СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ РЕЖИМА МЕДЛЕННОГО ПРОВОРАЧИВАНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА Российский патент 2014 года по МПК H02P9/08 F01D25/36 

Изобретение касается системы, включающей в себя электрический генератор, главный возбудитель и вспомогательный возбудитель, а также способа медленного проворачивания валопровода (т.е. линии валов или цепи валов), включающего в себя паровую турбину и/или газовую турбину, и/или генератор.

Турбоагрегат, снабженный синхронным генератором трехфазного тока, обычно применяется для выработки электрической энергии на электростанции. Турбоагрегат включает в себя в основном газовую турбину, синхронный генератор трехфазного тока и устройство для получения тока возбуждения, а также при необходимости паровую турбину. Вырабатываемый генератором электрический ток снимается с обмотки статора генератора, в то время как обмотка ротора возбуждается постоянным током с целью создания магнитного поля. Известно получение постоянного тока посредством бесщеточных вращающихся выпрямителей-возбудителей или статического устройства возбуждения с тиристорным управлением посредством контактных колец. Бесщеточный выпрямитель-возбудитель с внешними полюсами соединен с генератором таким образом, что его ротор вращается валом генератора. В таком случае сначала вырабатываемый возбудителем трехфазный ток может выпрямляться с помощью выпрямителей, вращаемых валом ротора возбудителя. Вырабатываемый таким выпрямителем-возбудителем постоянный ток может непосредственно, без контактных колец, направляться к ротору генератора.

В противоположность турбоагрегату, снабженному паровой турбиной в качестве привода, газовая турбина не может самостоятельно разогнать турбоагрегат. Разгон турбоагрегата происходит в общем случае из так называемого режима медленного проворачивания с частотой вращения, составляющей примерно от 100 мин^-1 до 200 мин^-1, для чего чаще всего применяется масляно-гидравлический привод. Известным образом газовая турбина может быть запущена только при достаточной частоте вращения, составляющей приблизительно 1000 об/мин, и начать дальнейший разгон до номинальной частоты вращения. Для достижения этой предельной частоты вращения с целью разгона может применяться специальный так называемый пусковой двигатель или генератор, используемый в качестве двигателя с частотным управлением.

Валопроводы на электростанциях, которые включают в себя паровую и/или газовую турбину, а также генератор, после выхода из режима эксплуатации с номинальными частотами вращения должны вращаться с меньшей частотой вращения, что также называется медленным проворачиванием, во избежание деформации валов при остывании.

При этом валопровод посредством установленного специально для этого масляного гидромотора вращается с частотами вращения, составляющими приблизительно от 2 об/мин приблизительно до 70 об/мин.

При применении масла для масляного гидромотора всегда существует опасность пожара. Задачей изобретения является указать систему и способ, с помощью которого возможно вращение валопровода на электростанции без применения при этом внешнего масляного гидромотора.

Решается эта задача с помощью системы, включающей в себя электрический генератор, главный возбудитель и вспомогательный возбудитель, при этом вспомогательный возбудитель служит в номинальном режиме для получения электрического напряжения, а в режиме медленного проворачивания в качестве двигателя для медленного проворачивания.

В номинальном режиме возбудитель представляет собой постоянно возбужденную синхронную машину, которая установлена в конце валопровода генератора, являясь составной частью вращающегося устройства возбуждения. В номинальном режиме вспомогательный возбудитель служит в качестве синхронного генератора, который создает напряжение для обмотки возбуждения главного возбудителя.

Теперь в соответствии с изобретением предлагается использовать вспомогательный возбудитель в качестве синхронного двигателя, который осуществляет привод валопровода с необходимыми частотами медленного проворачивания, составляющими приблизительно от 2 об/мин приблизительно до 70 об/мин. Таким образом полностью отпадает необходимость в масляном гидромоторе для режима медленного проворачивания. Кроме того, конструктивная длина корпуса машины может быть сокращена.

Преобразование вспомогательного возбудителя, который сначала работает как синхронный генератор, в осуществляющий привод валопровода синхронный двигатель, осуществляется путем переключения клемм вспомогательного возбудителя на соответствующее устройство питания трехфазного тока. Это устройство питания трехфазного тока создает варьируемое электрическое напряжение с варьируемой частотой. Вспомогательный возбудитель становится, таким образом, синхронным двигателем, частота вращения которого может регулироваться посредством устройства питания трехфазного тока и обеспечивает необходимые частоты медленного проворачивания, составляющие приблизительно от 3 об/мин прибл. до 100 об/мин.

Предпочтительной в смысле изобретения для управления частотой вращения является подача соответствующего сигнала частоты вращения тахогенератору турбины.

Другие предпочтительные усовершенствованные варианты указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Так, в первом предпочтительном усовершенствованном варианте электрический генератор, главный возбудитель и вспомогательный возбудитель соединены друг с другом посредством вала с возможностью передачи крутящего момента. Предпочтительным в смысле изобретения образом тем самым предотвращается применение передачи или аналогичных элементов, передающих крутящий момент.

В другом предпочтительном усовершенствованном варианте главный возбудитель включает в себя обмотку статора, снабжаемую электрическим током от вспомогательного возбудителя.

Задача, направленная на способ, решается с помощью способа медленного проворачивания валопровода, включающего в себя паровую турбину и/или газовую турбину и/или генератор, при этом необходимый для создания магнитного поля вспомогательный возбудитель эксплуатируется в качестве двигателя для медленного проворачивания.

В соответствии с изобретением при этом способе вспомогательный возбудитель снабжается электрическим напряжением посредством устройства питания трехфазного тока, при этом устройство питания трехфазного тока вырабатывает варьируемое электрическое напряжение с варьируемой частотой.

Один из примеров осуществления изобретения поясняется подробнее с помощью нижеследующих чертежей.

Показано:

фиг.1 - наглядная схема системы;

фиг.2 - принципиальная схема турбоагрегата, снабженного вращающимся бесщеточным возбудителем.

На фиг.1 показана паровая турбина 1, электрический генератор 2, главный возбудитель 3 и вспомогательный возбудитель 4. Паровая турбина 1 включает в себя не изображенный детально ротор, у которого имеется несколько рабочих лопаток, а также корпус, снабженный несколькими направляющими лопатками. Ротор установлен с возможностью вращения вокруг оси 5 вращения. В альтернативных вариантах осуществления дополнительно к паровой турбине 1 может быть установлена газовая турбина с возможностью передачи крутящего момента. К паровой турбине 1 подключен электрический генератор 2 с возможностью передачи крутящего момента. Электрический генератор 2 включает в себя ротор, снабженный обмоткой 19 ротора, а также статор, снабженный обмоткой 22 статора. Обмотка 19 ротора снабжается электрическим напряжением от главного возбудителя 3, что приводит к созданию магнитного поля, которое вследствие вращательного движения вокруг оси 5 вращения приводит к индуцированному напряжению в обмотке 22 статора. Вспомогательный возбудитель 4 и главный возбудитель 3 также соединены друг с другом с возможностью передачи крутящего момента.

Между вспомогательным возбудителем 4 и главным возбудителем 3 расположен выпрямитель и регулятор 6 напряжения, который выпрямляет электрическое напряжение, передаваемое от главного возбудителя 4, а также согласует величину электрического напряжения. В номинальном режиме, т.е. когда валопровод вращается с частотой, составляющей 3000 об/мин или, соответвенно, 3600 об/мин, переключатель 7 находится в положении N номинального режима. Как только валопровод должен быть замедлен со сравнительно высоких частот вращения на более низкие частоты вращения, переключатель 7 приводится в положение T режима медленного проворачивания, благодаря чему управлением обеспечивается возможность соединения с устройством 8 питания трехфазного тока. Устройство 8 питания трехфазного тока вырабатывает электрическое напряжение, причем величина электрического напряжения и частота электрического напряжения являются варьируемыми и регулируемыми. Вспомогательный возбудитель 4 служит, таким образом, синхронным двигателем, который осуществляет привод валопровода с необходимой частотой медленного проворачивания, составляющей от 3 об/мин до 100 об/мин. Для управления вспомогательным возбудителем, служащим двигателем для медленного проворачивания, в качестве входной величины используется фактическая частота N_факт. вращения, а номинальная частота N_ном. вращения используется в качестве входной величины для устройства питания трехфазного тока. В итоге устройство 8 питания трехфазного тока снабжается электрической энергией посредством электрической сети.

На фиг.2 показана принципиальная схема турбоагрегата, снабженного вращающимся бесщеточным возбудителем 10. На принципиальной схеме показан электрический генератор 2, снабженный бесщеточным вращающимся выпрямителем-возбудителем 10, который включает в себя вспомогательный возбудитель 11 и главный возбудитель 12.

Как генератор 2, так и выпрямитель-возбудитель 10 включают в себя стационарные компоненты 13 и вращающиеся компоненты 14. Во вспомогательном возбудителе 11 посредством вращающегося постоянного магнита 15 в обмотке 16 вспомогательного возбудителя 11 индуцируется ток, который подается на регулятор 17 напряжения, к которому подключена обмотка 18 статора главного возбудителя 12. Вместо подвода напряжения от вспомогательного возбудителя 16 к регулятору напряжения 17 альтернативно может быть предусмотрен подвод напряжения к регулятору напряжения 17 из неизображенной сети. Обмотка 18 статора создает поле, индуцирующее в обмотке 19 статора главного возбудителя 12 ток, который выпрямляется вращающимся выпрямителем 20. Этот выпрямленный ток подается на обмотку 21 ротора электрического генератора 2, которая в виде вращающейся обмотки возбуждения расположена на не изображенном здесь роторе 9. В обмотке 22 статора генератора 2 благодаря этому создается трехфазный ток, который может запитываться в неизображенную сеть. Регулятор 17 напряжения через преобразователь 23 тока и преобразователь 24 напряжения подключен к обмотке 22 статора. На принципиальной схеме, показанной на фиг.2, изображен номинальный режим, при котором вспомогательный возбудитель служит постоянно возбужденной синхронной машиной. В соответствии с изобретением вспомогательный возбудитель 11 посредством устройства питания трехфазного тока и переключателя 7 эксплуатируется в качестве синхронного двигателя, который осуществляет привод валопровода с необходимыми частотами медленного проворачивания.

Изобретение касается системы и способа для медленного проворачивания валопровода. Технический результат заключается в обеспечении возможности медленного проворачивания валопровода на электростанции без применения при этом внешнего масляного гидромотора. Система для режима медленного проворачивания турбоагрегата включает в себя электрический генератор, главный возбудитель и вспомогательный возбудитель. Во время номинального режима вспомогательный возбудитель используется в качестве постоянно возбужденной синхронной машины для получения электрического напряжения, а в режиме медленного проворачивания вспомогательный возбудитель служит двигателем для медленного проворачивания. При этом система включает в себя также переключатель, который служит для переключения между номинальным режимом и режимом медленного проворачивания. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система для режима медленного проворачивания турбоагрегата, включающая в себя электрический генератор (2), главный возбудитель (3, 12) и вспомогательный возбудитель (4, 11), отличающаяся тем, что
вспомогательный возбудитель (4, 11) служит в номинальном режиме (N) для получения электрического напряжения, а в режиме (Т) медленного проворачивания в качестве двигателя для медленного проворачивания,
включает в себя устройство (8) питания трехфазного тока, которое снабжает вспомогательный возбудитель (4, 11) электрическим напряжением варьируемой частоты,
включает в себя переключатель (7), который служит для переключения между номинальным режимом (N) и режимом (Т) медленного проворачивания.

2. Система по п.1, причем электрический генератор (2), главный возбудитель (3, 12) и вспомогательный возбудитель (4, 11) соединены друг с другом посредством вала с возможностью передачи крутящего момента.

3. Система по одному из предыдущих пунктов, причем главный возбудитель (3, 12) включает в себя обмотку (18) статора, снабжаемую электрическим током от вспомогательного возбудителя (4, 11).

4. Система по п.3, причем посредством обмотки (18) статора может индуцироваться электрическое напряжение в обмотке (19) ротора главного возбудителя (3, 12).

5. Система по п.1, причем вспомогательный возбудитель (4, 11) включает в себя вращающийся вокруг оси (5) вращения постоянный магнит (15).

6. Система по п.1, причем устройство (8) питания трехфазного тока включает в себя управление, при этом фактическая частота (N_факт.) вращения системы и номинальная частота (N_ном.) вращения используются в управлении в качестве входных величин.

7. Способ медленного проворачивания валопровода, включающего в себя паровую турбину и/или газовую турбину и/или генератор, при этом необходимый для создания магнитного поля вспомогательный возбудитель (11) эксплуатируют в качестве двигателя для медленного проворачивания,
причем вспомогательный возбудитель (4, 11) снабжают электрическим напряжением посредством устройства (8) питания трехфазного тока, при этом устройство (8) питания трехфазного тока вырабатывает электрическое напряжение с варьируемой частотой.