RU43311U1 - GAS-TURBINE POWER INSTALLATION - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании газотурбинных энергетических установок (далее ГТУ).The utility model relates to power engineering and can be used to create gas turbine power plants (hereinafter GTU).

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.A gas turbine engine includes a gas turbine engine 1 having, for example, a rotational speed of 6091 rpm, a turbogenerator 2 having the same rotational speed, and a frequency converter 3 arranged in series with its stator winding.

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.The GTU shaft line 4 consists of a rotor 5 of a gas turbine engine 1, a rotor 6 of a turbogenerator 2 and an intermediate shaft 7. The intermediate shaft 7 is connected to both rotors by rigid flange connections. The GTU shaft line 4 is mounted on active magnetic bearings: four radial 8-11 and one axial 12. Radial magnetic bearings 8-11 are equipped with paired safety bearings 13-16, for example ball bearings, which come into operation when radial active magnetic bearings 8- eleven.

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.The technical result of the proposed utility model is to increase reliability by eliminating the use of oil plain bearings and the oil system as a whole, which significantly increases fire safety and simplifies gas turbine engines. In addition, the use in a gas turbine engine of a gas turbine engine with a rotational speed of more than 3000 rpm, and, consequently, with smaller dimensions, reduces its metal consumption, which increases the efficiency of a gas turbine in general.

Description

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании газотурбинных энергетических установок (далее ГТУ).The utility model relates to power engineering and can be used to create gas turbine power plants (hereinafter GTU).

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.Known GTU (1), containing a gas turbine engine and a turbogenerator having a common shaft line. The rotor speed of the turbogenerator and the rotor speed of the turbocompressor are 3000 rpm. This rotational speed of the turbogenerator rotor provides current with a standard (industrial) frequency of 50 Hz. Start-up of gas turbines is carried out by its own electric generator, fed through a thyristor starting device. The GTU shaft line is supported by oil sliding bearings. To control the gas turbine, an automatic electronic-hydraulic system is used.

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.A disadvantage of the well-known gas turbine is its large metal consumption due to the use of a gas turbine engine with a relatively low rotational speed and the need to organize an oil system that complicates a gas turbine, reduces its operational reliability, and increases fire hazard.

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 The technical result of the proposed utility model is to increase reliability by eliminating the use of oil plain bearings and the oil system as a whole, which significantly increases fire safety and simplifies gas turbine engines. In addition, the use in a gas turbine engine of a gas turbine engine with a higher (than 3000 rpm) rotational speed, and therefore with lower

габаритами, обеспечивает снижение его металлоемкости, что повышает экономичность ГТУ в целом.dimensions, provides a decrease in its metal consumption, which increases the efficiency of gas turbines in general.

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.The specified technical result is achieved due to the fact that in a gas turbine power plant containing a gas turbine engine and a turbogenerator having a common shaft line, in accordance with the proposed utility model, the shaft line is mounted on active magnetic bearings, and the turbo generator has a non-standard speed corresponding to the rotational speed of the gas turbine engine while the standard current frequency is ensured by installing a frequency converter, the input of which is connected to the stator TKE turbogenerator.

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.To improve the quality of the supplied electric energy and to reduce energy losses in the turbogenerator, the turbogenerator and the frequency converter can be made six-phase, while the frequency converter can be used as a starting device for a gas turbine engine.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом (фиг.), на котором представлена функциональная схема ГТУ.The inventive utility model is illustrated by a drawing (Fig.), Which shows a functional diagram of a gas turbine.

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.A gas turbine engine (Fig.) Contains a gas turbine engine 1 having, for example, a rotational speed of 6091 rpm, a turbogenerator 2 having the same rotational speed, and a frequency converter 3 installed in series with its stator winding, in this example a two-channel thyristor converter.

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 The GTU shaft line 4 consists of a rotor 5 of a gas turbine engine 1, a rotor 6 of a turbogenerator 2 and an intermediate shaft 7. The intermediate shaft 7 is connected to both rotors by rigid

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.flange connections. The GTU shaft line 4 is mounted on active magnetic bearings: four radial 8 - 11 and one axial 12. Bearings 8 and 9, located at the ends of the rotor of the gas turbine engine 1, and bearings 10 and 11, located at the ends of the rotor 6 of the turbogenerator 2, provide non-contact suspension of the rotor in a magnetic field created by controlled electromagnets. The axial magnetic bearing 12 provides non-contact locking in the axial direction of the rotor 5 of the gas turbine engine 1 and the rotor 6 of the turbogenerator 2. The intermediate shaft 7 does not have its own bearings. The radial magnetic bearings 8-11 are provided with paired safety bearings 13-16, for example ball bearings, which come into operation when the radial active magnetic bearings 8-11 do not work. During normal operation, the safety bearings do not work and rotate together with the 4 GTU shaft drive.

ГТУ работает следующим образом:GTU works as follows:

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).In the start-up mode of the gas turbine, the frequency converter 3 is used as a starting device. Having received energy from the network, it smoothly increases the frequency to the required value, and the turbogenerator 2 performs the function of an engine that accelerates the gas turbine engine 1 to its self-starting frequency. After that, the gas turbine engine brings the speed to the nominal (6091 rpm).

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.At the same speed, the turbogenerator 2 rotates, generating a current with a non-standard frequency of 101.6 Hz. The stator winding of the turbogenerator 2 is connected to a thyristor frequency converter 3, which lowers the current frequency to the standard frequency of 50 Hz, and transmits electricity through the transformer 17 to the industrial network.

Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет:Thus, the use of the proposed technical solution allows you to:

повысить надежность и пожаробезопасность ГТУ за счет использования активных магнитных подшипников, что позволяет отказаться от использования масла и организации маслосистемы;to increase the reliability and fire safety of gas turbines through the use of active magnetic bearings, which eliminates the use of oil and the organization of the oil system;

исключить трудоемкие работы по обслуживанию и ремонту маслосистемы и самих масляных подшипников скольжения;to exclude labor-intensive work on maintenance and repair of the oil system and the oil sliding bearings themselves;

существенно снизить габариты и металлоемкость за счет установки газотурбинного двигателя с частотой вращения более 3000 об/мин.significantly reduce the size and intensity due to the installation of a gas turbine engine with a speed of more than 3000 rpm

Источники информации:Sources of information:

Серебрянников Н.И., Лебедев А.С. и др.. Энергетическая газотурбинная установка мощностью 180 МВт. Теплоэнергетика №5, 2001 г.Serebryannikov N.I., Lebedev A.S. et al. 180 MW power gas turbine installation. Heat power industry No. 5, 2001

Claims (3)

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.1. A gas turbine power plant containing a gas turbine engine and a turbogenerator having a common shaft line, characterized in that the shaft line is mounted on active magnetic bearings, and the turbogenerator is made with a non-standard speed corresponding to the rotational speed of the gas turbine engine, while the standard current frequency is ensured by the installation a frequency converter, the input of which is connected to the stator winding of the turbogenerator, and the output is connected to the consumer's electrical network. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь частоты используется как пусковое устройство для газотурбинного двигателя.2. Installation according to claim 1, characterized in that the frequency converter is used as a starting device for a gas turbine engine. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что турбогенератор и преобразователь частоты выполнены шестифазными.3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the turbogenerator and the frequency converter are made six-phase.