CN1831301A - 涡轮发电机 - Google Patents

Abstract

涡轮发电机(10)包括涡轮(20)、直接连接到所述涡轮(20)上的发电机(30)、连接到所述发电机(30)上并与电力系统(90)相联的静态变频器(40)，涡轮(20)和发电机(30)约束到单个金属支撑基底(50)上。

Description

涡轮发电机

技术领域

本发明涉及一种涡轮发电机，其能够用于热电厂来产生电能。

背景技术

涡轮发电机通常包括：用于产生机械能的燃气涡轮，以及用来将机械能转换为电能的发电机或交流发电机。

直接从机械能获得的电能通常是依靠交流发电机获得的交流电形式的电能。

基于涡轮的输出轴的旋转，由此获得交流电流，该交流电流的频率直接取决于涡轮轴每分钟的转数。

换言之，涡轮轴旋转速度越高，由轴自身所获得的电流的频率就越高。

具有中小容量的燃气涡轮，只在轴的旋转速度以每分钟的转数来表达高，通常范围从5,000到20,000转/分钟的运行状况下才具有高效率。

这意味着：通过变换轴的机械能，将以较高的频率获得交流电流，因此其与常用的电力系统的频率不相容。

根据国家标准，电力系统实际上具有50Hz或60Hz频率的交流电流。

因此，为了能够在50Hz这个电力系统的典型频率下获得电能，具有低旋转速度是必要的，例如在具有2个或4个极的交流发电机的情况下，旋转速度分别范围从3000到1500转/分钟。

这就需要将燃气涡轮与转数减速器相结合，从而适应涡轮的轴的旋转速度，以便其能够与发电机要求的转数相容。

因此，在中或小容量的燃气涡轮的情况下，具有适当尺寸的转数减速器是必要的，以便承受燃气涡轮产生的机械能。

结果，转数减速器具有大的尺寸，并还需要与其尺寸成比例的润滑系统。

因此，缺点之一就是：除了在成本和装配方面不利之外，减速器还具有很高的负担，从而增加了涡轮发电机的整体尺寸。

参考图1，其显示了根据现有技术的涡轮发电机，其中涡轮2通过速度减速器4与电流发电机3相连。

此外要注意的是：涡轮2位于支撑底基上，而发电机3放置在位于放置涡轮发电机的位置上的底座上。

参考图2，可观察到根据现有技术的附加涡轮发电机，其中涡轮2连接到控制和驱动设备5上，而电流发电机3则类似地也连接到第二控制和驱动设备6上。

在安装地点实现装配，还将涡轮2的轴与转数减速器4对准并对中，将减速器4的输出轴与发电机或交流发电机3的轴对准并对中。

现有产生电能的涡轮发电机的另一个缺点是：在某一工厂机车上实现的装配通常是困难的，并且需要较长时间来精确校准涡轮和发电机，从而避免涡轮发电机自身在运行期间出现问题。

因此，已知涡轮发电机的缺点之一是它们安装成本高。

现有涡轮发电机的另外一个缺点是：在其运转期间，产生振动，在经历一定时间后，振动能破坏安置发电机的底座。

另一个缺点是：发电机底部的由水泥材料制成的刚性底座随着时间推移会产生裂口，沉积和下沉，结果使减速器轴线与发电机轴线不对准。

这导致了涡轮发电机的效率损失以及部件的过早老化，还伴随部件和涡轮发电机自身使用寿命的减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑且容易运输的涡轮发电机。

另一个目的是提供一种具有大大降低的时间和安装成本的涡轮发电机。

另一个目的是提供一种具有减少数量部件的涡轮发电机，从而增加可靠性和实用性。

还有一个目的是提供一种具有减小重量和体积的涡轮发电机。

另外一个目的是提供一种具有高效率和随着时间推移可靠的涡轮发电机。

另一个目的是提供一种涡轮发电机，其避免涡轮轴与电流发电机轴之间的不对准。

另一个目的是提供一种简单且经济的涡轮发电机。

通过制造如权利要求1中指定的涡轮发电机，来实现本发明的这些目的。

在从属权利要求中显示了本发明的其他特征。

附图说明

通过以下说明性的、非限定性的描述，并参考附上的示意图，根据本发明的涡轮发电机的特征和优势将变得更明显，其中：

图1是根据现有技术的涡轮发电机的突出侧视图；

图2是根据现有技术的涡轮发电机的示意图；

图3是根据本发明的涡轮发电机的第一优选实施例的示意图；

图4是涡轮发电机的第二优选实施例的突出视图；

图5是涡轮发电机的第三优选实施例的突出视图；

图6是涡轮发电机的第四优选实施例的突出视图；

图7是涡轮发电机的第五优选实施例的突出视图；

图8是涡轮发电机的第六优选实施例的突出视图；

图9是涡轮发电机的第七优选实施例的突出视图；

具体实施方式

参考图9，其显示了涡轮发电机10，其包括涡轮20、直接连到所述涡轮20上的发电机30、连接到所述发电机30上并且与电力系统90相联的静态变频器40。

所述涡轮20和所述发电机30约束到单个支撑基底50上，该基底优选为金属的，如图3所示。

这样，就避免了由于水泥材料制成的刚性底座的缺点，从而使涡轮发电机随时间推移具有较高的可靠性。

换言之，所述涡轮20和所述发电机30的支撑基底被整合为单个金属支撑基底50。

因此，还可以直接在制造阶段实现所述涡轮20和所述发电机30的对中和对准，从而获得预装的涡轮发电机10。

所述变频器40优选也约束到所述支撑基底50上。

因此大大有利地简化了涡轮发电机10的移动和安装操作。

所述涡轮发电机10优选包括单个隔音外壳12，用于所述涡轮20、所述电流发电机30以及优选也用于所述变频器40。

换言之，所述涡轮发电机10具有单个隔音外壳12，将所述涡轮20和所述发电机30插入其中，而不是每一个部件具有各自的隔音外壳。

所述隔音外壳12优选与所述支撑基底50相连，并且具有降低由涡轮发电机10自身部件所产生声音的功能。

所述变频器40优选包括至少一个电压和电流转换器43。

所述涡轮发电机10优选包括高压电路开关45，其连接在所述变频器40和所述电力系统90之间。

在一个优选实施例中，所述涡轮20与所述电流发电机30成为一体。

所述发电机30的旋转线圈优选装配在所述涡轮20的旋转轴上，或通过刚性或柔性连接与之相连。

根据另一个实施例，所述涡轮20与所述电流发电机30以及所述变频器40成为一体。

因此大大有利地降低了整个涡轮发电机的负担和重量，并且还获得涡轮发电机自身的效率增加了1％。

因为其更紧凑，所以涡轮发电机更易于运输。

所述涡轮发电机10优选约束到运输装置上，以便获得移动的涡轮发电机10，在图中并未示出运输装置。

因此涡轮发电机10能够在电力系统的频率下，将涡轮20所产生的机械能转换成电能。

优选通过硬性或柔性连接将发电机30和涡轮20的转子连接。

涡轮发电机10优选包括能够吸收振动的绝缘元件，图中未示，该元件插在所述变频器40和所述支撑基底50之间。

作为另一种选择，另一种能够吸收振动的防振悬挂设备可插在所述变频器40和所述基底50之间。

参考图7，根据另一优选实施例，所述涡轮发电机10优选包括集成的单个冷却设备60，其用于所述涡轮20和所述电流发电机30以及优选也用于所述变频器40。

所述冷却设备60优选为空气冷却设备。

所述冷却设备60包括连接到腔室63的吸入管62。

所述冷却设备60也包括第一空气进给管64，其将所述腔室63连接到所述涡轮20上，从而为燃烧器提供进给空气，并冷却涡轮20自身的最热区域。

所述冷却设备60还包括第二空气进给管65，其优选将所述腔室63连接到所述电流发电机30上，或优选将所述第一空气进给管64连接到所述电流发电机30上。

所述冷却设备60优选包括用于吸入空气的吸滤器67，优选容纳于所述吸入管62内，以便过滤供给所述涡轮发电机10的部件的空气。

所述冷却设备60优选包括第三进给管66，其优选将所述腔室63连接到所述变频器40上。

根据另一个优选可选实施例，所述第三进给管66将所述第二进给管65连接到所述变频器40上。

这样，使用单个腔室63而不是使用两个或三个腔室分别用于电流发电机30、变频器40以及涡轮20是可能的。

只有一个空气吸入管62和只有一个空气过滤器67的事实，大大减少了涡轮发电机10的部件数量。

所述涡轮发电机10的维护操作也有利地减少和变得容易了。

发电机30和涡轮20以及优选还有变频器40共享冷却设备60，尤其共享同一空气吸入管62、同一过滤器67和同一腔室63。

随后，废气通过第一排气管68分开地从发电机30分别排出，而对于涡轮，空气通过涡轮配备的排放管排出。

空气优选通过第二排气管69分别从变频器40排出。

根据本发明的另一个方面，提供了配有水冷却设备60的涡轮发电机10。

换言之，用水来冷却涡轮20和发电机30。

变频器40优选也用水来冷却。

所述冷却设备60优选包括至少第一气体/液体热交换器32以及至少第二液体/气体热交换器34，用于冷却所述涡轮20和/或所述电流发电机30。

所述至少第一气体/液体热交换器32和所述至少第二气体/液体热交换器34也冷却所述变频器40。

所述至少第一气体/液体热交换器32允许腔室63的空气和第一冷却回路31内所包含的液体之间进行热交换。

特别的，所述至少第一气体/液体热交换器32允许所述第一进给管64的空气和所述第二冷却回路41的液体之间进行热交换。

所述至少第二液体/气体热交换器34允许所述第一冷却回路31内所包含的所述液体和空气之间进行热交换，这些空气邻近所述涡轮20和/或所述电流发电机30和/或优选所述变频器40。

根据另一个实施例，所述冷却设备60优选包括第三气体/液体热交换器42以及第四液体/气体热交换器44，用于所述变频器40。

第三气体/液体热交换器42允许腔室63的空气和第二冷却回路41内所包含的液体之间进行热交换。

特别的，第三气体/液体热交换器42允许在所述第二进给管65的空气和所述第二冷却回路41内所包含的液体之间进行热交换。

类似地，所述第四液体/气体热交换器44允许在所述第二冷却电路41内所包含的所述液体和邻近所述变频器40的空气之间进行热交换。

所述冷却设备60优选包括至少一个用于所述吸入管62的通风机。

所述冷却设备60优选包括至少一个泵，其用于循环所述第一冷却回路31和/或所述第二液体冷却回路41内的所述液体。

参考图6，根据另一个优选实施例，所述涡轮发电机10优选包括用于所述涡轮20和所述电流发电机30的集成的润滑设备75。

所述润滑设备75包括泵76，其将油泵入与其连接的输出管77内，并包括回流管78，其收集从所述涡轮20以及从所述电流发电机30回流的油，回流管78也连接到泵76。

所述润滑设备75还包括第一和第二油进给管79和80。

所述第一管79在第一端部连接到所述输出管77上，并且在第二端部其连接到所述涡轮20上，从而用润滑油对其进行润滑。

所述第二管80在第一端部连接到所述输出管77上，并且在第二端部其连接到所述电流发电机30上。

所述润滑设备75最后包括第三和第四回流或收集油管，分别表示为81和82，以用来收集回流的油并且将其朝泵76传送。

所述第三管81在第一端部连接到所述涡轮20上，并且在第二端部上其连接到所述回流管上，回流管又连接到所述油泵76上。

所述第四管82在第一端部连接到所述电流发电机30上，并且在第二端部上其连接到所述回流管78上。

涡轮20和发电机30共享同一润滑设备75，这有利地降低了用来润滑的油的需要，并且因此简化了涡轮发电机10。

所述涡轮发电机10的维护操作也有利地简化和变得容易了。

通过具有根据本发明的润滑设备的涡轮发电机，有利地将正确运行涡轮发电机所必须的泵的数量减小到了最小。

维护成本以及还有必要的润滑剂的量也有利地降低了。

根据优选实施例，提供了涡轮发电机10，其优选包括如图4中所示意的单个集成的控制和驱动设备85，用于所述涡轮20和所述电流发电机30。

所述控制和驱动设备85包括控制板和中央控制和驱动单元，其接收来自所述涡轮20和所述电流发电机30的信号，从而通过控制信号来控制它们运行并驱动它们的运行参数。

所述控制板显示了从中央控制和驱动单元接收到的涡轮20以及电流发电机30的运行参数，并且也能够通过用户界面接收输入控制信号。

所述控制信号传递到中央控制和驱动单元上，其修改涡轮20和电流发电机30的运行参数。

这样，对于所述涡轮20和所述发电机30，具有单个显示单元和单个中央控制和驱动单元是可能的。

根据另一个实施例，参考图5，用于所述涡轮20、所述电流发电机30和所述变频器40的控制和驱动设备85是单个的，即各自的控制和驱动板集成在单个的控制和驱动设备内，也可能所述变频器40具有单独的用户界面。

这样有利地简化了控制和驱动设备的结构，减少了部件数量以及其接线，同时降低了涡轮发电机自身的负担。

因此可以看出：根据本发明的涡轮发电机实现了以上所述的目的。

据此设计的本发明的涡轮发电机可以经历许多修改和变动，均包括在同一发明概念内。

此外，实际上，所使用的材料及尺寸和部件可以根据技术要求而变化。

Claims (9)

1.一种涡轮发电机(10)，其包括涡轮(20)、直接连接到所述涡轮(20)上的发电机(30)、连接到所述发电机(30)上并与电力系统(90)相联的静态变频器(40)，其特征在于：所述涡轮(20)和所述发电机(30)约束到单个金属支撑基底(50)上。

2.根据权利要求1所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：所述变频器(40)固定到所述单个金属支撑基底(50)上。

3.根据权利要求2所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：其包括位于所述静态变频器(40)和所述集成的单个支撑基底(50)之间的防振元件。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：所述变频器(40)包括至少一个集成在其内部的电压和电流转换器(43)。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：其包括用于所述燃气涡轮(20)和所述电流发电机(30)的单个隔音外壳(12)。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：所述燃气涡轮(20)与所述电流发电机(30)成一整体。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：所述燃气涡轮(20)与所述电流发电机(30)以及所述变频器(40)成一整体。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的涡轮发电机(10)，其特征在于：所述单个支撑基底(50)约束到运输装置上。

9.一种如先前所描述和说明的、并且出于以上指定目的的涡轮发电机。

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