CN1833095A - 制动涡轮发动机转子的方法和一种用于驱动涡轮发动机转子的旋转装置 - Google Patents

制动涡轮发动机转子的方法和一种用于驱动涡轮发动机转子的旋转装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过一个旋转装置(22)制动一涡轮发动机(31)的一转子(3，30)的方法，所述旋转装置(22)具有一个由一动力源供给动力、并配有一驱动轴(28)的驱动装置，所述转子(3，30)耦接在所述驱动轴(28)上，其中，在涡轮(8)的一冷却阶段中，所述驱动装置借助随后与转子(3，30)相耦接的驱动轴(28)对转子(3，30)进行驱动。根据本发明，在所述冷却阶段结束后，由所述转子(3，30)在可逆运行过程中借助与其耦接的驱动轴(28)驱动所述驱动装置，来实现制动一涡轮发动机(31)的一转子(3，30)的方法，这种方法可以使转子由于流过涡轮(8)的气流而引起的转动逐渐减速，直至停止。

Description

制动涡轮发动机转子的方法和一种用于驱动涡轮发动机转子的旋转装置
技术领域
本发明涉及一种权利要求1前序部分所述的制动涡轮发动机转子的方法和一种权利要求6前序部分所述的、用于驱动涡轮发动机转子的旋转装置。
背景技术
DE 524 329公开了一种用于缓慢驱动汽轮机轴旋转的设备。耦接在汽轮机轴上的发电机的励磁机在工作间断时被用作发动机来驱动汽轮机轴。由于发电机作为发动机工作时所需的转速必须高于它在工作间断时的转速，因此在转子轴和励磁机的驱动轴之间连接了一个减速器。
此外还已知一种停机程序，其中，由一个油润滑轴承支承的转子在关闭燃气轮机之后借助一个旋转装置以一个较低的转速转动。在燃气轮机工作时温度升高而发生膨胀的部件在这个冷却阶段中被冷却，其温度由燃气轮机的工作温度降至环境温度。压缩机吸入外界空气并将其抽吸到燃烧室和涡轮的环形流动路径上，从而冷却上述部件，并从燃气轮机中抽出热量。
除润滑油外，油润滑轴承还接受顶升油的供给，其中，顶升油用于在转子转动时液压顶升转子。
关闭旋转装置后，会有一个气流穿过压缩机、燃烧室和涡轮，这种现象称为自然通风，取决于天气情况。这种通风的强度可以如此之大，以至于在停机程序的执行过程中，尽管旋转装置已经关闭，燃气轮机的转子却仍然继续转动。
其缺点在于，由于转子的持续转动，燃气轮机上执行停机程序的控制设备不会自动切断对油润滑轴承的供油。只有当监控转子转速的传感机构识别出转子处于静止状态时，上述控制设备才会自动切断对油润滑轴承的供油。其结果是控制设备发出故障信号，这时就需要进行人工操作干预。在此情况下，必须通过人工切断供油来制动转子，其中，转子在进入静止状态前一直在油润滑轴承上无润滑地旋转。这会导致转子和油润滑轴承出现磨损和故障。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于制动涡轮发动机转子、且成本低廉的方法，这种方法可以使转子由于通风而引起的转动逐渐减速，直至停止。此外，本发明的另一个目的是提供一种相应的装置。
本发明有关上述方法的目的通过权利要求1所述的特点而达成；本发明有关上述装置的目的通过权利要求6所述的特点而达成。从属权利要求涉及的是进一步的设计方案。
本发明的解决方案基于如下考虑，即，冷却阶段结束后，转子在可逆运行过程中借助与其耦接的驱动轴驱动驱动装置，从而达到制动转子的目的。这样，针对转子的旋转运行而设计的旋转装置低成本地以可逆运行方式运转。现有涡轮机中已经具有一个旋转装置的涡轮机只需增配少许辅助设备或进行轻微改动，就可以达到低成本改装的目的。
在停机程序执行过程中，控制设备在旋转运转后紧接着自动执行制动工作，在这种情况下，当其识别出转子处于静止状态时，就可以切断对油润滑轴承的供油。这样就可以避免对停机程序进行人工操作干预。
一种有利的设计方案是，驱动装置在冷却阶段结束后与动力源断开，并连接到一个负载元件上。动力源的断开意味着停止对转子的驱动，涡轮也因此而停止转动。通过将驱动装置与负载元件连接可以使驱动装置以可逆运行方式运转。涡轮中的气流使转子继续旋转。转子通过驱动轴将旋转运动传递到驱动装置上。驱动装置对旋转能量进行转化，再由一个负载元件将其消耗掉。随着用于转子的负载力矩的增大，转子的旋转运动逐渐减速，直至其进入静止状态。
有利的做法是将驱动装置设计成在可逆运行过程中作为液压泵工作的液压马达。
合理的做法是将驱动装置设计成在可逆运行过程中作为发电机工作的电动机。
如果转子由一个油润滑轴承支承，那么，当转子进入静止状态后就可以切断对油润滑轴承的能量供给。
如果将驱动装置设计成在可逆运行过程中作为液压泵工作的液压马达，并设置一个节流阀或一个阀门作为负载元件，那么，液压马达在可逆运行过程中输送的液态介质就可以流过一个节流阀或一个阀门。这样就在液态介质的回路中设置了一个可以消耗被输送介质所含的流动能量的负载元件。通过从涡轮的流动路径上流过并使转子旋转起来的气流对液压马达进行驱动。根据一种有利的改进方案，上述节流阀或阀可以设计为可调节的，这样就可以随时调节出制动转子所需要的负载力矩。
一种有利的设计方案是，将负载元件设计成一个用电设备，将驱动装置设计成电动机。电动机在可逆运行过程中作为发电机工作，它将转子的旋转能量转化为电流并将其输送到所述用电设备上。其中，对用电设备负载大小的确定须遵循这样一种原则，即，可逐渐减缓转子的旋转，直至转子进入静止状态。其中，使用可调节的负载元件是有利的。
一种有利的改进方案是，将所述涡轮发动机设计成一个燃气轮机。
一种有利的建议是，将所述涡轮发动机设计成一个压缩机。
附图说明
下面借助附图对本发明作进一步说明，其中：
图1为一个具有一个旋转装置的涡轮发动机的示意图；以及
图2为一个燃气轮机的纵向局部剖视图。
具体实施方式
图2显示的是一个燃气轮机1的纵向局部剖视图。燃气轮机1的内部具有一个支承在一个旋转轴2上的转子3，转子3可以围绕旋转轴2旋转，又称为涡轮转子或转子轴。沿着转子3依次布置着一个进气室4、一个压缩机5、一个配有若干个共轴布置的燃烧器7的环形燃烧室6、一个涡轮8和一个排气室9。
压缩机5中有一个环形的压缩机通道10，其横截面朝环形燃烧室6方向逐渐变小。压缩机5靠近环形燃烧室6一侧的出口上布置着一个可以与环形燃烧室6处于通流连接的扩散器11。环形燃烧室6具有一个用于容纳由燃料和压缩空气所构成的混合物的燃烧区12。一个热气通道13被流通连接到燃烧区12，其中，排气室9布置在热气通道13的下游。
压缩机通道10和热气通道13中分别布置了彼此交错的叶片环。每个由导向叶片14组成的导向叶片环15后面分别布置着一个由转动叶片16组成的转动叶片环17。其中，固定的导向叶片14与定子18相连，转动叶片16则通过一个涡轮叶轮盘19固定在转子3上。
转子3通过油润滑轴承21被旋转固定。除润滑油外，油润滑轴承21还接受顶升油的供给，其中，顶升油用于在转子转动时液压顶升转子。
燃气轮机1工作时，压缩机5通过进气室4吸入空气21，并在压缩机通道10中对这部分空气21进行压缩。在压缩机5靠近燃烧器一侧的一端上生成的压缩空气21通过扩散器11输送到燃烧器7上，并在这里与燃料混合。这部分由压缩空气和燃料构成的混合物在燃烧区10中燃烧，形成一种工作流体20。工作流体20从燃烧区12流入热气通道13。工作流体20在布置在涡轮8中的导向叶片16和转动叶片18上以脉冲传输的方式降压，从而驱动转子3和一个与其耦接的做功机器(图中未显示)。
图2显示的是一个旋转装置22的液压系统电路图35。液压机组23的一个出口P与一个减压阀24的入口相连接。减压阀24的出口与一个流量调节阀25的入口处于可通流连接，流量调节阀25的出口与一个液压马达26的入口相连。液压马达26的出口连接在一个限压阀27的入口上。限压阀27的出口与液压机组23的入口T处于可通流连接。液压马达26的一个驱动轴28通过一个传动机构29与一个涡轮发动机31的一个转子30相连。
减压阀24和限压阀27均为电磁操纵的阀。
其中，涡轮发动机31可设计成一个压缩机或一个燃气轮机1。
液压机组23具有一个可调节的液压泵32，该液压泵32由发动机33驱动。其中，液压泵32的入口与一个液压储能器34处于可通流连接。液压泵32的出口同时为液压机组23的出口。
液压电路35控制着三种工作状态，即旋转运行、无载运行和制动运行。
涡轮发动机31工作时，液压马达26的驱动轴28不与涡轮发动轮机31的转子30相耦接。只有关闭涡轮发动机31时，驱动轴28才与转子30耦接。
在一个停机程序中，涡轮发动机31的控制设备启动旋转运行来冷却涡轮发动机31。为此，液压马达26发挥驱动马达的作用，通过其驱动轴26和一个传动机构29对涡轮发动机31的转子30进行驱动，使其以一个n＝100min-1的低转速转动。为此，液压马达26接受液压机组23的供给，其中，减压阀24允许液压剂中存在的压力约为150bar(巴)。具有体积调节功能的流量调节阀25将液压剂流量的最大值限制在70l/min(升/分)。在此过程中，限压阀27不工作，因此液压剂中不会出现压力降低的现象。在旋转运行过程中，由于转子30的旋转，空气被转动叶片16抽吸到压缩机通道10、环形燃烧室6和热气通道13中，从而使涡轮发动机31可以将其储存的热量较快地散发到空气中。当燃气轮机1的温度下降到一个预置的极限值以下时，旋转运行就会停止。
在随后的无载运行过程中，驱动轴28通过传动机构29继续保持与转子30的连接。减压阀将液压剂中的压力降到10bar(巴)。这样，液压马达26继续受到足够量的液压剂的供给，但并不会因此而在驱动轴28上产生一个有效的驱动力矩。作为动力源的液压马达26就这样从液压机组23上退耦。限压阀27将压力保持在0bar(巴)，这样，液压剂中就不会产生压力耗损。摩擦损耗会减小转子3的转速。
当由于一个被称为自然通风的气流流过压缩机通道10、燃烧区12和热气通道13，而使得转子轴保持在一个转速上，且该转速不低于一个预置的极限转速值n＝10min-1时，涡轮发动机的控制设备就会自动地将无载运行转换到制动运行。
在制动运行过程中，液压马达26的驱动轴28耦接在涡轮发动机31的转子30上。减压阀24将液压剂中的压力降到10bar(巴)。限压阀27通过液压剂中的压力不断上升而被激活。因此，在制动运行过程中，限压阀27是处于可逆运行过程中的液压马达26的负载元件。转子30通过旋转来驱动液压马达26，使其以泵的形式工作。其结果是，液压马达26将液压剂输送到限压阀24上，在此，液压剂中出现了压力升高的现象。由此产生了一个对于正在旋转的转子30的负载，此负载会制动和减缓转子30的旋转。通过关闭限压阀27可以产生所期望的制动力矩，从而使转子30进入静止状态。
当转速低于极限转速值时，涡轮发动机31的控制设备会通过自动切断对转子3的油润滑轴承21的供油来结束停机程序。由于供油中断，油润滑轴承21上会产生摩擦，这种摩擦会制动转子30，使其进入静止状态。这就可以避免出现下述情况，即，处于静止状态的涡轮发动机31的转子30在自然通风的影响下重新转动起来。
切断对油润滑轴承21的供油后，限压阀24同样能够被开启，对液压马达26减轻负荷，并降低液压剂中的压力。
尽管液压马达26的内部可能产生泄漏，但仍然可以使转子30停止旋转。
需要快速制动转子3，30时，可以跳过无载运行过程，使制动运行过程直接跟在旋转运行过程之后。
在一个固定式燃气轮机中，也可以将做工机器用作制动器，其中，可连接一个负载元件来替代一个有效负载。在此情况下，例如作为做功机器的发电机可能会发生短路，这时可以将发电机的内阻用作负载元件。

Claims (11)

1.一种通过一个旋转装置(22)制动一个涡轮发动机(31)的一转子(3，30)的方法，所述旋转装置(22)具有一个由一个动力源供给动力、并配有一个驱动轴(28)的驱动装置，所述转子(3，30)耦接在所述驱动轴(28)上，其中，在涡轮(8)的一冷却阶段中，所述驱动装置借助随后与转子(3，30)相耦接的驱动轴(28)对转子(3，30)进行驱动，
其特征在于，
所述冷却阶段结束后，所述转子(3，30)在可逆运行过程中借助与其耦接的驱动轴(28)驱动所述驱动装置，从而达到制动所述转子(3，30)的目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述驱动装置在所述冷却阶段结束后与所述动力源断开，并连接到一个负载元件上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述驱动装置设计成在可逆运行过程中作为液压泵工作的液压马达(26)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述驱动装置设计成在可逆运行过程中作为发电机工作的电动机(33)。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
所述转子(3，30)由一个油润滑轴承(21)支承，以及
所述转子(3，30)进入静止状态后，切断对所述油润滑轴承(21)的能量供给。
6.一种用于驱动一涡轮发动机(31)的转子(3，30)的旋转装置，所述旋转装置具有一个由一个动力源供给动力、并配有一个驱动轴(28)的驱动装置，所述转子(3，30)耦接在所述驱动轴(28)上，
其特征在于，
所述驱动装置可与所述动力源断开，并连接在一个负载元件上，以及
通过在可逆运行过程中驱动所述驱动装置来对所述转子(3，30)进行制动。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述驱动装置设计成在可逆运行过程中作为液压泵工作的液压马达(26)，以及
设置一节流阀或一阀作为负载元件。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述驱动装置设计成在可逆运行过程中作为发电机工作的电动机(33)，以及
设置一用电设备作为负载元件。
9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述负载元件为可调负载元件。
10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述涡轮发动机(31)为一个燃气轮机。
11.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述涡轮发动机(31)为一个压缩机。
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