Электростартер-генератор газотурбинной установки

Полезная модель направлена на повышение ремонтопригодности и экономичности ГТУ. Указанный технический результат достигается тем, что в электростартере-генераторе ГТУ, включающем электромеханич. преобразователь и датчик углового положения ротора, встроенные в корпус установки, и блоки электроники, электромеханич. преобразователь выполнен в виде m-фазной реактивной электрич. машины (где m=1, 2, 3...), состоящей из пассивного ротора с равномерно распределенными р=2·k(m±1) явно выраженными полюсами (где k=1, 2, 3...), находящегося на валу ГТУ, статора с равномерно распределенными 2·m·k явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки m-фазной обмотки якоря, выполненного из двух половин, на каждой из которых находятся m·k полюсов, и каждая фаза обмотки якоря имеет отводы от части витков, которые подключены к дополнительным ключам блока силовой электроники. 2 з.п. ф., 2 илл.

Полезная модель относится к газотурбинным установкам (ГТУ) и, в частности, к газовым турбинам газоперекачивающих агрегатов, и может быть использована как при создании новых установок, так и при модернизации установок, находящихся в эксплуатации.

Известен электростартер, заменяющий турбодетандер и обеспечивающий экологически чистый и более экономичный запуск газотурбинной установки (Высокоскоростное электростартерное устройство для газотурбинных установок. «Газотурбинные технологии», Июль-Август, №5 (40), 2005, стр.40-41), который включает асинхронный электродвигатель с принудительной системой охлаждения, установленный на ГТУ с использованием посадочного места турбодетандера и шкаф управления, размещенный на площадке турбины и обеспечивающий работу электродвигателя по заданному алгоритму запуска турбины.

Особенностью пускового режима ГТУ является необходимость обеспечения высокого вращающего момента в начальный момент пуска установки и при ее работе на малой частоте вращения. Значения необходимых при этом значений вращающего момента в 4-5 раз превосходят значения вращающего момента, необходимого при дальнейшем разгоне ротора ГТУ. Применение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в качестве электростартера приводит к необходимости завышения установленной мощности не только самого электродвигателя, но и силового полупроводникового преобразователя для управления им. Кроме того, в этом случае остаются необходимыми редуктор между валом электродвигателя и валом ГТУ и принудительное охлаждение электродвигателя для интенсивного отвода тепла с короткозамкнутого ротора и статора.

Известно встроенное в ГТУ пусковое устройство (Detailed Design of a 30-kW Switched Reluctance Starter/Generator System for a Gas Turbine Engine

Application. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICAIONS, VOL.31, NO.3, MAY/JUNE 1995), принятое за прототип, в состав которого в входит реактивный электромеханический преобразователь с ротором, размещенным непосредственно на валу ГТУ, датчик углового положения ротора и управляющий и силовой электронные блоки. Недостатком такого пускового устройства является завышенная установленная мощность электронного блока, необходимая для обеспечения требуемого пускового момента при значительных пусковых токах и определенные трудности, возникающие при ремонтно-профилактических работах на ГТУ, связанные с извлечением ротора ГТУ, из-за кольцевого конструктивного исполнения статора электростартера.

Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции электростартера-генератора ГТУ, позволяющей уменьшить установленную мощность силового электронного блока и величину потребляемого в пусковом режиме тока, а также снизить трудозатраты при ремонтно-профилактических мероприятиях на ГТУ.

Поставленная задача решается тем, что в электростартере-генераторе газотурбинной установки, включающей электромеханический преобразователь и датчик углового положения ротора, встроенные в корпус установки, блоки силовой и управляющей электроники, осуществляющие коммутацию токов в фазах обмотки якоря по сигналам датчика углового положения ротора, электромеханический преобразователь выполнен в виде m-фазной реактивной электрической машины (где m=1, 2, 3...), состоящей из пассивного ротора с равномерно распределенными р=2·k(m±1) явно выраженными полюсами (где k=1, 2, 3...), находящегося на валу газотурбинного агрегата, статора с равномерно распределенными 2·m·k явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки m-фазной обмотки якоря, выполненного из двух половин, на каждой из которых находятся m·k полюсов, и каждая фаза обмотки якоря имеет отводы от части витков, которые подключены к дополнительным ключам блока силовой электроники.

На фиг.1 показан разрез конструктивного исполнения ГТУ с электростартером-генератором по предлагаемой полезной модели.

ГТУ состоит из двух частей 1 и 2 корпуса, внутри которого расположен ротор ГТУ 3 с ротором осевого компрессора 4 и ротором газовой турбины (не показан). На валу ротора ГТУ расположен ротор 5 электростартера-генератора с явно выраженными полюсами 6. В нижней и верхней частях корпуса ГТУ расположены половины статора 7 электростартера-генератора, на которых имеются явно выраженные полюса 8 с катушками обмотки статора 9.

Представленная на фиг.1 конструкция электростартера-генератора со статором, состоящим из двух половин, позволяет легко отделить верхнюю часть корпуса ГТУ от нижней и снять ротор ГТУ для проведения ремонтно-профилактических работ.

На фиг.2 показана схема подключения одной фазы обмотки статора электростартера-генератора по предлагаемой полезной модели.

Фаза обмотки статора электростартера-генератора, состоящая из двух последовательно соединенных секций L1 и L2, подключена к источнику питания через силовые транзисторы T1, T2 и диоды D1, D2. К части витков фазной обмотки подключен дополнительный силовой транзистор Т3. При строгании с места ГТУ и при его работе на низкой частоте вращения фазные обмотки поочередно подключаются к источнику питания при помощи силовых ключей, соединенных с обеими секциями. При достижении ротором ГТУ более высоких значений частоты вращения к источнику питания подключаются секции с меньшим числом витков при помощи силовых ключей, один из которых соединен с отводом от фазной обмотки. Предложенная по полезной модели схема коммутации фазных обмоток позволяет ограничить ток при пуске ГТУ и уменьшить установленную мощность силовой части электронного коммутатора.

1. Электростартер-генератор газотурбинной установки, включающий электромеханический преобразователь и датчик углового положения ротора, встроенные в корпус установки, блоки силовой и управляющей электроники, осуществляющие коммутацию токов в фазах обмотки якоря по сигналам датчика углового положения ротора, отличающийся тем, что электромеханический преобразователь выполнен в виде m-фазной реактивной электрической машины (где m=1, 2, 3...), состоящей из пассивного ротора с равномерно распределенными р=2·k(m±1) явно выраженными полюсами (где k=1, 2, 3...), находящегося на валу газотурбинного агрегата, статора с равномерно распределенными 2·m·k явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки m-фазной обмотки якоря, выполненного из двух половин, на каждой из которых находятся m·k полюсов.

2. Электростартер-генератор газотурбинной установки по п.1, отличающийся тем, что каждая фаза обмотки якоря имеет отводы от части витков, которые подключены к дополнительным ключам блока силовой электроники.