Способ обкатки турбокомпрессора с электрогенератором и стенд для обкатки Российский патент 2023 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к стендам для «холодной» обкатки лопастных машин серийного производства, в частности для обкатки турбокомпрессоров с ротором турбогенератора энергетической газотурбинной установки (ГТУ).

В настоящее время на моторостроительных предприятиях имеются стенды для «горячих» испытаний ГТУ, а обкатку турбокомпрессоров производят при предъявительских (сдаточных) испытаниях установок в целом. Назначение предъявительских (сдаточных) испытаний состоит в приработке деталей двигателя (обкатка), в проверке качества изготовления, сборки, работы агрегатов ГТУ и оценке соответствия параметров ГТУ заданным техническим условиям. Работу ГТУ проверяют на всех эксплуатационных режимах, при этом производится соответствующая отладка агрегатов. После предъявительских испытаний ГТУ разбирают для осмотра и контроля состояния его деталей (Испытания авиационных двигателей: Учебник для вузов / под общ. ред. В.А. Григорьева и А.С. Гишварова. - М: Машиностроение, 2009. - 504 с.: ил. с. 73-74).

Известен стенд для «холодной» обкатки турбокомпрессоров энергетических установок (патент RU 2640460 С1, опубл. 09.01.2018), содержащий источник подачи газа, напорный и выпускной воздуховоды, соединенные с рабочей камерой турбины, датчик частоты вращения и цифровой указатель оборотов, блок управления источником подачи газа, при этом в него дополнительно введены два модуля измерения параметров газа, модуль измерения параметров масла, перепускной клапан, емкость с нагревательным элементом для масла, масляный насос, электропривод масляного насоса, масляный фильтр, блок регистрации положения вала в подшипнике, блок обработки информации и управления стендом и фильтрующий элемент, при этом напорный воздуховод разделен на три части фильтрующим элементом и первым модулем измерения параметров газа, первая часть напорного воздуховода соединена с источником подачи газа и фильтрующим элементом, вторая часть напорного, воздуховода соединена с фильтрующим элементом и первым модулем измерения параметров газа, третья часть напорного воздуховода соединена с первым модулем измерения параметров газа и рабочей камерой турбины турбокомпрессора, выпускной воздуховод разделен на две части, первая часть выпускного воздуховода соединена с рабочей камерой турбины турбокомпрессора и второй частью выпускного воздуховода, вторая часть выпускного воздуховода соединена с первой частью выпускного воздуховода и источником подачи газа, источник подачи газа соединен с блоком управления источником подачи газа, выход первого модуля измерения параметров газа соединен с блоком обработки информации и управления стендом, второй модуль измерения параметров газа соединен с выходом рабочей камеры компрессора турбокомпрессора, выход второго модуля измерения параметров газа соединен с блоком обработки информации и управления стендом, выход электропривода масляного насоса подключен к блоку обработки информации и управления стендом, второй выход модуля измерения параметров масла соединен с блоком обработки информации и управления стендом, выход с нагревательного элемента емкости для масла подключен к блоку обработки информации и управления стендом, масляный насос соединен с электроприводом масляного насоса, выход емкости с нагревательным элементом для масла подключен к входу масляного насоса, выход масляного насоса соединен с входом перепускного клапана, первый выход перепускного клапана соединен с входом масляного фильтра, выход масляного фильтра соединен с входом модуля измерения параметров масла, первый выход модуля измерения параметров масла соединен с отверстием для подачи масла к подшипнику турбокомпрессора, второй выход перепускного клапана соединен с первым входом емкости с нагревательным элементом для масла, сливное отверстие подшипника турбокомпрессора соединено со вторым входом емкости с нагревательным элементом для масла, выход цифрового указателя оборотов соединен с блоком обработки информации и управления стендом, выход блока регистрации положения вала в подшипнике подключен к блоку обработки информации и управления стендом, выход блока управления источником подачи газа подключен к блоку обработки информации и управления стендом.

Известен стенд для «холодной» обкатки турбокомпрессоров энергетических установок (патент RU 2362137 С1, опубл. 20.07.2009, прототип), выбранный в качестве наиболее близкого аналога, включающий источник подачи воздуха в виде осевого вентилятора, напорный и выпускной воздуховоды, соединенные с рабочей камерой турбины, при этом на всасывающий и выпускной патрубки рабочей камеры компрессора установлены герметичные крышки, которые оборудованы перепускным и обратным клапаном соответственно, и перепускной клапан, установленный на герметичную крышку всасывающего патрубка компрессора, кинематически связан с электромеханическим приводом, осуществляющим перевод клапана в закрытое или открытое состояние.

К недостаткам представленных аналогов можно отнести высокие энергетические затраты на проведение испытаний, а сами стенды являются сложными и дорогими в изготовлении и эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, а также снижении энергозатрат при обкатке турбокомпрессора с электрогенератором энергетической ГТУ при номинальной частоте вращения.

Технический результат достигается способом обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2), характеризующимся тем, что турбокомпрессор с электрогенератором (2) закрепляют на опорной поверхности (1) станины, в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора устанавливают заглушку (4), к электрогенератору (2) подключают частотный преобразователь (3) с системой управления, подключенный к источнику тока, при этом электрогенератор (2) запускают системой управления в моторном режиме, регулируя ток и его частоту частотным преобразователем (3), постепенно повышают частоту вращения ротора электрогенератора (2) и ротора турбокомпрессора до номинального значения.

Компрессорное колесо (7) при вращении всасывает воздух из атмосферы через электрогенератор (2) для его охлаждения.

Также технический результат достигается стендом для обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2), состоящим из станины с опорной поверхностью, выполненной с возможностью жесткой фиксации турбокомпрессора с электрогенератором (2), заглушки (4), выполненной с возможностью ее установки в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора, а также частотный преобразователь (3) с системой управления, выполненной с возможностью запуска электрогенератора (2) в моторном режиме и изменения частоты вращения соединенного с ним (2) ротора турбокомпрессора, при этом частотный преобразователь (3) с системой управления подключен к источнику тока.

На представленной фигуре показана схема стенда для обкатки турбокомпрессора с электрогенератором.

На представленной фигуре обозначены следующие элементы:

1 - опорная поверхность станины;

2 - турбокомпрессор с электрогенератором;

3 - частотный преобразователь (3) с системой управления;

4 - заглушка пневматического входа турбины турбокомпрессора;

5 - роторная система турбокомпрессора с электрогенератором;

6 - рабочее колесо турбины турбокомпрессора;

7 - рабочее колесо компрессора турбокомпрессора;

8 - ротор электрогенератора синхронного с постоянными магнитами;

9 - подшипниковые опоры.

Стенд для обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2) энергетической газотурбинной установки (ГТУ) состоит из станины с опорной поверхностью, выполненной с возможностью жесткой фиксации турбокомпрессора с электрогенератором (2), заглушки (4), выполненной с возможностью ее установки в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора, что упрощает конструкцию, а также снижает энергетические затраты при обкатке за счет снижения вентиляционных потерь в турбинной части турбокомпрессора. Частотный преобразователь (3) с системой управления, выполненной с возможностью запуска электрогенератора (2) в моторном режиме и изменения частоты вращения соединенного с ним (2) ротора турбокомпрессора, что упрощает конструкцию за счет исключения дополнительных источников, вращающих кинематически соединенные роторы электрогенератора и турбокомпрессора, что также снижает энергетические затраты при обкатке.

Стенд подключен к источнику тока, например, внешней электрической сети переменного тока, через частотный преобразователь (3).

Частотный преобразователь (3) представляет собой электронное устройство для изменения тока и его частоты с системой управления.

Роторная система (5) турбокомпрессора с электрогенератором (2) состоит из роторов лопаточных машин - рабочих колес турбины (6) и компрессора (7) и ротора (8) с постоянными магнитами синхронного электрогенератора. Роторы опираются на имеющиеся подшипниковые опоры (9).

Стенд работает следующим образом.

Способ обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2) энергетической газотурбинной установки (ГТУ) характеризуется тем, что турбокомпрессор с электрогенератором (2) закрепляют на опорной поверхности (1) станины, в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора устанавливают заглушку (4), что упрощает конструкцию, а также снижает энергетические затраты при обкатке за счет снижения вентиляционных потерь в турбинной части турбокомпрессора. К электрогенератору (2) подключают частотный преобразователь (3) с системой управления, подключенный к источнику тока, при этом электрогенератор (2) запускают системой управления в моторном режиме, регулируя ток и его частоту частотным преобразователем (3), что упрощает конструкцию за счет исключения дополнительных источников, вращающих кинематически соединенные роторы электрогенератора и турбокомпрессора, что также снижает энергетические затраты при обкатке. Далее постепенно повышают частоту вращения ротора электрогенератора (2) и ротора турбокомпрессора до номинального значения. Скорость вращения ротора (8) электрогенератора определяется частотой тока генерируемой частотным преобразователем (3) по заданию системы управления. Компрессорное колесо (7) при вращении всасывает воздух из атмосферы через электрогенератор (2) для его охлаждения, что также дополнительно снижает энергетические затраты при обкатке за счет уменьшения сопротивления в обмотках электрогенератора, работающего в моторном режиме.

Обкатка (на рабочих оборотах) турбокомпрессора с электрогенератором (2) обеспечивает проверку правильности изготовления и сборки турбокомпрессора с электрогенератором (2), балансировку их роторной системы (5), работоспособность опор (9) роторной системы (5).

Изобретение относится к области энергетики, а именно к стендам для «холодной» обкатки лопастных машин серийного производства, в частности для обкатки турбокомпрессоров с ротором турбогенератора энергетической газотурбинной установки (ГТУ). Способ обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2) характеризуется тем, что турбокомпрессор с электрогенератором (2) закрепляют на опорной поверхности (1) станины, в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора устанавливают заглушку (4), к электрогенератору (2) подключают частотный преобразователь (3) с системой управления, при этом электрогенератор (2) запускают системой управления в моторном режиме, регулируя ток и его частоту частотным преобразователем (3), постепенно повышают частоту вращения ротора электрогенератора (2) и ротора турбокомпрессора до номинального значения. Также раскрыт стенд для обкатки турбокомпрессора с электрогенератором. Технический результат заключается в упрощении конструкции, а также снижении энергозатрат при обкатке турбокомпрессора с электрогенератором энергетической ГТУ при номинальной частоте вращения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2), характеризующийся тем, что турбокомпрессор с электрогенератором (2) закрепляют на опорной поверхности (1) станины, в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора устанавливают заглушку (4), к электрогенератору (2) подключают частотный преобразователь (3) с системой управления, подключенный к источнику тока, при этом электрогенератор (2) запускают системой управления в моторном режиме, регулируя ток и его частоту частотным преобразователем (3), постепенно повышают частоту вращения ротора электрогенератора (2) и ротора турбокомпрессора до номинального значения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компрессорное колесо (7) при вращении всасывает воздух из атмосферы через электрогенератор (2) для его охлаждения.

3. Стенд для обкатки турбокомпрессора с электрогенератором (2), состоящий из станины с опорной поверхностью, выполненной с возможностью жесткой фиксации турбокомпрессора с электрогенератором (2), заглушки (4), выполненной с возможностью ее установки в пневматический вход турбины (6) турбокомпрессора, а также частотного преобразователя (3) с системой управления, выполненной с возможностью запуска электрогенератора (2) в моторном режиме и изменения частоты вращения соединенного с ним (2) ротора турбокомпрессора, при этом частотный преобразователь (3) с системой управления подключен к источнику тока.