ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F02C6/00 H02N11/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при проектировании турбореактивных электрогенераторов и газотурбинных установок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является турбореактивный электрогенератор, содержащий сквозной внутренний вал, проходящий через два наружных вала, соосных с внутренним валом, на котором установлены ступица обмотки возбуждения электрогенератора, а по краям - две силовые турбины двигателей; на наружных валах установлены ступицы обмотки индукции электрогенератора и вторые силовые турбины двигателей; причем ступицы, на которых установлены обмотки индукции и возбуждения, помещены в корпус электрогенератора, а турбины помещены в корпуса двигателей, состоящих из двух секций каждый; систему подачи рабочего тела, включающую сопла, форсунки и свечи искрового зажигания; систему циркуляции промежуточного теплоносителя, включающую теплообменник, насосы, трубопроводы (Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем. Под ред. Л.А.Шубенко - Шубина. - М.: Машиностроение, 1976, с. 85 - 88).

Однако известный электрогенератор имеет некоторые недостатки, например недостаточно высокий КПД.

Задачей изобретения является:
1. Повышение КПД установки;
2. Снижение температуры нагрева силовых турбин.

Указанная задача решается за счет того, что:
а) турбокомпрессор заменяется второй силовой турбиной;
б) камеры сгорания выполнены в виде сопел подачи рабочего тела, в которых устанавливаются форсунки и свечи искрового зажигания;
в) корпус двигателя и лопатки силовых турбин изготовляются полыми для протока промежуточного теплоносителя;
г) система циркуляции промежуточного теплоносителя комплектуется теплообменником, насосами, трубопроводами;
д) электрогенератор устанавливается между двумя двигателями и объединяется сквозным внутренним валом и двумя наружными соосными валами, на которых устанавливаются обмотки индукции и обмотки возбуждения электрогенератора и силовые турбины встречного вращения двигателей;
е) автономный турбокомпрессор комплектуется механическим или электрическим двигателем с подачей воздуха на сопла по воздуховоду.

Изобретение поясняется чертежами, где на: фиг. 1 показана комплектация двух двигателей с электрогенератором; фиг. 2 показана комплектация электрогенератора двигателями, где сопла подачи рабочего тела заменены водяными форсунками; фиг. 3 показана комплектация турбореактивного электрогенератора системами циркуляции промежуточного теплоносителя паропроводы, конденсатор, трубопроводы подачи конденсата воды на форсунки; фиг. 4 показана комплектация турбореактивного электрогенератора системами циркуляции промежуточного теплоносителя и система образования рабочего тела; фиг. 5 и 6 показаны схемы подачи промежуточного теплоносителя на силовые турбины; на фиг. 7 - 10 показаны система циркуляции теплоносителя и крепление узлов электрогенератора.

Благодаря тому, что каждый двигатель выполнен с двумя силовыми турбинами, установленными с возможностью встречного вращения, сопла размещены в корпусах двигателей и сообщены воздуховодом с турбокомпрессором, причем последний выполнен автономным, а форсунки и свечи искрового зажигания установлены в соплах, а также тому, что электрогенератор помещен в корпус, в котором находятся ступицы обмоток индукции и возбуждения, установленные на соосных валах, силовые турбины двигателей помещены в корпуса, составленные из двух секций каждый, и установлены на соосных валах, а также тому, что корпуса двигателей и лопатки силовых турбин выполнены полыми и подключены к системе циркуляции промежуточного теплоносителя, и наконец, тому, что электрогенератор снабжен водяными форсунками, повышается КПД и улучшаются условия эксплуатации.

Статика
На фиг. 1 показан турбореактивный электрогенератор, в котором имеются корпус 1 двигателя, силовая турбина 2, цилиндр 3, сквозной внутренний вал 4, силовая турбина 5, цилиндр 6, наружный вал 7, стационарные полые диски 8, вращающиеся полые диски 9, сопла 10, воздуховод 11, форсунка 12, свеча искрового зажигания 13, каналы протока теплоносителя 14, корпус электрогенератора 15, ступица 16, обмотка возбуждения 17, контакты 18 обмотки возбуждения 17, ступица 19, обмотка индукции 20, контакты 21 обмотки индукции 20.

На фиг. 2 показан турбореактивный электрогенератор, в котором имеются корпус 1 двигателя, силовая турбина 2, сквозной внутренний вал 4, силовая турбина 5, наружный вал 7, стационарные полые диски 8, вращающиеся полые диски 9, корпус электрогенератора 15, ступица 16, обмотка возбуждения 17, контакты 18 обмотки возбуждения 17, ступица 19, обмотка индукции 20, контакты 21 обмотки индукции 20, водяные форсунки 22, трубопровод 23 подачи конденсата воды.

На фиг. 3 показаны системы теплообмена и пароводяной циркуляции, в которых имеются корпус двигателя 1, корпус электрогенератора 15, контакты 18 обмотки возбуждения 17, контакты 21 обмотки индукции 20, водяные форсунки 22, трубопровод подачи конденсата воды 23, насос 24, конденсатор 25, паропровод 26, трубопровод подачи промежуточного теплоносителя 27, насос 28, теплообменник 29, насос 30, трубопровод 31 возврата промежуточного теплоносителя.

На фиг. 4 показаны система теплообмена и система образования рабочего тела, в которых имеется корпус двигателя 1, цилиндр 3, сквозной внутренний вал 4, цилиндр 6, стационарные полые диски 8, вращающиеся полые диски 9, сопла 10, воздуховод 11, корпус электрогенератора 15, контакты 18 обмотки возбуждения 17, контакты 21 обмотки индукции 20, трубопровод подачи промежуточного теплоносителя 27, насос 28, теплообменник 29, насос 30, трубопровод возврата промежуточного теплоносителя 31, турбокомпрессор 32, воздуховод 11, топливный бак 33, насос 34, топливный трубопровод 35, турбовентилятор 36, газопровод 37.

На фиг. 5 показан двигатель в сечении по соплам, где изображены корпус 1, силовая турбина 2, цилиндр 3, вал 4, сопла 10, соединенные с воздуховодом 11.

На фиг. 6 показан двигатель в сечении по водяным форсункам, где изображены корпус 1, силовая турбина 2, вал 4, водные форсунки 22, трубопровод подачи конденсата воды 23, паропровод 26.

На фиг. 7 показан проток промежуточного теплоносителя, а также корпус 1, силовая турбина 2, цилиндр 3, сквозной внутренний вал 4, силовая турбина 5, цилиндр 6, наружный вал 7, стационарные полые диски 8, вращающиеся полые диски 9, контакты 18 обмотки возбуждения 17, трубопровод подачи промежуточного теплоносителя 27, трубопровод 31 возврата промежуточного теплоносителя.

На фиг. 8 показано крепление силовой турбины 2 на цилиндр 3, разделенный перегородкой 38, и сквозной внутренний вал 4.

На фиг. 9 показаны крепление турбины 5 на цилиндр 6, разделенный перегородкой 39, наружный вал 7, внутренний сквозной вал 4.

На фиг. 10 показан проток промежуточного теплоносителя, а также корпус 1, силовая турбина 2, сквозной внутренний вал 4, наружный вал 7, стационарные полые диски 8, вращающиеся полые диски 9, контакты 18 обмотки возбуждения 17, трубопровод подачи промежуточного теплоносителя 27, трубопровод 31 возврата промежуточного теплоносителя.

Динамика
Турбореактивный электрогенератор, в котором два турбореактивных двигателя совмещены с электрогенератором со встречным вращением обмоток индукции и возбуждения, где ступица 16 обмотки возбуждения 17, установленная на сквозной внутренний вал 4, приводится во вращение двумя силовыми турбинами 2, установленными на цилиндры 8, установленные на сквозной внутренний вал 4. Ступицы 19, установленные на наружные валы 7 и соединенные с обмоткой индукции 20, приводятся во встречное вращение силовыми турбинами 5, установленными на цилиндры 6, установленные на наружные валы 7, в каждом из двух двигателей; силовые турбины 2 и 5 в каждом двигателе приводятся во вращение воспламенением рабочего тела от искры свечей искрового зажигания в объеме между силовыми турбинами 2 и 5, лопатки которых установлены с возможностью встречного вращения. В результате образуется рабочее тело в соплах 10, в которые через воздуховод 11 нагнетается воздух, а через топливные форсунки 12 распыляется топливо.

Для удобства сборки турбореактивного электрогенератора корпуса 1 двигателей изготавливаются каждый из двух секций, также сборным изготавливается корпус электрогенератора 15. Для снижения температуры корпусов 1 двигателей и лопаток силовых турбин 2 и 5 предусмотрена циркуляция промежуточного теплоносителя по каналам 14 в корпусах 1 и по объему полых лопаток силовых турбин 2 и 5 (на чертеже не показаны). Проток теплоносителя по лопаткам силовых турбин 2 и 5 осуществляется через совмещенные полые диски, из которых диски 8 установлены стационарно и соединены с трубопроводами подачи и оттока промежуточного теплоносителя, а диски 9 установлены на цилиндры 3 и 6, разделенные на секции, и вращаются в направлении вращения валов 4 и 7 (фиг. 1).

Турбореактивный электрогенератор, в котором два турбореактивных двигателя совмещены с электрогенератором со встречным вращением обмоток индукции и возбуждения, где ступица 16 обмотки возбуждения 17, установленная на сквозной внутренний вал 4, приводится во вращение двумя силовыми турбинами 2, установленными на сквозной внутренний вал 4 в каждом из двух двигателей. Ступицы 19, установленные на наружные валы 7 в каждом из двух двигателей и соединенные с обмоткой индукции 20, приводятся во встречное вращение силовыми турбинами 5, встречного, по отношению к силовым турбинам 2, вращения; приводятся во встречное вращение силовые турбины 2 и 5 в каждом из двух двигателей распылением воды из форсунок на перегретые поверхности лопаток силовых турбин 2 и 5, по объему полостей которых протекает промежуточный теплоноситель, поступающий через совмещенные полые диски, из которых диски 8 установлены стационарно и соединены с трубопроводами подачи и оттока промежуточного теплоносителя, а диски 9 установлены на валы 4 и 7 и соединены трубопроводами с лопатками силовых турбин 2 и 5; в форсунки 22 вода поступает по трубопроводу 23 (фиг. 2).

На форсунки 22 по трубопроводу 23 насосом 24 подается конденсат воды из конденсатора 25, в который по пароводу 26 поступает отработанный пар из корпусов 1 двигателей. Циркуляции промежуточного теплоносителя осуществляется по трубопроводу 27, насосом 28 из теплообменника 29 подается нагретый промежуточный теплоноситель в корпуса 1 двигателей, из которых насосом 30 по трубопроводам 31 возвращается в теплообменник, нагреваемый внешним источником тепла (фиг. 3).

Проток промежуточного теплоносителя, охлаждаемого в теплообменнике 29, осуществляется насосом 28 по трубопроводам. Охлажденный теплоноситель подается на стационарные полые диски 8 в каждом из двух двигателей, из которых по вращающимся полым дискам 9 через цилиндры 3 в каждом из двух двигателей поступает в полости лопаток силовых турбин (на чертеже не показано), из которых через цилиндры 3 поступает во вращающиеся полые диски 9, из которых поступает в стационарные полые диски 8 и по трубам 31 насосом 30 нагнетается в теплообменник 29, где охлаждается.

В объем между силовыми турбинами (на чертеже не показаны) подается рабочее тело, создаваемое в соплах 10 в процессе смешивания воздуха, нагнетаемого в сопла 10 через воздуховод 11 турбокомпрессором 32, с топливом, нагнетаемым из топливного бака 33 насосом 34 по трубопроводам 35. Воспламеняется рабочее тело от разряда свечи искрового зажигания (на чертеже не показано), образующийся газ выводится из корпусов 1 по газопроводам 37 турбовентилятором 36 (фиг. 4).

По трубопроводу 27 промежуточный теплоноситель нагнетается в стационарный полый диск 8, из которого поступает во вращающийся диск 9, из которого поступает в секцию цилиндра 3, образуемую перегородкой 38. Из секции цилиндра 3 теплоноситель поступает на лопатки силовой турбины 2 (фиг. 7).

Промежуточный теплоноситель поступает по трубопроводу 27 в стационарный полый диск 8, затем через вращающийся полый диск 9 - на лопатки силовой турбины 2 и далее - в трубопровод 31 (фиг. 10).

Изобретение обеспечивает повышение КПД за счет максимального использования энергии топлива.

Турбореактивный электрогенератор может быть использован в энергетике. Электрогенератор содержит вал, проходящий через два наружных вала, соосных с внутренним валом. На последнем установлены ступица обмотки возбуждения и две силовые турбины двигателей. На наружных валах установлены ступицы обмотки индукции и вторые силовые турбины двигателей. Ступицы, на которых установлены обмотки индукции и возбуждения, размещены в корпусе электрогенератора, а турбины - в корпусах двигателей, состоящих из двух секций каждый. Система подачи рабочего тела включает сопла, форсунки и свечи искрового зажигания. Имеется система циркуляции промежуточного теплоносителя, включающая теплообменник, насосы и трубопроводы. Причем каждый двигатель выполнен с двумя силовыми турбинами, установленными с возможностью встречного вращения, сопла размещены в корпусах двигателей и сообщены воздуховодом с турбокомпрессором, последний выполнен автономным, а форсунки и свечи искрового зажигания установлены в соплах. Изобретение обеспечивает повышение КПД. 3 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. Турбореактивный электрогенератор, содержащий сквозной внутренний вал, проходящий через два наружных вала (вал в вале), соосных с внутренним валом, на котором установлены в центре ступица обмотки возбуждения электрогенератора, а по краям две силовые турбины двигателей, на наружных валах установлены ступицы обмотки индукции электрогенератора и вторые силовые турбины двигателей, ступицы, на которых установлены обмотки индукции и возбуждения, помещены в корпус электрогенератора, а турбины помещены в корпуса двигателей, состоящих из двух секций каждый; содержащий систему подачи рабочего тела и включающую сопла форсунки и свечи искрового зажигания; содержащий систему циркуляции промежуточного теплоносителя, включающую теплообменник, насосы, трубопроводы, отличающийся тем, что каждый двигатель выполнен с двумя силовыми турбинами, с возможностью встречного вращения, сопла размещены в корпусах двигателей и сообщены воздуховодом с турбокомпрессором, последний выполнен автономным, а форсунки и свечи искрового зажигания установлены в соплах. 2. Турбореактивный электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор помещен в корпус, в котором находятся ступицы обмоток индукции и возбуждения, установленные на соосных валах, а силовые турбины двигателей помещены в корпуса, составленные из двух секций каждый, и установлены на соосных валах. 3. Турбореактивный электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что корпуса двигателей и лопатки силовых турбин выполнены полыми и подключены к системе циркуляции промежуточного теплоносителя. 4. Турбореактивный электрогенератор по п.3, отличающийся тем, что снабжен водяными форсунками.