CN216767575U - 一种燃气轮机起动装置及动力系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机起动装置和动力系统，该起动装置包括；盘式永磁电机，用于为燃气轮机的起动供能，具有输入端和输出端，所述输入端与供电设备连接；所述输出端设置有输出轴，所述输出轴包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述盘式永磁电机连接，所述第二连接端与所述燃气轮机的起动接口连接；所述输出轴上在第一连接端和第二连接端之间设置有薄弱结构，所述薄弱结构用于在所述盘式永磁电机的输出端扭矩大于预设阈值时，对所述燃气轮机和所述盘式永磁电机进行保护。本申请实施例有效避免了盘式永磁电机输出扭矩过大而对燃气轮机造成的损伤。

Description

一种燃气轮机起动装置及动力系统

技术领域

本申请涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机起动装置及动力系统。

背景技术

燃气轮机在起动过程中，自身没有动力，必须要有一套额外的起动装置为燃气轮机的起动功能。现有技术通过将电机与燃气轮机相连，电机将电能转换为机械能，电机带动燃气轮机起动口转动从而实现对燃气轮机的起动。但是，当电机发生故障时，过高的扭矩会对后续传动装置存在冲击，有一定的安全隐患。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提供一种燃气轮机起动装置，解决了现有技术中存在的发生故障时过高的扭矩会对后续传动装置存在冲击的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种燃气轮机起动装置，用于对燃气轮机实施起动，包括；盘式永磁电机，用于为燃气轮机的起动供能，具有输入端和输出端，所述输入端与供电设备连接；所述输出端设置有输出轴，所述输出轴包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述盘式永磁电机连接，所述第二连接端与所述燃气轮机的起动接口连接；所述输出轴上在第一连接端和第二连接端之间设置有薄弱结构，所述薄弱结构用于在所述盘式永磁电机的输出端扭矩大于预设阈值时，对所述燃气轮机和所述盘式永磁电机进行保护。

通过盘式永磁电机与燃气轮机相连接，通过盘式永磁电机对燃气轮机进行起动，减少了盘式永磁电机的空间占用，使其结构更加紧凑，同时通过设置薄弱结构作为保险承剪段，可以有效避免盘式永磁电机或燃气轮机发生故障后引发连锁反应，进一步保证燃气轮机和盘式永磁电机的使用安全。

一些实施例中，所述输出轴上在所述第一连接端和第二连端之间设置有环形凹陷，所述环形凹陷形成所述薄弱结构。通过该环形凹陷作为薄弱结构，可以直接通过改变环形凹陷的外径生产拥有不同极限值的输出轴，制造工艺简单，容易实现。

一些实施例中，所述输出轴上在所述第一连接端和第二连端之间设置有中空结构，所述中空结构形成所述薄弱结构。通过该中空结构作为薄弱结构，结构紧凑，不容易锈蚀，且容易清洗。

一些实施例中，所述第一连接端与盘式永磁电机为可拆卸连接。通过使用可拆卸连接便于更换受到磨损或者薄弱结构断裂的输出轴。

一些实施例中，所述可拆卸连接为法兰连接。通过法兰连接使连接轴盘式永磁电机与燃气轮机之间的连接更加稳定，不易松动。

一些实施例中，所述第二连接端设有第一轮齿，所述燃气轮机起动接口内壁上设置有第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿相啮合。通过采用啮合的方式将盘式永磁电机与燃气轮机连接，传动稳定，结构简单，方便拆卸。

一些实施例中，所述装置包括变频控制器，连接于所述供电设备和所述盘式永磁电机的输入端之间，用于控制所述盘式永磁电机转速。

通过变频控制器实现对盘式永磁电机转速的控制，使得操作更加便捷有效。

一些实施例中，所述盘式永磁电机上设有旋转编码器，所述旋转编码器与所述变频控制器连接，所述变频控制器根据所述旋转编码器控制所述盘式永磁电机的转速。

通过将旋转编码器和变频控制器构成闭环控制，方便实时监控盘式永磁电机的转速，并及时作出修正，实现精准控制，自动化程度更高，更进一步使得燃气轮机的起动过程稳定安全。

一些实施例中，所述装置包括散热组件，所述散热组件包括风扇；所述风扇设置于所述转子上，所述转子带动所述风扇进行转动。通过加入风冷系统，可以有效避免高温对电机造成的影响。

在一些实施例中，所述盘式永磁电机包括冷却水套，所述冷却水套设置有冷却接口，所述燃气轮机起动装置进一步包括散热组件，所述散热组件包括，冷却液循环组件和控制系统，所述冷却液循环组件与所述冷却接口连接，所述控制系统在所述盘式永磁电机温度达到预设温度阈值时，控制所述冷却液循环组件对所述盘式永磁电机进行散热。通过设置水冷机构，实现了对电机的持续散热，使其散热效果更好。

另一方面，本实用新型提供了一种动力系统，包括以上实施例所述的起动装置和燃气轮机，所述起动装置用于起动所述燃气轮机。

该动力系统通过利用上述的起动装置，可以有效避免起动过程中电机输出扭矩过高而对燃气轮机造成损害。

本实用新型实施例，通过设置薄弱结结构作为保险承剪段，当输出扭矩高于燃气轮机阈值时，保险承剪段自动剪断，从而起到对燃气轮机的保护作用。另外，通过将输出轴与盘式永磁电机的连接设置为马兰连接的方案，即保证了传动过程的稳定性，也使得输出轴在发生磨损时可与快速更换，节约成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的燃气轮机起动装置安装示意图；

图2为本申请实施例提供的输出轴结构示意图；

图3为本申请实施例提供的薄弱结构结构示意图；

具体实施方式中的附图标号如下：

燃气轮机1、盘式永磁电机2、变频控制器3、供电设备4、旋转编码器5、风扇6、水冷系统7、输出轴20、第一轮齿21、法兰连接孔22、薄弱结构200、中空结构201。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

燃气轮机1是一种常用的动力机械，可以将燃料的化学能转化为机械能，用于驱动发电机、压缩机、泵等各类设备，也可用于车辆船舶的驱动。燃气轮机1在起动过程中，自身没有动力，必须要有一套额外的起动装置能够提供燃气轮机1动力起动。起动装置在控制系统的操纵下，帮助燃气轮机1按照起动程序，实现旋转、点火、升速，最后完成燃气轮机1的起动。

现有的电力起动装置，由电动机将电能转化为机械能，驱动燃气轮机进行起动。由于常规电动机在低功率下扭矩不足，所以不适合直接用于燃气轮机起动，通常需要两台电机并车实现，所需的并机机构和两台电机本身空间占用大。

同时在发生故障时，起动装置所提供的扭矩大于燃气轮机1所能承受的最大值，起动装置带动燃气轮机1工作的过程中会导致燃气轮机1的损毁。

本申请实施例提供一种燃气轮机1起动装置，利用盘式永磁电机2代替传统电机以解决传统永磁电机占用空间大的问题，同时本申请实施例，增加了保险承剪结构，可以有效避免起动装置故障时对燃气轮机1的冲击。

请参考图1，本实用新型实施例提供了一种燃气轮机1起动装置，用于利用供电设备4对燃气轮机1实施起动，包括，盘式永磁电机2，用于为燃气轮机1的起动提供动力，具有输入端和输出端，所述输入端与供电设备4连接，所述输出端设置有输出轴20，所述输出轴20包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述盘式永磁电机连接，所述第二连接端与所述燃气轮机1的起动接口连接，所述输出轴20上在第一连接端和第二连接端之间设置有薄弱结构200，所述薄弱结构200用于在所述盘式永磁电机2的输出端扭矩大于预设阈值时，对所述燃气轮机1和所述盘式永磁电机2进行保护。

传统电机在低功率下的扭矩不足，通常需要两台电机并车实现对燃气轮机1的起动，而两台电机本身以及并车结构所占空间较大。本申请实施例利用盘式永磁电机2代替传统电机。盘式永磁电机2相对于传统电机，最大的区别在于其具有轴向的磁场方向，又因其形状类似圆盘而得名，因为其扁平的特点，径向尺寸大，转子运转时惯量就大，同时正是由于其盘式的结构，磁场作用面积广，电机工作效率高，所以扭矩会很大，通过将盘式永磁电机与燃气轮机结合能够更好的利用盘式永磁电机扭矩大，结构紧凑的特点，减小为起动燃气轮机而占用的空间。

为了使盘式永磁电机能够和燃气轮机进行更好的结合，避免盘式永磁电机在带动燃气轮机起动时，由于输出扭矩过大，对燃气轮机造成损害。本申请实施例在所述输出轴20上设有薄弱结构200，请参考图3，薄弱结构200处的抗剪强度低于输出轴20的其他部位，所以，当盘式永磁电机2的输出扭矩超过限定值，会对燃气轮机造成伤害时，输出轴20的薄弱结构200处被剪断，盘式永磁电机2与燃气轮机1的连接脱开，从而避免过高的扭矩对燃气轮机1造成破坏。

所述薄弱结构200可以通过多种方式实现，例如，通过在输出轴20上设置细颈，或者在锻造输出轴20时，通过在薄弱结构200处采用与输出轴20其余部位处不同强度的材料而实现，或者同种材料下，在薄弱结构200处采用与输出轴20其他部位不同的锻造工艺而实现。

本申请实施例通过利用盘式永磁电机2代替传统电机实现了节省空间的目的。同时，通过设置薄弱结构200作为保险承剪段，可以有效避免盘式永磁电机2或燃气轮机1发生故障后引发连锁反应，进一步保证燃气轮机1的使用安全。

请参考图2，在一些实施例中，所述输出轴20上在所述第一连接端和第二连端之间设置有环形凹陷，所述环形凹陷形成所述薄弱结构200。

通过在所述第一连接端和第二连接端之间设置环形凹陷，形成薄弱结构200，所述凹陷的外径可以由输出轴20所需要承担的最大扭矩测得，也可以根据实际情况相应的修改外径尺寸。在输出轴20制造过程中，利用燃气轮机1所能承受扭矩的阈值计算出所需薄弱结构200的外径，再通过车床加工等方式削去多余部分。

利用环形凹陷作为薄弱结构200，可以直接通过改变环形凹陷的外径尺寸来控制薄弱结构200的最大负载值。也就是说需要多少强度的输出轴20只需要控制其环形凹陷的外径达到相应范围就可以实现，在生产制造输出轴20的过程中比较容易实现。而且在操作过程中有经验的工人只需要观察输出轴20薄弱结构200的外径尺寸大体就能判断出输出轴20的极限扭矩，从而避免人工将低极限扭矩的连接轴安装在需要更高极限扭矩的起动装置中，造成安全隐患。

请参考图3，在一些实施例中，所述输出轴20上在所述第一连接端和第二连接端之间设置中空结构201，所述中空结构201形成薄弱结构200。

通过在输出轴20上设置中空结构201作为薄弱结构200，可以通过调整中空结构201的内径大小，进而生产不同极限强度的输出轴20，利用中空结构201作为薄弱结构200，由于其外部没有明显缺陷所以不容易锈蚀，避免了输出轴20因锈蚀而导致的极限抗剪强度变小进而导致安全隐患。

在使用过程中，盘式永磁电机2的扭矩即将接近极限值时由于其内部为中空结构201，所以外部变形会更加明显，可以方便工人更快观测到，从而能够及时关停电机，避免发生安全隐患。

在一些实施例中所述第一连接端与盘式永磁电机2为可拆卸连接。

盘式永磁电机2在使用的过程中，总会出现磨损，或其他形式的一些损坏，而损毁最严重的往往是电机的输出轴20，如果将盘式永磁电机2的输出轴20与电机设置为一体成型的，在发生磨损后则需要更换整个盘式永磁电机2，成本比较高，所以在本实施例中，盘式永磁电机2的输出端设置有可拆卸的输出轴20，当输出轴20出现磨损或者其他形式的损坏，只需要更换输出轴20即可，可以有效降低成本，增加本实用新型的使用寿命。

在一些实施例中，上述第一连接端与盘式盘式永磁电机2的可拆卸连接为法兰连接。

所述输出轴第一连接端设有法兰连接孔22，所述第一连接端与所述盘式永磁电机采用法兰连接的方式，可以使得第一连接端与盘式永磁电机2的连接更加稳定，在使用过程中不易受到震动的影响而导致连接松动。同时，当需要更换输出轴20时，所采用的法兰连接更加便于拆卸。

在一些实施例中，所述第二连接端设有第一轮齿21，所述燃气轮机1起动接口内壁上设置有第二轮齿，所述第一轮齿21与所述第二轮齿相啮合。

通过在第二连接端和燃气轮机1起动接口设置轮齿，以达到第二连接端与燃气轮机1起动接口啮合连接的方式。采用啮合连接的方式，使盘式永磁电机和燃气轮机之间的连接更加方便，传动稳定，噪音小，方便拆卸。

在一些实施例中所述系统包括变频控制器3，连接于所述供电设备4和所述盘式永磁电机2的输入端之间，用于控制所述盘式永磁电机2转速。

由于变频控制器3与盘式永磁电机2相连，所以，可以通过变频控制器3对盘式永磁电机2实施控制，进而能够调控盘式永磁电机2的输出功率，转速以及输出扭矩，从而避免过高的输出扭矩对燃气轮机1造成冲击。

在一些实施例中盘式永磁电机2上设有旋转编码器5，所述旋转编码器5与所述变频控制器3连接，所述变频控制器3通过述旋转编码器5控制所述盘式永磁电机2的转速。

旋转编码器5可利用所测得的定子与转子的位置测算出盘式永磁电机2的转速，角位移等物理量，并将其转换成相应的电泳冲量输出至变频控制器3，变频控制器3再根据所收到的信息控制盘式永磁电机2修正其转速。

由于利用到了旋转编码器5，并且使其和变频控制器3构成闭环控制，方便实时监控盘式永磁电机2的转速，并及时作出修正，实现精准控制，自动化程度更高，更进一步使得燃气轮机1的起动过程稳定安全。

请参考图3，在一些实施例中上述装置包括散热组件，所述散热组件包括风扇6，所述风扇6设置于盘式永磁电机2的转子上，所述转子带动所述风扇6进行转动。

由于电机在使用过程中常常会发热，影响其工作的安全性和工作效率，所以本实施例加入了散热组件，以起到冷却的作用。

风扇6安装在盘式永磁电机2的转子上，可通过转子的转动直接带动风扇6旋转，进行散热，而不需要额外提供电源，进一步节省了空间，另外由于风扇6直接同转子连接，那么转子的旋转必然会带动风扇6的旋转，进而构成冷却系统的强制起动，避免工人的误操作忘记开启冷却系统而导致安全隐患。通过加入风冷系统，可以有效避免高温对电机造成的影响。

请参考图1，在一些实施例中，所述盘式永磁电机包括冷却水套，所述冷却水套设置有冷却接口，所述燃气轮机起动装置进一步包括散热组件，所述散热组件包括，冷却液循环组件和控制系统，所述冷却液循环组件与所述冷却接口连接，所述控制系统在所述盘式永磁电机温度达到预设温度阈值时，控制所述冷却液循环组件对所述盘式永磁电机进行散热。

在永磁电机内部设置冷却水套，可以将盘式永磁电机2运转中的热量通过热传导转移到冷却液从而实现对永磁电机的降温。应当注意的是，上述的冷却水套应当尽可能的同盘式永磁电机2的多个发热源接触，具体方式可以为，增加冷却水套的长度，使其环绕覆盖于所述盘式永磁电机2发热源上，或者将所述冷却水套形状设置为扁平状增加其与发热源的接触面积。

在使用过程中根据电机的使用情况设定预设温度阈值，所述控制系统监测到所述盘式永磁电机2内部温度达到预设温度阈值时，将控制冷却循环组件开始工作，冷却循环组件利用热传递对所述盘式永磁电机2降温。

本实用新型通过设置冷却器，冷却水套，冷却循环系统，实现了对电机的持续散热。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种动力系统，包括以上所述的起动装置和燃气轮机，所述起动装置用于起动所述燃气轮机。所述动力系统通过利用上述起动装置起动燃气轮机，通过对所述一些实施例中薄弱结构的利用可以有效避免起动过程中电机的过高扭矩对后续燃气轮机的损害，同时通过利用盘式永磁电机代替传统电机使得空间占用得到减少。

需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实用新型实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，技术术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种燃气轮机起动装置，其特征在于，包括：

盘式永磁电机，用于为燃气轮机的起动提供动力，具有输入端和输出端，所述输入端与供电设备连接；

所述输出端设置有输出轴，所述输出轴包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述盘式永磁电机连接，所述第二连接端与所述燃气轮机的起动接口连接；

所述输出轴上，在第一连接端和第二连接端之间设置有薄弱结构，所述薄弱结构用于在所述盘式永磁电机的输出端扭矩大于阈值时，对所述燃气轮机和所述盘式永磁电机进行保护。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述输出轴上在所述第一连接端和第二连端之间设置有环形凹陷，所述环形凹陷形成所述薄弱结构。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述输出轴上在所述第一连接端和第二连端之间设置有中空结构，所述中空结构形成所述薄弱结构。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述第一连接端设置有法兰连接孔，通过所述法兰连接孔与盘式永磁电机可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述第二连接端设有第一轮齿，所述燃气轮机起动接口内壁上设置有第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿相啮合。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述装置包括变频控制器，连接于所述供电设备和所述盘式永磁电机的输入端之间，用于控制所述盘式永磁电机转速。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述盘式永磁电机上设有旋转编码器，所述旋转编码器与所述变频控制器连接，所述变频控制器根据所述旋转编码器控制所述盘式永磁电机的转速。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述装置包括散热组件，所述散热组件包括风扇；所述风扇设置于所述盘式永磁电机的转子上，所述转子带动所述风扇进行转动。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的燃气轮机起动装置，其特征在于，所述盘式永磁电机包括冷却水套，所述冷却水套设置有冷却接口；

所述装置进一步包括散热组件，所述散热组件包括：冷却液循环组件和控制系统；

所述冷却液循环组件与所述冷却接口连接，所述控制系统在所述盘式永磁电机温度达到预设温度阈值时，控制所述冷却液循环组件对所述盘式永磁电机进行散热。

10.一种动力系统，其特征在于包括权利要求1-9任意一项所述的燃气轮机起动装置和燃气轮机。

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