобретение относится к способу для охлаждения частичной турбины низкого давления, включенной в пароводяной контур паровой турбины, при котором теплоноситель течет через частичную турбину низкого давления, в частности в режиме холостого хода.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на действующих тепловых электростанциях. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности может быть использовано в турбинах, работающих на паре от геотермальных источников. .

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в системах управления поворотно-лопастных турбин с управляемым направляющим аппаратом. .

Изобретение относится к энергетике и касается газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к системам подачи пара к паровой турбине, содеpжащем средства защиты и регулировки рабочего тела. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на теплоэлектроцентралях, где установлены турбины с противодавлением и привключенные к ним турбины

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), где установлены турбины с противодавлением (типов «Р», «ПР», «ТР», «ПТР») и привключенные к ним турбины (турбины мятого пара), работающие с прямой связью по пару

Способ запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном включает запуск газотурбинного двигателя путем подачи сжатого пускового воздуха со стороны двойного воздухозаборника в компрессор. Запуск производят воздухом от пускового компрессора. После прекращения работы микрогазотурбинного двигателя повторно включают пусковой компрессор без подачи топлива и охлаждают камеру сгорания, турбину и подшипники ротора. Микрогазотурбинный двигатель содержит камеру сгорания, компрессор, турбину, холодный воздуховод, горячий воздуховод, вал ротора. Устройство запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя содержит пусковой компрессор с воздушным клапаном, соединенный с компрессором микрогазотурбинного двигателя переходной муфтой, при этом пусковой компрессор и воздушный клапан находятся в двойном воздухозаборнике. Изобретение обеспечивает мягкую передачу вращающего момента на ротор двигателя, принудительное охлаждение камеры сгорания, турбины и подшипников ротора, тем самым увеличивается общий ресурс установки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Предложены паровая турбина и устройство для ее запуска. Паровая турбина (100) содержит группу ступеней, паровой тракт (108), впускное отверстие (104), выпускное отверстие (106), входное отверстие (110), выходное отверстие (112). Паровой тракт (108) проходит через указанную группу ступеней (102). Впускное отверстие (104) подводит пар (117) к первой ступени (101), от которой он поступает в паровой тракт (108). Выпускное отверстие (106) расположено у последней ступени (103) и предназначено для обеспечения выхода отработанного пара из парового тракта (108) паровой турбины (100). Входное отверстие (110) предназначено для обеспечения поступления пара (117) в паровой тракт (108) в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия (104). Выходное отверстие (112) предназначено для обеспечения выхода пара (117) из парового тракта (108) и расположено выше по потоку от входного отверстия (110) с обеспечением создания обратного потока (116) пара (117) к выходному отверстию (112) из входного отверстия (110). Наличие выходного отверстия, расположенного выше по потоку от входного отверстия и обеспечивающего создание обратного потока более холодного пара из входного отверстия к выходному отверстию, обеспечивает поддержание температуры и давления пара в группе ступеней для сохранения предпочтительной температуры во время запуска. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Устройство для пуска энергетических боков с прямоточными котлами из различных тепловых состояний. Также представлены варианты способа пуска энергетического блока с использованием устройства согласно настоящему изобретению. Изобретение позволяет обеспечить необходимый диапазон пусков блока из различных тепловых состояний. 3 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Система регулирования, предназначенная для выполнения логического алгоритма обеспечения безопасности в неустановившемся режиме, с целью предотвращения автоматического отключения турбины по давлению на выхлопе, обусловленного скачком давления на выхлопе турбины, который вызван сильным снижением расхода потока через турбину, связанным с внезапным повышением давления на выхлопе турбины. Когда условия полного сброса нагрузки обнаружены посредством рассогласования 50 нагрузки по мощности и подтверждены вспомогательными средствами, штатные уставки автоматического отключения по давлению на выхлопе турбины блокируют на период отсрочки, пока действуют переходные эксплуатационные допуски. Также представлен способ эксплуатации паровой турбины согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить безопасную работу паровой турбины в неустановившемся режиме работы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу электростанции (1) комбинированного цикла. Электростанция (1) комбинированного цикла содержит газовую турбину (2) с компрессором (3), паровую турбину (12) и систему (10) генерации энергии пара. Электростанция (1) комбинированного цикла активирует, по меньшей мере, один электрогенератор (20) подключаемый к электросети (21). В процессе пуска паровой турбины (12) газовая турбина (2) и паровая турбина (12) находятся в процессе эксплуатации. Регулируют нагрузку паровой турбины (12) в зависимости от нагрузки газовой турбины (2) таким образом, что сумма нагрузки, обеспеченной газовой турбиной (2), и нагрузки, обеспеченной паровой турбиной (12), равна вспомогательной мощности, расходуемой на собственные нужды электростанции (1), и нагрузка, отдаваемая в сеть (21), равна нулю. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх