ГАЗОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 1999 года по МПК F01D25/24 

Изобретение относится с области промышленного производства электроэнергии, преимущественно посредством газотурбинного привода электрогенератора.

Известна газотурбинная установка, содержащая модуль газогенератора, включающий корпус и ротор, силовой модуль, включающий корпус с выпускным патрубком и установленный внутри корпуса ротор силовой турбины, а также модуль электрогенератора, включающий статор и ротор, причем ротор силовой турбины соединен с ротором электрогенератора, а корпус газогенератора соединен с корпусом силового модуля соединительным элементом гибкой конструкции ("Газотурбинные установки, атлас конструкций и схем, под ред. Л.А.Шубенко-Шубина", М. "Машиностроение", 1976 г, стр. 78-82, [1] - прототип).

Недостатками известного технического решение являются сложность изготовления гибкого элемента - сильфона при отсутствии взаимного демпфирования колебаний корпусов газогенератора и силового модуля. Следствием являются повышенные вибрационные нагрузки на элементы устройства при частичном суммировании воздействия неуравновешенностей роторов газогенератора и силовой турбины, вращающихся с произвольной частотой и имеющих разные частотные характеристики.

Задачей изобретения является снижение себестоимости установки при уменьшении вибрационных нагрузок на элементы устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинной установке, содержащей два модуля, включающие соответственно ротора, имеющие произвольную частоту вращения, и корпуса, соединенные между собой посредством соединительного элемента, на корпусе первого модуля жестко закреплена цилиндрическая обечайка, на корпусе второго модуля жестко закреплены фланец с открытой к оси ротора кольцевой проточкой на торцевой поверхности и кольцевая крышка, закрывающая проточку, а соединительный элемент выполнен в виде кольцевой обечайки с фланцем, и он установлен своей обечайкой концентрически относительно обечайки на корпусе первого модуля с возможностью осевого перемещения, а фланец соединительного элемента помещен внутри проточки на фланце корпуса второго модуля с возможностью радиального перемещения и фиксирован от выпадения кольцевой крышкой. Первый модуль может быть газогенераторным, а второй - силовым. Ротор силового модуля соединен с ротором электрогенератора.

В газотурбинной энергоустановке согласно изобретению корпуса двух источников вибраций - роторов силового и газогенераторного модулей - отделяются друг от друга, эффект от их вибрационного воздействия не суммируется, а уменьшается за счет демпфирования при взаимном смещении обоих корпусов. Кроме того, конструкция соединительного элемента значительно упрощается и снижается стоимость его изготовления.

На фиг. 1 представлен общий вид газотурбинной установки, на фиг. 2 - место I на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Газотурбинная установка содержит модуль газогенератора 1, включающий корпус 2 и ротор 3, силовой модуль 4, включающий корпус 5 с выходным патрубком 6 и установленный внутри корпуса ротор 7 силовой турбины 8, а также модуль электрогенератора 9, включающий статор 10 и ротор 11, причем ротор 7 силовой турбины 8 соединен с ротором 11 электрогенератора 9, а корпус 2 газогенератора 1 соединен с корпусом 5 силового модуля 4, причем на корпусе 2 газогенератора 1 жестко закреплена цилиндрическая обечайка 12, на корпусе 5 силового модуля 4 жестко закреплены фланец 13 с открытой к оси ротора 7 кольцевой проточкой 14 на торцевой поверхности 15 и кольцевая крышка 16, закрывающая проточку 14, а соединительный элемент 17 выполнен в виде кольцевой обечайки 18 с фланцем 19, и элемент 17 установлен своей обечайкой 18 концетрически относительно обечайки 12 на корпусе 2 газогенератора 1 с возможностью осевого перемещения, а фланец 19 соединительного элемента 17 помещен внутри проточки 14 на фланце 13 корпуса 5 силовой турбины с возможностью радиального перемещения и фиксирован от выпадения кольцевой крышкой 16.

Газотурбинная энергоустановка работает следующим образом. Газогенератор 1, в качестве которого может быть использован газотурбинный двигатель, вырабатывает горячий газ, имеющий повышенное давление. Этот газ поступает из корпуса 2 газогенератора 1 внутри обечайки 12 в корпус 5 силового модуля 4, соединенный с обечайкой 12 соединительным элементом 17. Перепад давления срабатывается на силовой турбине 8, ротор 7 которой проводится таким образом во вращение. Отработавший газ через выходной патрубок 6 эвакуируется в атмосферу. Ротор 7 силовой турбины 8 отдает полученную энергию соединенному с ним ротору 11 электрогенератора.

При нагреве и охлаждении корпусов может происходить взаимное перемещение корпусов 2 и 5 газогенератора 1 и силового модуля 4 без возникновения напряжений.

В связи с тем, что корпуса 2 и 5 газогенератора 1 и силового модуля 4 не имеют силовой связи, частоты вращения соответствующих роторов 3 и 7, а также жесткости их опор оптимизируются независимо. Таким образом, минимизируются вибрационные нагрузки в газогенераторе 1 и в силовом модуле 4, предотвращается суммирование вибрационного воздействия их роторов 3 и 7 и обеспечивается уменьшение этого воздействия посредством демпфирования за счет трения фланца 19, который перемещается в проточке 14 при периодическом взаимном радиальном смещении (вибрации) обоих корпусов. Использование изобретения позволит компенсировать взаимные тепловые перемещения корпусов и уменьшить вибрационные нагрузки в газотурбинной установке при простой и дешевой конструкции соединительного элемента.

Газотурбинная энергоустановка содержит два модуля - газогенераторный и силовой, включающие соответственно роторы, имеющие произвольную частоту вращения, и корпуса, соединенные между собой посредством соединительного элемента. На корпусе первого модуля жестко закреплена цилиндрическая обечайка. На корпусе второго модуля жестко закреплены фланец с открытой к оси ротора кольцевой проточкой на торцевой поверхности и кольцевая крышка, закрывающая проточку. Соединительный элемент выполнен в виде кольцевой обечайки с фланцем и он установлен своей обечайкой концентрически относительно обечайки на корпусе первого модуля с возможностью осевого перемещения. Фланец соединительного элемента помещен внутри проточки на фланце корпуса второго модуля с возможностью радиального перемещения и фиксирован от выпадения кольцевой крышкой. Такое выполнение энергоустановки приводит к снижению ее себестоимости при уменьшении вибрационных нагрузок на элементы устройства. 2 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинная энергоустановка, содержащая два модуля, включающие соответственно роторы, имеющие произвольную частоту вращения, и корпуса, соединенные между собой посредством соединительного элемента, отличающаяся тем, что на корпусе первого модуля жестко закреплена цилиндрическая обечайка, на корпусе второго модуля жестко закреплены фланец с открытой к оси ротора кольцевой проточкой на торцевой поверхности и кольцевая крышка, закрывающая проточку, а соединительный элемент выполнен в виде кольцевой обечайки с фланцем и он установлен своей обечайкой концентрически относительно обечайки на корпусе первого модуля с возможностью осевого перемещения, а фланец соединительного элемента помещен внутри проточки на фланце корпуса второго модуля с возможностью радиального перемещения и фиксирован от выпадения кольцевой крышкой. 2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что первый модуль является газогенераторным, а второй - силовым. 3. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что ротор силового модуля соединен с ротором электрогенератора.