CZ12724U1

CZ12724U1 - Proudový nebo turbínový motor

Info

Publication number: CZ12724U1
Application number: CZ200213449U
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Ing. Katolický; Čestmír Havránek
Original assignee: Zdeněk Ing. Katolický
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2002-10-23
Also published as: WO2004022948A1; CN1682023A; AU2003266099A1; CN100447388C

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká proudového nebo turbínového motoru, který obsahuje radiální nebo diagonální kompresor, který obsahuje alespoň jednu otočnou část otočně uloženou v pevné části proudového nebo turbínového motoru, přičemž s alespoň jednou otočnou částí kompresoru je spřažen synchronní elektromotor obsahující vzájemně spolupracující stator a rotor.

Dosavadní stav techniky

U proudových nebo turbínových motorů, které obsahuji radiální nebo diagonální kompresory je pro nastartování proudového nebo turbínového motoru nutné zajistit počáteční roztočení rotoru na požadované otáčky. Je znám značný počet technických řešení umožňujících počáteční roztočení rotorů turbínových nebo proudových motorů.

Jsou známa řešení, která využívají účinků stlačeného plynu vháněného tryskou na lopatky kompresoru. Také jsou známa řešení, která využívají účinků pyropatrony na lopatky turbíny, jejíž otočný pohyb se společným hřídelem s kompresorem přenáší na oběžné kolo kompresoru. Také je známo použití samostatného elektromotoru komutátorového typu, který tvoří elektrický startér, přičemž je mechanicky, např. prostřednictvím převodovky nebo rozběhové příp. volnoběžné spojky, spřažen s hřídelem proudového nebo turbínového motoru. Pokud je elektromotor uvedenými prostředky trvale spojen s hřídelem turbínového nebo proudového motoru, lze jej při vhodné konstrukci využít také jako zdroje elektrické energie. Jsou také známy konstrukce, které obsahují samostatný elektromotor a samostatný elektrický generátor.

Nevýhodou dosavadních řešení je jejich velká hmotnost a vysoké nároky na prostor. Další nevýhodou je také poměrně složitá konstrukce známých řešení a tedy i náročná výroba atomu odpovídající cena zařízení.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo proudovým nebo turbínovým motorem, jehož podstata spočívá v tom, že rotor synchronního elektromotoru je pevně uložen na otočné části proudového nebo turbínového motoru spražené s kompresorem, přičemž stator synchronního elektromotoru je souose s rotorem synchronního elektromotoru uložen na pevné části proudového nebo turbínového motoru a je spřažen se zdrojem a/nebo spotřebičem elektrické energie. Tímto uspořádáním je možno snížit prostorové nároky sestavy synchronní elektromotor - proudový nebo turbínový motor a také je pro uložení otočných částí synchronního elektromotoru využito uložení již stávajících otočných částí proudového nebo turbínového motoru, čímž se zjednoduší a zlevní konstrukce proudového nebo turbínového motoru. Dále je výhodné, že pro spojení rotoru synchronního elektromotoru s kompresorem není nutno použít žádného dodatečného zařízení, např. spojky či převodovky, protože se využívá stávajících spojení kompresoru s příslušnou otočnou částí proudového nebo turbínového motoru.

Z hlediska jednoduchosti konstrukce proudového nebo turbínového motoru je výhodné, je-li rotor synchronního elektromotoru pevně uložen na otočné části kompresoru.

Podle jednoho výhodného provedení je rotor synchronního elektromotoru pevně uložen na přední části oběžného kola kompresoru, přičemž stator synchronního elektromotoru je pevně uložen před oběžným kolem kompresoru, což usnadňuje konstrukci proudového nebo turbínového motoru, zejména tehdy, je-li rotor synchronního elektromotoru uložen ve vybrání v přední části oběžného kola kompresoru.

-1 CZ 12724 Ul

Stator synchronního elektromotoru je přitom s výhodou uložen v krycím tělese pro aerodynamické krytí střední části předního konce oběžného kola kompresoru, přičemž krycí těleso je radiálními žebry pevně uloženo ve střední části vstupní skříně proudového nebo turbínového motoru, což je řešení jednoduché, levné a spolehlivé.

Alespoň jedno radiální žebro je přitom duté a procházejí jím vodiče pro připojení statoru synchronního elektromotoru ke zdroji a/nebo spotřebiči elektrické energie, takže je ušetřen další prostor konstrukce proudového nebo turbínového motoru.

Stator synchronního elektromotoru je s výhodou uložen na pouzdru, které je letmo uloženo na krycím tělese, což je jednoduché a levné.

Podle jednoho výhodného provedení obsahuje rotor synchronního elektromotoru duté permanentně magnetické těleso se sudým počtem magnetických pólů, přičemž stator synchronního elektromotoru obsahuje elektromagnetické těleso svícefázovým vinutím, které je situováno v dutině rotoru synchronního elektromotoru, přičemž vícefázové vinutí je napojeno na zdroj a/nebo spotřebič elektrické energie. Toto řešení je výhodné zejména pro uplatnění výše uvede15 ného vestavění synchronního elektromotoru do přední části oběžného kola kompresoru.

Podle dalšího výhodného provedení obsahuje rotor synchronního elektromotoru permanentně magnetické těleso se sudým počtem magnetických pólů, které je situováno v dutině statoru synchronního elektromotoru obsahujícího duté elektromagnetické těleso s vícefázovým vinutím napojeným na zdroj a/nebo spotřebič elektrické energie. Toto provedení je výhodné jak u výše uvedeného vestavění synchronního elektromotoru do přední části oběžného kola kompresoru tak také tehdy, jestliže je rotor synchronního elektromotoru uložen např. na hřídeli kompresoru za oběžným kolem kompresoru čije implementován do jiné otočné části proudového nebo turbíno- ; vého motoru spražené s kompresorem, např. do turbíny na společném hřídeli s kompresorem atd. i

Pro chlazení částí synchronního elektromotoru je výhodné, je-li statoru a/nebo rotoru synchron25 ního elektromotoru přiřazen systém chladicích kanálů.

Celkovou výhodou tohoto uspořádání proudového nebo turbínového motoru je dosažení vyšší elektrické účinnosti a bezůdržbového provozu. Další výhodou tohoto řešení proudového nebo turbínového motoru je vysoký kroutící moment synchronního elektromotoru a možnost funkce synchronního elektromotoru s permanentními magnety jako generátoru elektrické energie i při vysokých otáčkách bez nutnosti dodatečného bandážování, které by mělo za následek zvětšení magnetické mezery mezi statorem a rotorem synchronního elektromotoru, přičemž menší magnetická mezera umožňuje použít v rotoru synchronního elektromotoru magnety o menší tloušťce pro dosažení stejného výkonu.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkrese, kde ukazuje obr. 1 podélný řez příkladným provedením jednohřídelového proudového motoru se synchronním elektromotorem tvořícím elektrický startér integrovaný do vstupní části kompresoru proudového motoru a obr. la příčný řez dutým radiálním žebrem.

Příklady provedení technického řešení

Technické řešení bude popsáno na příkladném provedení proudového motoru, který obsahuje kompresorovou část 10 a turbínovou část 11, mezi nimiž jev cestě kompresorem stlačovaného plynu vložena spalovací komora 13, do které jsou vyvedeny vstřikovací trysky 14 paliva. Spalovací komoře 13 je dále přiřazen vhodný neznázoměný zážehový systém pro počáteční zažehnutí směsi stlačovaného vzduchu a paliva.

Kompresorová část 10 obsahuje oběžné kolo 15 radiálního kompresoru, přičemž turbínová část 11 obsahuje oběžné kolo 16 turbíny. Ve znázorněném příkladu provedení jsou oběžné kolo 15 radiálního kompresoru a oběžné kolo 16 turbíny otočně uloženy na společném hřídeli 17, který je

-2CZ 12724 Ul otočně uložen prostřednictvím ložisek 19, 19' ve statorové části proudového motoru, resp. ve statorových skříních 18.

Proudový motor je souose s osou otáčení otočných částí radiálního kompresoru opatřen rotorem 200 synchronního elektromotoru 2. Rotor 200 synchronního elektromotoru 2 je pevně uložen na některé z vhodných otočných částí proudového motoru, která je spražena s kompresorem^ např. je uložen na oběžném kole kompresoru nebo je uložen na společném hřídeli 17 kompresoru a turbíny neboje uložen na ještě jiné otočné části proudového motoru spřažené s kompresorem. Rotor 200 synchronního elektromotoru 2 se otáčí společně s otočnými částmi kompresoru a pro své otočné uložení, které je nutné k činnosti synchronního elektromotoru 2 využívá otočného uložení příslušné otočné části proudového motoru, např. otočné uložení kompresoru nebo společného hřídele 17 atd.

Ve znázorněném příkladě provedení je rotor 200 synchronního elektromotoru 2 pevně uložen na přední části oběžného kola 15 radiálního kompresoru, resp. je pevně uložen ve vybrání v přední části oběžného kola 15 radiálního kompresoru. Ve znázorněném příkladu provedení obsahuje rotor 200 synchronního elektromotoru 2 uložený ve vybrání v přední části oběžného kola 15 radiálního kompresoru magnetický prstenec 20, který je uložen na vnitřní stěně vybrání v přední části oběžného kola 15 radiálního kompresoru, přičemž na magnetickém prstenci 20 jsou směrem do volného prostoru vybrání uloženy permanentní magnety 21. V neznázoměném příkladě provedení je rotor 200 synchronního elektromotoru 2 uložen na společném hřídeli 17 s turbínou nebo je uložen na turbíně atd.

Na statorové části proudového motoru je v příslušné části proudového motoru pevně uložen stator 201 synchronního elektromotoru 2, přičemž obě dvojice stator 201 - rotor 200 synchronního elektromotoru 2 jsou souosé a známým způsobem do sebe zasahují, aby mohly společně plnit činnost synchronního elektromotoru 2.

Ve znázorněném příkladu provedení je před přední částí oběžného kola 15 radiálního kompresoru, např. v krycím tělese 240 pro aerodynamické krytí střední části předního konce oběžného kola 15 radiálního kompresoru uloženém pomocí radiálních žeber 27 ve středu vstupní skříně 24 proudového motoru před radiálním kompresorem, pevně uložen stator 201 synchronního elektromotoru 2, který obsahuje vícefázové vinutí 23, kterým je stator 201 situován v dutině mezi permanentními magnety 21 rotoru 200 synchronního elektromotoru 2 uloženého ve vybrání v přední části oběžného kola 15. radiálního kompresoru. Vícefázové vinutí 23 je spraženo se zdrojem elektrické energie, např. pomocí vodičů 25, které procházejí jedním dutým radiálním žebrem 27 mimo vlastní těleso proudového motoru. Ve znázorněném příkladě provedení je vícefázové vinutí 23 uloženo na pouzdru 29, které je letmo pomocí šroubu 30 uloženo v krycím tělese 240.

Chlazení statoru 201 i rotoru 200 synchronního elektromotoru 2 je zajištěno vhodným způsobem. Např. v příkladu provedení znázorněném na výkrese je chlazení statoru 201 zajištěno přestupem tepla z vícefázóvého vinutí 23 přes pouzdro 29 do radiálních žeber 27 a dále do vstupní skříně 24 proudového motoru v kombinaci s nucenou ventilací proudícího vzduchu nasávaného kompresorem a proudícího kolem krycího tělesa 240 a také přes otvory a mezery v krycím tělese 240 atd. Chlazení celého synchronního elektromotoru 2 podporuje dále radiální kanál 31 z vybrání v přední části oběžného kola 15 radiálního kompresoru ve směru od statoru 201 synchronního elektromotoru 2 za rotorem 200 synchronního elektromotoru 2.

V neznázoměném příkladu provedení mohou být stator 201 a rotor 200 synchronního elektromotoru 2 vytvořeny jiným vhodným způsobem, přičemž mohou být i jiným vhodným způsobem integrovány do konstrukce otočných i pevných částí proudového motoru.

Synchronní elektromotor 2 může pro rozběh proudového motoru sloužit jako pohon a po rozběhu proudového motoru, kdy se kompresor dále otáčí působením expanze spalovaného paliva se vzduchem na lopatky turbíny, může synchronní elektromotor 2 sloužit jako generátor

-3 CZ 12724 Ul elektrického proudu použitelného bud přímo v proudovém motoru nebo i v externích zařízeních mimo proudový motor atd.

Technické řešení není omezeno pouze na znázorněné a bezprostředně popsané provedení proudového motoru, ale jsou možné i různé modifikace technického řešení podle konkrétního konstrukčního uspořádání jednotlivých typů proudových nebo turbínových motorů, přičemž osoba schopná v oboru je na základě znalosti tohoto technického řešení a pouze s vynaložením své běžné odborné dovednosti schopna využít toto technické řešení v příslušné konkrétní konstrukci. Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné u proudových motorů, u turbínových motorů atd.

Seznam vztahových značek:

10	kompresorová část proudového motoru
	11	turbínová část proudového motoru
	13	spalovací komora
	14	vstřikovací tryska paliva
15	15	oběžné kolo radiálního kompresoru

oběžné kolo turbíny společný hřídel kompresoru a turbíny statorová skříň proudového motoru

19,19' ložisko

20	2	synchronní elektromotor
	20	magnetický prstenec
	200	rotor synchronního elektromotoru
	201	stator synchronního elektromotoru
	21	permanentní magnety
25	23	vícefázové vinutí
	24	vstupní skříň proudového motoru
	240	krycí těleso pro krytí střední části předního konce oběžného kola radiálního kompresoru
	25	vodič
	27	radiální žebro
30	29	pouzdro
	30	šroub
	31	radiální kanál.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Proudový nebo turbínový motor, který obsahuje radiální nebo diagonální kompresor, který 35 obsahuje alespoň jednu otočnou část otočně uloženou v pevné části proudového nebo turbínového motoru, přičemž s alespoň jednou otočnou částí kompresoru je spřažen synchronní elektromotor obsahující vzájemně spolupracující stator a rotor, vyznačující se tím, že rotor (200) synchronního elektromotoru (2) je pevně uložen na otočné části proudového nebo turbínového motoru spražené s kompresorem, přičemž stator (201) synchronního elektromotoru (2) je

40 souose s rotorem (200) synchronního elektromotoru (2) uložen na pevné části proudového nebo turbínového motoru a je spřažen se zdrojem a/nebo spotřebičem elektrické energie.
2. Proudový nebo turbínový motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (200) synchronního elektromotoru (2) je pevně uložen na otočné části kompresoru.
3. Proudový nebo turbínový motor podle nároku 2, vyznačující se tím, že rotor

45 (200) synchronního elektromotoru (2) je pevně uložen na přední části oběžného kola kompreso-4CZ 12724 Ul ru, přičemž stator (201) synchronního elektromotoru (2) je pevně uložen před oběžným kolem kompresoru.
4. Proudový nebo turbínový motor podle nároku 3, vyznačující se tím, že rotor (200) synchronního elektromotoru (2) je uložen ve vybrání v přední části oběžného kola
5 kompresoru.

5. Proudový nebo turbínový motor podle kteréhokoli z nároků 3 nebo 4, vyznačující se tím, že stator (201) synchronního elektromotoru (2) je uložen v krycím tělese (240) pro aerodynamické krytí střední části předního konce oběžného kola kompresoru, přičemž krycí těleso (240) je radiálními žebry (27) pevně uloženo ve střední části vstupní skříně (24) proudoío vého nebo turbínového motoru.
6. Proudový nebo turbínový motor podle nároku 5, vyznačující se tím, že alespoň jedno radiální žebro (27) je duté, přičemž jím procházejí vodiče (25) pro připojení statoru (201) synchronního elektromotoru (2) ke zdroji a/nebo spotřebiči elektrické energie.
7. Proudový nebo turbínový motor podle kteréhokoli z nároků 5 nebo 6, vyznačující

15 se tím, že stator (201) synchronního elektromotoru (2) je uložen na pouzdru (29), které je letmo uloženo na krycím tělese (240).
8. Proudový nebo turbínový motor podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že rotor (200) synchronního elektromotoru (2) obsahuje duté permanentně magnetické těleso se sudým počtem magnetických pólů, přičemž stator (201) synchronního elektromotoru (2)

20 obsahuje elektromagnetické těleso s vícefázovým vinutím (23), které je situováno v dutině rotoru (200) synchronního elektromotoru (2), přičemž vícefázové vinutí (23) je napojeno na zdroj a/nebo spotřebič elektrické energie.
9. Proudový nebo turbínový motor podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že rotor (200) synchronního elektromotoru (2) obsahuje permanentně magnetické těleso

25 se sudým počtem magnetických pólů, které je situováno v dutině statoru (201) synchronního elektromotoru (2) obsahujícího duté elektromagnetické těleso s vícefázovým vinutím (23) napojeným na zdroj a/nebo spotřebič elektrické energie.
10. Proudový nebo turbínový motor podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že statoru (201) a/nebo rotoru (200) synchronního elektromotoru (2) je přiřazen

30 systém chladicích kanálů.

1 výkres