ЭЛЕКТРОСТАРТЕР Российский патент 2013 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения, в частности к электростартерам для запуска газотурбинных двигателей наземного применения.

Известна синхронная электрическая машина, используемая как электростартер в составе системы электрозапуска газотурбинных установок [см. Левин А.В., Лаптев Н.Н. Система электрозапуска ГТУ в эксплуатации, Газотурбинные технологии, апрель 2009 г.]. С целью охлаждения тепловыделяющих элементов электростартера в процессе его работы на валу установлены две крыльчатки, обеспечивающие воздушное охлаждение электростартера.

Недостатком конструкции является применение охлаждающей среды - воздуха с низкими теплоотводящими свойствами, малая площадь соприкосновения охлаждающей среды и неравномерное распределение температуры, сложность конструкции, увеличенные габариты и масса, характерные для электрических машин постоянного тока, при малых мощностных характеристиках.

Известен частотно-управляемый электростартер для электрической системы запуска ГПА [см. Комогаров, Егорова. Электрозапуск газоперекачивающих агрегатов, Нефтегазовый комплекс №2, 2008 г.].

Недостатком конструкции является отсутствие отвода тепла от статора электростартера, что может способствовать чрезмерному нагреву обмотки статора электростартера и снижению эксплуатационной надежности электростартера.

Наиболее близким к заявляемой конструкции техническим решением - прототипом, является конструкция электростартера для запуска газотурбинных установок, используемых в газоперекачивающих агрегатах, который содержит редуктор, асинхронный электродвигатель, выполненный в виде коаксиально смонтированных ротора и статора, соединенный с сетью питания посредством преобразователя частоты с возможностью обеспечения получения плавно изменяющегося момента вращения электростартера в соответствии с потребным режимом раскрутки ротора газотурбинной установки [см. Патент RU 2362031, МПК F02C 7/26].

Недостатком конструкции высокооборотного электростартера на базе частотно управляемого асинхронного электродвигателя является возможность перегрева обмотки статора электростартера в процессе запуска при обеспечении электростартером моментно-мощностных характеристик и режимов работы газотурбинных установок. С ростом мощности процесс отвода тепла замедляется, что может приводить к снижению надежности электростартера, повреждению изоляции обмоточных проводов статора, сокращению количества запусков двигателя и введению технологических перерывов на охлаждение электростартера.

Технической задачей изобретения является увеличение количества запусков двигателя без технологических перерывов на охлаждение электростартера, повышение надежности работы электростартера, обеспечение эффективного и равномерного охлаждения статора электростартера при простоте конструкции, использование возможностей масляной системой ГТД.

Указанная задача в конструкции электростартера для запуска газотурбинных установок, содержащего редуктор, асинхронный электродвигатель, выполненный в виде коаксиально смонтированных ротора и статора, соединенный с сетью питания посредством преобразователя частоты с возможностью обеспечения получения плавно изменяющегося момента вращения электростартера в соответствии с потребным режимом раскрутки ротора газотурбинной установки, достигается тем, что электростартер оборудован системой охлаждения статора маслом, выполненной в виде стакана, внутри которого расположена статорная обмотка, а на внешней относительно оси устройства стороне стакана выполнен в виде винтовой спирали канал, соединенный с нагнетающей частью системы подачи масла на смазку и охлаждение опор газотурбинного двигателя (ГТД) посредством входного штуцера и трубопровода, а последний относительно входа масла виток спирального канала соединен посредством выходного штуцера и трубопровода с магистралью слива масла в маслосистему ГТД, причем на внешней стороне стакана на свободных от спирального канала поверхностях выполнены канавки под уплотнительные кольца, по две с каждой стороны.

Технический эффект в части оборудования электростартера системой охлаждения статора заключается в использовании возможностей масляной системы двигателя; в конструктивной простоте, прежде всего, за счет предлагаемой конструкции ее главного элемента - стакана, выполненного в виде одной детали предельно простой формы - цилиндрической оболочки постоянной толщины, и за счет минимального количества комплектующих системы охлаждения, в том числе изготовление деталей и узлов предлагаемой конструкции системы охлаждения и их монтаж, не требуют применения сложной технологической оснастки и специального инструмента; в незначительном изменении весогабаритных характеристик электростартера; в уменьшении затрат на ее изготовление и техническое обслуживание за счет конструктивной простоты.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором дан продольный разрез электростартера со схемой системы охлаждения статора.

Электростартер 1 оборудован системой охлаждения статора маслом, выполненной в виде стакана 2, внутри которого расположена статорная обмотка 3, и ротором 4 а на внешней стороне стакана выполнен канал А в виде винтовой спирали, соединенный с нагнетающей частью системы 9 подачи масла на смазку и охлаждение опор газотурбинного двигателя посредством входного штуцера 6 и трубопровода 7, а последний относительно входа масла виток спирального канала А соединен посредством выходного штуцера 5 и трубопровода 8 с магистралью слива масла 10 в масло систему газотурбинного двигателя 11, уплотнительные кольца 12, расположенные на внешней стороне стакана на свободных от спирального канала поверхностях, по два с каждой стороны, обеспечивают герметичность спирального канала А.

Устройство работает следующим образом.

В процессе запуска газотурбинного двигателя 11 масло циркулирует по винтовой спирали канала А стакана 2 за счет частичного отбора (не более 2%) от нагнетающей части системы 9 подачи масла на смазку и охлаждение опор газотурбинного двигателя 11, посредством входного штуцера 6 и трубопровода 7 и обеспечивает эффективный съем тепла со статорной обмотки 3 электростартера за счет увеличения площади прикосновения охлаждающей жидкости - масла - к статору посредством канала А, выполненного в виде винтовой спирали, повторяющего геометрию статора и использования для изготовления стакана низкоуглеродистой стали с повышенной теплопроводностью и отвод масла в маслосистему 10 газотурбинного двигателя 11 за счет соединения последнего витка спирального канала А посредством выходного штуцера 5 и трубопровода 8 с магистралью слива масла 10 в маслосистему газотурбинного двигателя 11, уплотнительные кольца 12, расположенные на внешней стороне стакана, обеспечивают герметичность спирального канала А.

Электростартер предназначен для запуска ГТД наземного применения и оборудован системой охлаждения статора маслом от маслосистемы ГТД, в виде стакана, внутри которого расположена статорная обмотка, а на внешней стороне стакана выполнен в виде винтовой спирали канал А для прокачки масла в процессе запуска, соединенный с нагнетающей частью системы подачи масла на смазку и охлаждение опор ГТД, посредством входного штуцера и трубопровода, а последний относительно входа масла виток спирального канала А соединен, посредством выходного штуцера и трубопровода с магистралью слива масла в маслосистему ГТД, герметичность спирального канала А обеспечена за счет уплотнительных колец, расположенных на внешней стороне стакана на свободных от спирального канала поверхностях по два с каждой стороны. Технический результат - упрощение конструкции электростартера. 1 ил.

Электростартер для запуска газотурбинных установок, содержащий редуктор, асинхронный электродвигатель, выполненный в виде коаксиально смонтированных ротора и статора, соединенный с сетью питания посредством преобразователя частоты с возможностью обеспечения получения плавно изменяющегося момента вращения электростартера в соответствии с потребным режимом раскрутки ротора газотурбинной установки, отличающийся тем, что электростартер оборудован системой охлаждения статора маслом, выполненной в виде стакана, внутри которого расположена статорная обмотка, а на внешней относительно оси устройства стороне стакана выполнен в виде винтовой спирали канал, соединенный с нагнетающей частью системы подачи масла на смазку и охлаждение опор газотурбинного двигателя (ГТД) посредством входного штуцера и трубопровода, а последний относительно входа масла виток спирального канала соединен посредством выходного штуцера и трубопровода с магистралью слива масла в маслосистему ГТД, причем на внешней стороне стакана, на свободных от спирального канала поверхностях, выполнены канавки под уплотнительные кольца, по две с каждой стороны.