ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F02C6/08 

Изобретение относится к газотурбостроению, конкретно к конструкциям газотурбинных электроэнергетических установок (ЭЭУ), включающих соединенные через редуктор газотурбинный двигатель (ГТД) и электрогенератор (ЭГ).

Известна конструкция ЭЭУ, которая содержит несколько ГТД, соединенных разобщительными кулачковыми муфтами с общим редуктором, соединенными выходным валом с ЭГ. Каждый ГТД содержит общий вал, на котором закреплены компрессор и турбина, соединенный с упомянутым редуктором и снабженный стартерным двигателем (СД). Запуск установки осуществляют путем раскрутки СД одновременно роторов компрессора и ЭД, что снижает надежность запуска установки.

Наиболее близким решением, принятым за прототип изобретения, является газотурбинная электроэнергетическая установка, которая содержит газотурбинный двигатель, включающий турбокомпрессор (ТК), который содержит насаженные на общем валу компрессор, турбину высокого давления (ТВД) и расположенную между ними камеру сгорания, а также турбину низкого давления (ТНД), соединенную через редуктор с ЭГ, подключенным к электросети. Турбокомпрессор снабжен стартерным двигателем. В такой установке ротор ЭГ вращается только ТНД, масса которой значительно меньше массы ротора ЭГ. По этой причине в ЭГ, в основном, на переходных режимах невозможно обеспечить высокое качество вырабатываемого тока.

Цель изобретения - повышение надежности установки путем повышения качества вырабатываемого тока и надежности запуска установки.

Указанная цель достигается тем, что валы ТВД и ТНД выполнены коаксиальными и соединены между собой механической разобщительной муфтой, а ТВД на выходе дополнительно, помимо ТНД, сообщена с газовыхлопом двигателя через управляемый запорный клапан.

В опубликованных и доступных источниках информации не найдены существенные признаки, идентичные и эквивалентные заявленным, поэтому изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 и 2 показано устройство ЭЭУ с разобщительной муфтой валов турбин, расположенной на входе компрессора и на корпусе редуктора.

ЭЭУ содержит ГТД, включающий турбокомпрессор 1, силовую турбину низкого давления 2, соединенную выходным валом 3 с редуктором 4, кольцевой байпасный канал 5, сообщающийся на выходе через кольцевые отверстия 6 с газовыхлопом 7, подключенный к электросети 8 электрогенератор 9, соединенный валом 10 с редуктором 4. ТК содержит камеру сгорания 11, компрессор 12 и турбину высокого давления 13, соединенные между собой общим полым валом 14, кинематически связанным через обгонную муфту 15 со стартерным двигателем 16. Коаксиальные валы 14 и 17 турбин 13 и 2 соединены между собой механической, преимущественно кулачковой, разобщительной муфтой 18, состоящей из полумуфты 19 и 20. Расположенная между турбинами 13 и 2 кольцевая газовая полость К сообщена с полостью Б байпасного канала 5 через кольцевые отверстия 21, снабженные запорным клапаном 22 с приводом 23. Перепускные отверстия 6 также снабжены запорным клапаном 24 с приводом 25. Коаксиальные валы 26 и 27 турбин 13 и 2 могут быть выведены за редуктор 4, где установлена соединяющая их (26 и 27) разобщительная муфта 18. При этом шестерня 28 редуктора 4 насажена на вал 27 ТНД 2 и по ее (28) оси проходит вал 26 ТВД 13, а стартерный двигатель 16 может быть установлен по оси вала 26 как со стороны редуктора 4, так и со стороны компрессора 12.

Газотурбинная установка работает следующим образом. При запуске ГТД стартерным двигателем 16 раскручивают вал 14 ТК 1, после чего подают и воспламеняют топливо в КС 11. При этом клапаны 22, 24 открыты и газ от ТВД через полость Б отводится в газовыхлоп, а ТНД 2, жестко соединенная с полумуфтой 20, редуктором 4 и с ЭГ 9, неподвижна. После выхода ТК 1 на устойчивый режим работы и отключения СД 16 закрывают клапаны 22 и 24, увеличивают подачу топлива в камеру сгорания и подают рабочий газ от полости К на ТНД 2, за счет чего страгивают и раскручивают ротор ЭГ 9. После синхронизации полумуфт 20 и 19 включают разобщительную муфту 18, за счет чего жестко соединяют между собой ТК 1 и ротор ЭГ 9. Затем ЭЭУ выводят на расчетный режим работы, загружают ЭГ 9 и подают в сеть 8 электроэнергию.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в том, что за счет наличия коаксиальных валов турбин ГТД, соединенных между собой разобщительной муфтой, и клапана отвода газов от ТВД в газовыхлоп двигателя помимо ТНД обеспечивается надежный запуск турбокомпрессора ГТД и последующий запуск ЭГ, а также высокое качество вырабатываемого тока при соединенных собой турбинах двигателя с компрессором и с ротором ЭГ.

Использование: в теплоэнергетике для газотурбинных электроэнергетических установок. Сущность изобретения: при запуске стартером раскручивают вал компрессора, после чего подают и воспламеняют топливо в камере сгорания. Клапаны открыты, и газ от турбины высокого давления отводится в газовыхлоп. Турбина низкого давления, жестко соединенная с полумуфтой, редуктором и электрогенератором, неподвижна. После выхода на устойчивый режим работы и отключения стартера закрывают клапаны, увеличивают подачу топлива в камеру сгорания и подают рабочий газ на турбину низкого давления. После синхронизации полумуфт включают разобщительную муфту, за счет чего жестко соединяют валы. 2 ил.

ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая компрессор и турбину высокого давления, соединенные общим полым валом, который посредством обгонной муфты сообщен со стартером, и турбину низкого давления, выход которой сообщен с общим выхлопным патрубком, соединенную посредством редуктора с валом электрогенератора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности на переходных режимах, она снабжена разобщительной механической муфтой, валы турбины высокого давления , компрессора и турбины низкого давления выполнены коаксиальными и соединены между собой разобщительной механической муфтой, расположенной на входе компрессора или на корпусе редуктора.