Газотурбинная энергетическая установка

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании газотурбинных энергетических установок (далее ГТУ).

ГТУ содержит газотурбинный двигатель 1, имеющий, например, частоту вращения 6091 об/мин., турбогенератор 2, имеющий ту же частоту вращения, и установленный последовательно с его обмоткой статора преобразователь частоты 3.

Валопровод 4 ГТУ состоит из ротора 5 газотурбинного двигателя 1, ротора 6 турбогенератора 2 и промежуточного вала 7. Промежуточный вал 7 соединен с обоими роторами жесткими фланцевыми соединениями. Валопровод 4 ГТУ устанавливается на активные магнитные подшипники: четыре радиальных 8-11 и один осевой 12. Радиальные магнитные подшипники 8-11 снабжены спаренными страховочными подшипниками 13-16, например шарикоподшипниками, которые вступают в работу, когда не работают радиальные активные магнитные подшипники 8-11.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности за счет отказа от использования масляных подшипников скольжения и от маслосистемы в целом, что существенно повышает пожаробезопасность и упрощает ГТУ. Кроме того, использование в ГТУ газотурбинного двигателя с частотой вращения более 3000 об/мин, а, следовательно, с меньшими габаритами, обеспечивает снижение его металлоемкости, что повышает экономичность ГТУ в целом.

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании газотурбинных энергетических установок (далее ГТУ).

Известна ГТУ (1), содержащая газотурбинный двигатель и турбогенератор, имеющие общий валопровод. Частота вращения ротора турбогенератора и частота вращения ротора турбокомпрессора составляют 3000 об/мин. Эта частота вращения ротора турбогенератора обеспечивает получение тока с стандартной (промышленной) частотой 50 Гц. Пуск ГТУ осуществляется собственным электрическим генератором, питаемым через тиристорное пусковое устройство. Валопровод ГТУ опирается на масляные подшипники скольжения. Для управления ГТУ используется автоматическая электронно-гидравлическая система.

Недостатком известной ГТУ является ее большая металлоемкость из-за использования газотурбинного двигателя с относительно небольшой частотой вращения а также необходимость организации маслосистемы, которая усложняет ГТУ, снижает ее эксплуатационную надежность, повышает пожароопасность.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности за счет отказа от использования масляных подшипников скольжения и от маслосистемы в целом, что существенно повышает пожаробезопасность и упрощает ГТУ. Кроме того, использование в ГТУ газотурбинного двигателя с более высокой (чем 3000 об/мин) частотой вращения, а следовательно с меньшими

габаритами, обеспечивает снижение его металлоемкости, что повышает экономичность ГТУ в целом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газотурбинной энергетической установке, содержащей газотурбинный двигатель и турбогенератор, имеющие общий валопровод, в соответствии с предлагаемой полезной моделью, валопровод установлен на активных магнитных подшипниках, а турбогенератор имеет нестандартную частоту вращения, соответствующую частоте вращения газотурбинного двигателя, при этом стандартная частота тока, обеспечивается за счет установки преобразователя частоты, вход которого подключен к статорной обмотке турбогенератора.

Для улучшения качества выдаваемой электрической энергии и для уменьшения потерь электроэнергии в турбогенераторе, турбогенератор и преобразователь частоты могут быть выполнены шестифазными, при этом преобразователь частоты может использоваться как пусковое устройство для газотурбинного двигателя.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом (фиг.), на котором представлена функциональная схема ГТУ.

ГТУ (фиг.) содержит газотурбинный двигатель 1, имеющий, например, частоту вращения 6091 об/мин., турбогенератор 2, имеющий ту же частоту вращения, и установленный последовательно с его обмоткой статора преобразователь частоты 3, в данном примере -двухканальный тиристорный преобразователь.

Валопровод 4 ГТУ состоит из ротора 5 газотурбинного двигателя 1, ротора 6 турбогенератора 2 и промежуточного вала 7. Промежуточный вал 7 соединен с обоими роторами жесткими

фланцевыми соединениями. Валопровод 4 ГТУ устанавливается на активные магнитные подшипники: четыре радиальных 8 - 11 и один осевой 12. Подшипники 8 и 9, расположенные на концах ротора газотурбинного двигателя 1, и подшипники 10 и 11, расположенные на концах ротора 6 турбогенератора 2, обеспечивают неконтактный подвес ротора в магнитном поле, создаваемом управляемыми электромагнитами. Осевой магнитный подшипник 12 обеспечивает бесконтактную фиксацию в осевом направлении ротора 5 газотурбинного двигателя 1 и ротора 6 турбогенератора 2. Промежуточный вал 7 собственных подшипников не имеет. Радиальные магнитные подшипники 8-11 снабжены спаренными страховочными подшипниками 13-16, например шарикоподшипниками, которые вступают в работу, когда не работают радиальные активные магнитные подшипники 8-11. При штатной работе страховочные подшипники не работают и вращаются вместе с валопроводом 4 ГТУ.

ГТУ работает следующим образом:

В режиме пуска ГТУ преобразователь частоты 3 используется как пусковое устройство. Получив энергию из сети, он плавно повышает частоту до необходимой величины, а турбогенератор 2 выполняет функцию двигателя, который разгоняет газотурбинный двигатель 1 до частоты его самозапуска. После чего газотурбинный двигатель доводит частоту вращения до номинальной (6091 об/мин).

С этой же скоростью вращается турбогенератор 2, вырабатывая ток с нестандартной частотой 101,6 Гц. Статорная обмотка турбогенератора 2 подключена к тиристорному преобразователю частоты 3, который понижает частоту тока до стандартной - 50 Гц, и через трансформатор 17 передает электроэнергию в промышленную сеть.

Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет:

повысить надежность и пожаробезопасность ГТУ за счет использования активных магнитных подшипников, что позволяет отказаться от использования масла и организации маслосистемы;

исключить трудоемкие работы по обслуживанию и ремонту маслосистемы и самих масляных подшипников скольжения;

существенно снизить габариты и металлоемкость за счет установки газотурбинного двигателя с частотой вращения более 3000 об/мин.

Источники информации:

Серебрянников Н.И., Лебедев А.С. и др.. Энергетическая газотурбинная установка мощностью 180 МВт. Теплоэнергетика №5, 2001 г.

1. Газотурбинная энергетическая установка, содержащая газотурбинный двигатель и турбогенератор, имеющие общий валопровод, отличающаяся тем, что валопровод установлен на активных магнитных подшипниках, а турбогенератор выполнен с нестандартной частотой вращения, соответствующей частоте вращения газотурбинного двигателя, при этом стандартная частота тока обеспечивается за счет установки преобразователя частоты, вход которого подключен к статорной обмотке турбогенератора, а выход соединен с электрической сетью потребителя.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь частоты используется как пусковое устройство для газотурбинного двигателя.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что турбогенератор и преобразователь частоты выполнены шестифазными.