Способ управления стартер-генератором, интегрированным в газотурбинный двигатель, при коротком замыкании


 


Владельцы патента RU 2630285:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель. Технический результат: стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре окружающей среды, а также полное устранение короткого замыкания и повышение безопасности летательного аппарата. Посредством датчиков тока и напряжения в системе управления обнаруживают короткое замыкание и посылают управляющий сигнал на систему управления газотурбинного двигателя, после чего увеличивают частоту вращения газотурбинного двигателя, тем самым создают тепловой поток высокой интенсивности и нагревают ротор стартер-генератора до температуры не ниже температуры Кюри постоянных магнитов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель.

Известно устройство защиты от короткого замыкания для генератора переменного тока [патент РФ №2399137 С1, кл. H02H 7/06, 26.12.2008 г.], состоящее из пускового переключателя, устанавливаемого на обмотке возбуждения и работающего на включение/выключение проводимости тока генератора. Данное устройство защиты позволяет току возбуждения течь через датчик так, что, когда ток возбуждения ненормально велик и падение напряжения на датчике увеличивается, потенциал на входном конце цепи усиления, электрически соединенного с датчиком, соответственно растет, а выходной конец цепи усиления, электрически соединенный с отсекающим устройством, приводит в действие отсекающее устройство для выключения пускового переключателя, и цепь усиления далее удерживает отсекающее устройство во включенном состоянии для удержания пускового переключателя в выключенном состоянии, пока не будет устранено состояние короткого замыкания и не будет сброшена система защитной цепи.

Основным недостатком такого устройства является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.

Известно устройство для защиты генератора переменного тока от короткого замыкания в системе электроснабжения с резервированием [патент SU №1017146, кл. Н02Н 7/06, 27.08.2004 г.], содержащее контактор для подключения генераторов к шинам, блок трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, блок трансформаторов тока в цепи нагрузки, полупроводниковые диоды по числу фаз генератора и исполнительный элемент, вход которого подключен к выходу однополупериодного выпрямителя, образованного диодами и встречновключенными вторичными обмотками блоков трансформаторов тока, вторичные обмотки блоков трансформаторов тока, шунтированные диодами, при этом по отношению к диодам выпрямителя диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, включены согласно, а диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи нагрузки, - встречно.

Основным недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.

Известно устройство для защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], содержащего генератор с постоянными магнитами, первую, вторую и третью выходные клеммы, блок защиты, содержащий первую, вторую и третью пару электрических контактов и первую, вторую, третью обмотку статора. Первая обмотка статора электрически соединена между первой парой электрических контактов и нейтральной точкой; вторая обмотка статора электрически соединена между второй выходной клеммой и нейтральной точкой; третья обмотка статора электрически соединена между третьей парой электрических контактов и нейтральной точкой; третья обмотка статора содержит средства для открытия и закрытия первой и второй пары электрических контактов в ответ на сигнал управления.

Недостатком данной конструкции является сложность реализации системы управления, вызванная тем, что большинство электронных компонентов имеет жесткие температурные ограничения и не рассчитано на работу при температуре окружающей среды выше 200 градусов. Также недостатком данного устройства является высокие массогабаритные показатели системы управления. Кроме того, из-за наличия большого количества дополнительных контактов и обмоток при высокой рабочей температуре данное устройство обладает невысокой надежностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [патент РФ №2498473 С1, кл. Н02Н 7/06, 10.11.2013 г.], реализующее способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. При возникновении короткого замыкания температурные датчики фиксируют нагрев обмоток и посылают сигнал отключения на полупроводниковые вентили, которые размыкают цепь обмоток статора, в результате чего происходит отключение тока короткого замыкания.

Недостатком данного способа является невысокая надежность температурных датчиков и полупроводниковых вентилей при температуре окружающей среды свыше 200 градусов. Кроме того, из-за высокой температуры окружающей среды в газотурбинном двигателе высок риск непроизвольного срабатывания системы защиты отключения обмоток статора, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей использования стартер-генераторов, благодаря использованию защиты от короткого замыкания, стабильно работающей в условиях высоких температур и обеспечивающей защиту от короткого замыкания при последующих включениях.

Техническим результатом является стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре окружающей среды, а также полное устранение короткого замыкания и повышение безопасности летательного аппарата.

Указанный результат достигается тем, что в способе управления стартер-генератором при коротком замыкании, заключающемся в том, что посредством датчиков в системе управления обнаруживают короткое замыкание и посылают сигнал на систему управления газотурбинного двигателя, после чего увеличивают частоту вращения газотурбинного двигателя, тем самым создают тепловой поток высокой интенсивности и нагревают ротор стартер-генератора до температуры не ниже температуры Кюри постоянных магнитов, при которой постоянные магниты полностью теряют свои магнитные свойства и прекращают индуцировать магнитное поле и ток в обмотки стартер-генератора, обеспечивая защиту стартер-генератора от короткого замыкания при повторном включении.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид стартер-генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель. На фиг. 2 изображена зависимость магнитной индукции постоянных магнитов от их температуры.

Пример конкретной реализации способа

В газотурбинный двигатель 1 марки Trent 500 с частотой вращения в нормальном режиме работы равной 13500 об/мин, интегрирован стартер-генератор 2 мощностью 120 кВт, при этом температура окружающей среды составляет 250°С. В воздушном зазоре стартер-генератора магнитная индукция равна 0,4 Тл, при этом ток в обмотках статора 3 составляет 300 А. Постоянные магниты 4, используемые в стартер-генераторе, выполнены из сплава Sm2Co17, максимальная рабочая температура данного типа магнитов составляет 350-400°С.

При возникновении короткого замыкания ток в обмотках статора стартер-генератора увеличивается в 3 раза и составляет 900 А. Датчики в системе управления 5 обнаруживают произошедшее короткое замыкание и посылают управляющий сигнал на газотурбинный двигатель, который увеличивает частоту вращения турбины до 15000 об/мин, тем самым быстро поднимая температуру в газотурбинном двигателе. При росте температуры постоянные магниты стартер-генератора теряют свои магнитные свойства, согласно фиг. 2, при этом ток короткого замыкания начинает очень быстро падать. Когда температура окружающей среды достигает температуру Кюри постоянных магнитов, равной 450°С, то постоянные магниты полностью теряют свои магнитные свойства и токи на обмотках статора падают до нулевого значения, обеспечивая защиту стартер-генератора от короткого замыкания при повторном включении.

Таким образом достигается управление стартер-генератором во время короткого замыкания, обеспечивая надежную защиту летательного аппарата.

Итак, заявляемый способ позволяет осуществлять управление стартер-генератором, обеспечивая защиту всего оборудования при коротком замыкании, в результате чего достигается повышение надежности всей системы энергообеспечения летательного аппарата.

Способ управления стартер-генератором при коротком замыкании, заключающийся в том, что посредством датчиков тока и напряжения в системе управления обнаруживают короткое замыкание и посылают управляющий сигнал на систему управления газотурбинного двигателя, после чего увеличивают частоту вращения газотурбинного двигателя, тем самым создают тепловой поток высокой интенсивности и нагревают ротор стартер-генератора до температуры не ниже температуры Кюри постоянных магнитов, при которой постоянные магниты полностью теряют свои магнитные свойства и прекращают индуцировать магнитное поле и ток в обмотки стартер-генератора, обеспечивая защиту стартер-генератора от короткого замыкания при повторном включении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к летательным аппаратам. Электрическое устройство летательного аппарата содержит блок управления стартерным электродвигателем для двигателя, выполненный с возможностью подавать входное напряжение переменного тока в блок трансформатор/выпрямитель.

Изобретение относится к способу запуска системы сгорания, содержащей первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему датчиков.

Изобретение относится к блоку зажигания для турбореактивного двигателя, содержащему источник электропитания; единственный управляющий канал для приема управляющего сигнала от вычислителя; канал зажигания основной свечи зажигания для подачи питания на по меньшей мере одну основную свечу зажигания основной камеры сгорания; канал зажигания форсажной свечи зажигания для подачи питания на по меньшей мере одну форсажную свечу зажигания в форсажной камере, при этом блок выполнен с возможностью в ответ на импульсное управление по единственному управляющему каналу выборочно активировать канал зажигания основной свечи зажигания или канал зажигания форсажной свечи зажигания в зависимости от длительности импульсов управляющего сигнала.

Газоперекачивающий агрегат соединен газопроводами с входным и выходным коллекторами газоперекачивающей станции, связанными запорной арматурой с участками, соответственно, низкого и высокого давления газа магистрального газопровода, содержит газоперекачивающий центробежный компрессор, связанный подводящим и отводящим газопроводами с входным и выходным коллекторами, соответственно, посредством запорной арматуры, и соединенный валом с газотурбинным двигателем.

Изобретение относится к способу запуска для турбомашины. Способ запуска дополнительно содержит этап повторного запуска, выполняемый, если основная форсунка не воспламеняется, когда вал достиг первой заданной частоты, при этом указанный этап повторного запуска содержит: - этап (S210) останова, во время которого стартер и воспламеняющее устройство останавливаются; - второй этап (S230) воспламенения, во время которого топливо впрыскивается в камеру сгорания, при этом само воспламеняющее устройство активируется, при этом этот второй этап воспламенения выполняется, когда частота вращения вала достигает второй заданной частоты; и второй этап (S250) запуска, во время которого стартер снова активируется для поворачивания вала.

Способ зажигания для камеры сгорания газотурбинного двигателя, питаемой топливом через форсунки и имеющей свечу зажигания, содержит первоначальную фазу, во время которой в камеру впрыскивают топливо с постоянным расходом одновременно с активизацией свечи зажигания, и, - при отсутствии воспламенения в камере в конце первоначальной фазы, - вторую фазу.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к способу регулирования газоснабжения в энергетической газотурбинной установке (ГТУ), и может найти применение в энергетических газотурбинных установках.

Предложены способ и устройства для выполнения проверки на низких оборотах с низким крутящим моментом для определения, свободно ли вращается ротор турбомашины. Способ включает автоматическое приложение к ротору постепенно возрастающего крутящего момента, который постепенно увеличивается до своего заранее заданного значения.

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.

Способ зажигания газотурбинного двигателя (11) посредством использования свечи (1) зажигания, содержащей первый электрод, второй электрод и полупроводниковый элемент между первым электродом и вторым электродом.
Наверх