ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОСТАРТЕРОМ Российский патент 2006 года по МПК F02C7/26 F01D15/10 

Предлагаемое изобретение относится к области газотурбокомпрессоростроения, в частности к газотурбинным двигателям.

Известны газотурбинные установки (ГТУ), в которых в качестве разного двигателя при пуске ГТУ используется турбодетандер, установленный на корпусе циклового (осевого) компрессора с возможностью привода через расцепное устройство и зубчатый редуктор ротора компрессора (см., например, кн.: «Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом». К.А. Тельнов и др., Ленинград, «Недра», ЛО, 1983 г., стр.15,16,68...70,243,244). При этом расходуется газ, повышается пожароопасность ГТУ и ухудшается экология окружающей среды из-за выброса отработавшего в турбодетандере газа.

Известны газотурбинные установки с отдельно установленным стартер-генератором, работающим при пуске установки в режиме двигателя с питанием от аккумуляторной батареи, а на рабочих режимах установки - в генераторном режиме с обеспечением зарядки аккумуляторной батареи и собственных нужд газотурбинной установки (см., например, кн.: «Газотурбинные установки», под ред. А.В.Арсеньева и В.Г.Тырышкина, Ленинград, ЛО, 1978 г., стр.139...142). В этом случае также необходим промежуточный элемент - редуктор, что в целом усложняет установку и снижает ее надежность.

Известен газотурбинный двигатель с электростартером, содержащий осевой компрессор, электростартер с ротором, установленным на валу ротора осевого компрессора, и статором, размещенным в корпусе осевого компрессора (см., например, US 3264482, МКЛ F 01 D 15/10, 1962 г. (02.08.1966)) - прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и экономичности газотурбинных двигателей, в частности путем повышения надежности и экономичности электростартера, устанавливаемого в осевом компрессоре.

Для достижения такого технического результата в предлагаемом газотурбинном двигателе с электростартером, содержащем осевой компрессор, электростартер с ротором, установленным на валу ротора осевого компрессора, и статором, размещенным в корпусе осевого компрессора, электростартер выполнен в виде вентильного реактивного двигателя с ротором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, с охватывающим ротор статором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, охваченными катушками сосредоточенной обмотки, с датчиком положения ротора, с блоком силовой электроники и блоком управления.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что электростартер выполнен в виде вентильного реактивного двигателя с ротором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, с охватывающим ротор статором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, с охватывающим ротор статором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, охваченными катушками сосредоточенной обмотки, с датчиком положения ротора, с блоком силовой электроники и блоком управления.

На фиг.1 схематично представлен газотурбинный двигатель с электростартером, на фиг.2 также схематично изображен поперечный разрез ротора и статора электростартера.

На валу 1 ротора 2 осевого компрессора 3 газотурбинного двигателя 4 установлен выполненный виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами ротор 5 электростартера 6. В корпусе 7 осевого компрессора 3 размещен статор 8 электростартера 6, выполненный с охватывающим ротор 5 шихтованным пакетом 9 с явно выраженными полюсами 10, охваченными катушками аппаратного типа 11 сосредоточенной обмотки 12 статора 8. В электростартере 6, являющемся вентильным реактивным двигателем, у которого ротор 5 и статор 8 с обмоткой 12 представляют собой электромеханический преобразователь энергии, выполнены также блок силовой электроники 13 и блок управления 14. На роторе 5 установлен датчик углового положения 15.

Работает газотурбинный двигатель с электростартером следующим образом (см. фиг.1, 2).

При запуске газотурбинного двигателя 4 с электростартером 6 по команде агрегатной системы автоматики (на фиг.1, 2 не показана) после включения насосов маслоснабжения (на фиг.1, 2 не показаны) и выполнения других соответствующих пред- и пусковых операций блок управления 14 выдает команды на блок силовой электроники 13, который коммутирует фазные обмотки, состоящие из катушек 11, в обмотке 12 статора 8, установленного в корпусе 7 осевого компрессора 3 в соответствии с сигналами датчика положения 15. Ротор 5 под действием вращающего момента, созданного током, протекающим в катушках 11 обмотки 12, охватывающих явно выраженные полюса 10 пакета 9, начинает вращаться и вместе с ним вращается ротор 2 (на валу 1 которого он укреплен) осевого компрессора 3. Позиционную обратную связь по угловому положению ротора 5 осуществляет при этом датчик положения 15, сигналы с которого обрабатываются в блоке управления 14 (микропроцессорном). Возможен вариант, когда информация о положении ротора вентильного реактивного двигателя считывается непосредственно с электромеханического преобразователя энергии (вариант без датчика положения ротора). Это позволяет упростить механическую конструкцию электродвигателя, но несколько усложняет его электронную часть.

После выхода газотурбинного двигателя с электростартером на номинальный режим работы блок управления 14 переводит электростартер 6 в режим работы генератора, и он начинает вырабатывать ток для собственных нужд газотурбинного двигателя (с использованием при этом, например, аккумуляторной батареи (на фиг.1, 2 не показана)).

По сравнению с прототипом, электростартер в котором выполнен с постоянными магнитами, заявляемая конструкцию проще в исполнении и дешевле.

Число полюсов статора и ротора электростартера, так же как и число фаз обмотки статора, может быть различным. Например, в одном из разработанных авторами вариантов электростартера, встроенного в осевой компрессор газотурбинного двигателя, статор электростартера выполнен с 16 полюсами и 4 фазными обмотками. Каждая фазная обмотка содержит 4 катушки аппаратного типа. На роторе электростартера при этом выполнено 12 зубцов (полюсов).

Газотурбинный двигатель с электростартером содержит осевой компрессор, электростартер с ротором, установленным на валу ротора осевого компрессора, и статором, размещенным в корпусе осевого компрессора. Электростартер выполнен в виде вентильного реактивного двигателя с ротором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, охваченными катушками сосредоточенной обмотки статора, с датчиком положения ротора, с блоком силовой электроники и блоком управления. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности газотурбинного двигателя. 2 ил.

Газотурбинный двигатель с электростартером, содержащий осевой компрессор, электростартер с ротором, установленным на валу ротора осевого компрессора, и статором, размещенным в корпусе осевого компрессора, отличающийся тем, что электростартер выполнен в виде вентильного реактивного двигателя с ротором в виде шихтованного пакета с явно выраженными полюсами, охваченными катушками сосредоточенной обмотки статора, с датчиком положения ротора, с блоком силовой электроники и блоком управления.