RU185197U1

RU185197U1 - TURBOGENERATOR

Info

Publication number: RU185197U1
Application number: RU2018118031U
Authority: RU
Inventors: Павел Викторович Булат; Николай Васильевич Продан; Михаил Павлович Булат
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр трансфера технологий "Кулон"
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2018-11-26

Abstract

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована в турбомашинах авиационного, энергетического и аэрокосмического машиностроения.The utility model relates to energy and can be used in turbomachines of aviation, energy and aerospace engineering.

Турбогенератор содержит скомпонованные друг с другом электрогенератор и газогенератор, включающий компрессор, входной аппарат, камеру сгорания, а также ротор турбины, роторы электрогенератора, компрессора и турбины смонтированы на валу, выполненном составным, из двух частей, соединенных рессорой, одна из частей вала смонтирована в статоре электрогенератора посредством радиальных подшипников, выполнена полой, а ротор электрогенератора размещен в полости этой части вала и скреплен с ней, вторая часть вала смонтирована в газогенераторе посредством одного упорного подшипника и двух радиальных подшипников, а роторы компрессора и турбины смонтированы на данной части вала.The turbogenerator comprises an electric generator and a gas generator arranged with each other, including a compressor, an inlet apparatus, a combustion chamber, and a turbine rotor, rotors of an electric generator, a compressor and a turbine mounted on a shaft made integral, of two parts connected by a spring, one of the shaft parts is mounted in the stator of the generator by means of radial bearings is hollow, and the rotor of the generator is placed in the cavity of this part of the shaft and fastened to it, the second part of the shaft is mounted in the gas generator osredstvom one thrust bearing and two radial bearings and rotors of the compressor and turbine are mounted on this part of the shaft.

Техническим результатом является повышение надежности турбогенератора за счет его компоновочного решения из двух агрегатных блоков - электрогенератора и газогенератора, а также за счет оригинального выполнения роторного узла. 2 з. п. ф-лы; 1 ил.

The technical result is to increase the reliability of a turbogenerator due to its layout solution of two aggregate units - an electric generator and a gas generator, as well as due to the original design of the rotor assembly. 2 s. p. f-ly; 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, а именно к турбогенераторам, используемым в качестве энергоисточников широкого спектра машин: во вспомогательных силовых установках воздушных судов; маршевых силовых установках с электроприводом винтов и винтокольцевых движителей; в составе газотурбинных установок для генерации электрической энергии.The utility model relates to the field of power engineering, namely to turbogenerators used as energy sources for a wide range of machines: in auxiliary power plants of aircraft; Marching power plants with electric propellers and propellers; as part of gas turbine plants for generating electric energy.

Известен роторный узел турбомашины, включающий установленный в подшипниках приводной вал, расположенные на валу рабочее колесо и турбину. Подшипниковая система приводного вала включает подшипники по концам вала и радиальный подшипник газового буфера, расположенный в «горячей зоне» между рабочим колесом и турбиной.Known rotary assembly of a turbomachine, including a drive shaft mounted in bearings, an impeller and a turbine located on the shaft. The drive shaft bearing system includes bearings at the ends of the shaft and a gas buffer radial bearing located in the “hot zone” between the impeller and the turbine.

(см. патент США №7112036, кл. F01D 17/00, 2005 г.).(see US patent No. 7112036, CL F01D 17/00, 2005).

В результате анализа данного решения необходимо отметить, что установка подшипника в «горячей зоне» приводит к необходимости его частого технического обслуживания. Кроме того, расположение подшипников на длинном валу, подверженному в процессе эксплуатации изгибным деформациям и вибрациям, которые передаются на агрегаты турбомашины, ограничивает эксплуатационные параметры турбины.As a result of the analysis of this solution, it should be noted that the installation of the bearing in the "hot zone" leads to the need for its frequent maintenance. In addition, the location of bearings on a long shaft, subjected to bending deformations and vibrations during operation, which are transmitted to the turbomachine units, limits the operational parameters of the turbine.

Известна газотурбинная энергетическая установка, содержащая пусковое устройство, центробежный компрессор, связанный с воздушным входом камеры сгорания, оснащенной горелочными устройствами и устройством розжига, выход камеры сгорания через теплообменник связан с центростремительной турбиной, ротор которой имеет возможность соединения с электрическим генератором. Роторы пускового устройства, центробежного компрессора и центростремительной турбины смонтированы на общем валу, установленном в газостатических подшипниках, один из которых расположен за пусковым устройством, а второй - за центростремительной турбиной. Установка оснащена блоком управления, регулирующим работу пускового устройства, устройства розжига и центростремительной турбины.A gas turbine power plant is known, comprising a starting device, a centrifugal compressor, connected to an air inlet of a combustion chamber equipped with burner devices and an ignition device, and the output of the combustion chamber through a heat exchanger is connected to a centripetal turbine, the rotor of which can be connected to an electric generator. The rotors of the starting device, centrifugal compressor and centripetal turbine are mounted on a common shaft mounted in gas-static bearings, one of which is located behind the starting device, and the second behind the centripetal turbine. The installation is equipped with a control unit that regulates the operation of the starting device, ignition device and centripetal turbine.

(см. патент РФ на полезную модель №101096, кл. F02C 3/05, 2010 г.).(see RF patent for utility model No. 101096, CL F02C 3/05, 2010).

Особенностью данной установки является применение неуправляемых газостатических подшипника, на которые установлен длинный неразъемный гибкий вал. Недостатком такого конструктивного решения является большой расход сжатого воздуха при постоянном поддуве неуправляемых газостатических подшипников, а также невозможность подавления изгибных колебаний вала при их возникновении, так как для этого необходимо, как минимум, демпфирование в подшипниках и управление их жесткостью. Изложенное выше значительно снижает надежность работы установки, а также ограничивает область ее применения.A feature of this installation is the use of uncontrollable gas-static bearings, on which a long integral flexible shaft is installed. The disadvantage of this design solution is the high consumption of compressed air with constant blowing of uncontrollable gas-static bearings, as well as the impossibility of suppressing bending vibrations of the shaft when they occur, since this requires, at a minimum, damping in the bearings and control of their rigidity. The above significantly reduces the reliability of the installation, and also limits the scope of its application.

Известна газовая турбина (развитие энергетической установки по патенту №101096), содержащая пусковое устройство, выполненное в виде электрогенератора, центробежный компрессор, выход которого подсоединен к камере сгорания, оснащенной горелочными устройствами и устройством розжига, выход камеры сгорания связан с центростремительной турбиной. Образующие роторный узел турбины роторы пускового устройства, центробежного компрессора и центростремительной турбины установлены на одном валу, смонтированном в газостатических подшипниках, один из которых размещен за пусковым устройством, второй - за центростремительной турбиной, а третий - между центробежным компрессором и центростремительной турбиной. В качестве газостатических подшипников используют управляемые газостатические подшипники.A known gas turbine (the development of the power plant according to patent No. 101096), containing a starting device made in the form of an electric generator, a centrifugal compressor, the output of which is connected to a combustion chamber equipped with burner devices and an ignition device, the output of the combustion chamber is connected with a centripetal turbine. The rotors of the turbine forming the rotor assembly of the starting device, centrifugal compressor and centripetal turbine are mounted on one shaft mounted in gas-static bearings, one of which is located behind the starting device, the second behind the centripetal turbine, and the third between the centrifugal compressor and the centripetal turbine. As gas-static bearings use controlled gas-static bearings.

При запуске турбины, по команде с блока управления включаются пусковое устройство и система подачи среды в зазоры подшипников вала. Пусковое устройство приводит во вращение вал, а, следовательно, роторы центробежного компрессора и центростремительной турбины. Воздух от компрессора поступает в камеру сгорания, куда через форсунки горелочных устройств подается топливо, например, природный газ. В камере сгорания воздух перемешивается с топливом, и полученная газовая смесь поджигается устройством розжига, которое включается по команде блока управления.When starting the turbine, on command from the control unit, the starting device and the system for supplying the medium to the clearance of the shaft bearings are switched on. The starter rotates the shaft, and therefore the rotors of the centrifugal compressor and centripetal turbine. Air from the compressor enters the combustion chamber, where fuel, for example, natural gas, is supplied through the nozzles of the burner devices. In the combustion chamber, the air is mixed with fuel, and the resulting gas mixture is ignited by the ignition device, which is turned on by the command of the control unit.

Полученный в камере сгорания газ направляют в центростремительную турбину для раскручивания ее ротора и преобразования энергии выхлопных газов в механическую энергию вращения вала. После того, как момент, создаваемый центростремительной турбиной на валу станет достаточным для поддержания работы газотурбинного двигателя, блок управления отключает пусковое устройство и турбина функционирует на рабочем режиме, при котором полезная мощность снимается с вала.The gas obtained in the combustion chamber is sent to a centripetal turbine to spin its rotor and convert the energy of exhaust gases into mechanical energy of rotation of the shaft. After the moment created by the centripetal turbine on the shaft becomes sufficient to support the operation of the gas turbine engine, the control unit turns off the starting device and the turbine operates in an operating mode in which the net power is removed from the shaft.

(см. патент РФ на полезную модель №156076, кл. F02C 7/06, 2014 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent for utility model No. 156076, class F02C 7/06, 2014) is the closest analogue.

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что наличие подшипника на валу между центробежным компрессором и центростремительной турбиной повышает жесткость вала и частично обеспечивает гашение пульсирующих нагрузок на роторе центростремительной турбины. Однако использование в конструкции турбины управляемых газостатических подшипников приводит к необходимости постоянной подачи рабочей среды под избыточным давлением в смазочный слой подшипников, что снижает экономичность, при этом, используемые в настоящее время струйные, электрические и электропневматические системы управления характеризуются ограниченным быстродействием, в результате чего управляемые газостатические подшипники могут применяться только на сравнительно тихоходных крупноразмерных газотурбинных установках. Использование в конструкции роторного узла длинного гибкого монолитного вала в сочетании с управляемыми газостатическими подшипниками, даже при наличии дополнительной опоры между компрессором и турбиной, при ударном изменении нагрузки, например, в процессе подключения к валу дополнительных нагрузок (электрических или механических) или при выполнении объектом (например, воздушным судном) энергичного маневра с большой перегрузкой, сопровождается, как правило, возбуждением изгибных колебаний и прецессией вала, которые сложно компенсировать за счет использования системы управления положением вала, что может привести к разрушению роторного узла. Весьма также существенно, что монолитная конструкция гибкого вала не предусматривает возможность подключения дополнительных нагрузок, например, компрессора для выработки сжатого воздуха на технологические нужды. Изложенное выше значительно снижает надежность работы турбогенератора и ограничивает область его применения.As a result of the analysis of the known solution, it should be noted that the presence of a bearing on the shaft between the centrifugal compressor and the centripetal turbine increases the stiffness of the shaft and partially dampens the pulsating loads on the rotor of the centripetal turbine. However, the use of controllable gas-static bearings in the turbine design leads to the necessity of constant supply of the working medium under excessive pressure into the lubricating layer of the bearings, which reduces economy, while the currently used inkjet, electric, and electro-pneumatic control systems are characterized by limited speed, as a result of which controlled gas-static bearings can only be used in relatively low-speed large-sized gas turbine plants. The use of a long flexible monolithic shaft in the design of the rotor assembly in combination with controlled gas-static bearings, even if there is an additional support between the compressor and the turbine, when the load changes impactly, for example, when additional loads (electrical or mechanical) are connected to the shaft or when the object ( for example, by an aircraft) of an energetic maneuver with a large overload, usually accompanied by the excitation of bending vibrations and shaft precession, which are difficult to compensate for Vat through the use of the position control system of the shaft, which can lead to the destruction of the rotor assembly. It is also very important that the monolithic design of the flexible shaft does not provide for the possibility of connecting additional loads, for example, a compressor, to produce compressed air for technological needs. The above significantly reduces the reliability of the turbogenerator and limits its scope.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности турбогенератора за счет его компоновочного решения из двух агрегатных блоков - электрогенератора и газогенератора, а также за счет оригинального выполнения роторного узла.The technical result of this utility model is to increase the reliability of a turbogenerator due to its layout solution of two aggregate units - an electric generator and a gas generator, as well as due to the original design of the rotor assembly.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в турбогенераторе, содержащем скомпонованные друг с другом электрогенератор и газогенератор, включающий компрессор, входной аппарат, для подачи воздуха на ротор компрессора, камеру сгорания, к которой подсоединен выход компрессора, а также ротор турбины, имеющий возможность вращения за счет действия выхлопных газов, отводимых от камеры сгорания, причем роторы электрогенератора, компрессора и турбины смонтированы на валу, новым является то, что вал выполнен составным, из двух частей, соединенных рессорой, одна из частей вала смонтирована в статоре электрогенератора посредством радиальных подшипников, выполнена полой, а ротор электрогенератора размещен в полости этой части вала и скреплен с ней, вторая часть вала смонтирована в газогенераторе посредством упорного подшипника, а роторы компрессора и турбины смонтированы на данной части вала, при этом, роторы компрессора и турбины смонтированы на части вала консольно, а в качестве радиальных и упорного подшипников использованы газостатические сегментные подшипники.The indicated technical result is ensured by the fact that in a turbogenerator comprising an electric generator and a gas generator arranged with each other, including a compressor, an inlet apparatus for supplying air to the compressor rotor, a combustion chamber to which the compressor output is connected, and also a turbine rotor having rotation for due to the action of exhaust gases discharged from the combustion chamber, the rotors of the electric generator, compressor and turbine mounted on the shaft, new is that the shaft is made of two parts connected by a spring, one of the shaft parts is mounted in the stator of the generator by means of radial bearings, made hollow, and the rotor of the generator is placed in the cavity of this part of the shaft and fastened to it, the second part of the shaft is mounted in the gas generator by means of a thrust bearing, and the compressor and turbine rotors are mounted on this part of the shaft, while the compressor and turbine rotors are mounted on the shaft part cantilever, and thermostatic segment bearings are used as radial and thrust bearings .

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен турбогенератор, осевой разрез.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which a turbogenerator is presented, axial section.

Турбогенератор состоит из двух скомпонованных друг с другом агрегатных блоков - электрогенератора 1 и газогенератора 2 (см. фиг.).The turbogenerator consists of two aggregate units arranged with each other - an electric generator 1 and a gas generator 2 (see. Fig.).

Электрогенератор 1 конструктивно может быть реализован в виде серийного высокочастотного вентильного электрогенератора, состоящего из ротора 3, выполненного на редкоземельных постоянных магнитах и охватывающего его статора с обмоткой 4.The generator 1 constructively can be implemented as a serial high-frequency valve electric generator, consisting of a rotor 3 made on rare-earth permanent magnets and covering the stator with a winding 4.

Газогенератор 2 состоит из:The gas generator 2 consists of:

- входного аппарата 5, например, улиточного типа, предназначенного для подачи воздуха в компрессор газогенератора;- the inlet apparatus 5, for example, snail type, designed to supply air to the compressor of the gas generator;

- компрессора газогенератора, состоящего из полого вала 6, входного направляющего устройства 7, ротора 8, смонтированного на валу 6, лопаточного диффузора 9;- a gas generator compressor, consisting of a hollow shaft 6, an input guide device 7, a rotor 8 mounted on the shaft 6, a blade diffuser 9;

- камеры сгорания 10, оснащенной топливными форсунками 11 и свечами зажигания 12;- a combustion chamber 10, equipped with fuel nozzles 11 and spark plugs 12;

- турбины с ротором 13;- turbines with a rotor 13;

- выходного соплового устройства 14. Выход камеры сгорания связан с входом турбины направляющим лопаточным аппаратом 15.- the output nozzle device 14. The output of the combustion chamber is connected to the turbine inlet by the guide vanes 15.

Ротор 3 электрогенератора 1, ротор 8 компрессора, ротор 13 турбины смонтированы на валу и образуют роторный узел турбогенератора.The rotor 3 of the electric generator 1, the rotor 8 of the compressor, the rotor 13 of the turbine are mounted on the shaft and form the rotor assembly of the turbogenerator.

Вал роторного узла турбогенератора смонтирован в подшипниках 16 (радиальных), установленных в статоре 4 электрогенератора и 17 (упорном), установленном, в корпусе (позицией не обозначен) газогенератора 2.The shaft of the rotor assembly of the turbogenerator is mounted in bearings 16 (radial) installed in the stator 4 of the generator and 17 (thrust) installed in the housing (not indicated by position) of the gas generator 2.

Вал роторного узла выполнен составным, из соединяемых при сборке в единый вал рессорой 18 частей 19 и 6. Часть 19 вала выполнена полой, имеющей осевое отверстие. Рессора 18 обеспечивает при работе турбогенератора демпфирование изгибных мод колебаний каждой из частей 19 и 6 вала.The shaft of the rotor assembly is made integral, from parts 18 and 6 that are connected when assembling into a single shaft with a spring 18. The shaft part 19 is hollow having an axial hole. Spring 18 provides during operation of the turbogenerator damping of the bending vibration modes of each of the parts 19 and 6 of the shaft.

Рассмотрим более подробно компоновочное решение роторного узла турбогенератора.Let us consider in more detail the layout solution of the rotor assembly of the turbogenerator.

Для компоновки роторного узла электрогенератора 1 ротор 3 вставляется в осевое отверстие части 19 вала и скрепляется с ней. Часть 19 вала своими посадочными местами устанавливается в смонтированные в статоре 4 радиальные подшипники 16.For the layout of the rotor assembly of the electric generator 1, the rotor 3 is inserted into the axial hole of the shaft part 19 and fastened to it. Part 19 of the shaft with its seats is installed in radial bearings 16 mounted in the stator 4.

Для компоновки роторного узла газогенератора 2, часть 6 вала, которая выполнена полой, с осевым отверстием, устанавливается в упорном подшипнике 17, смонтированном в корпусе (позицией не обозначен) газогенератора 2. На одном из концов данной части вала, на его наружной поверхности, смонтирован ротор 8 компрессора. Ротор 13 турбины оснащен валом (позицией не обозначен) который вставлен в отверстие вала 6 и скреплен с ним. Нетрудно заметить, что роторы 8 и 13 установлены на части 6 вала консольно.For the assembly of the rotor assembly of the gas generator 2, the shaft part 6, which is hollow, with an axial bore, is mounted in a thrust bearing 17 mounted in the housing (not indicated by the position) of the gas generator 2. At one end of this shaft part, on its outer surface, is mounted compressor rotor 8. The rotor 13 of the turbine is equipped with a shaft (the position is not indicated) which is inserted into the hole of the shaft 6 and fastened with it. It is easy to see that the rotors 8 and 13 are mounted on the shaft part 6 cantilever.

Таким образом, в собранном положении роторный узел опирается на два радиальных подшипника 16, и один упорный подшипник 17, причем радиальные подшипники являются опорами части 19 вала, а опорами для части 6 вала являются два радиальных подшипника 16 и один упорный подшипник 17.Thus, in the assembled position, the rotor assembly is supported by two radial bearings 16 and one thrust bearing 17, the radial bearings being the bearings of the shaft part 19, and the bearings for the shaft part 6 being two radial bearings 16 and one thrust bearing 17.

Весьма важным для достижения указанного технического результата является то, что подшипники роторного узла расположены вне горячей зоны турбогенератора, образуемой за счет сжигания топливной смеси. Такая компоновка обеспечивается за счет установки подшипников 16 в статоре электрогенератора 1 и консольного расположения на части 6 вала роторов 8 и 13.It is very important to achieve the indicated technical result that the bearings of the rotor assembly are located outside the hot zone of the turbogenerator formed by burning the fuel mixture. This arrangement is ensured by the installation of bearings 16 in the stator of the generator 1 and the cantilever arrangement on the shaft part 6 of the rotors 8 and 13.

При монтаже упорного подшипника 17 используют кольцо - проставку 20, торцы которого являются опорными поверхностями для подшипника 17.When mounting the thrust bearing 17, a ring is used - a spacer 20, the ends of which are the bearing surfaces for the bearing 17.

Для компоновки роторного узла в качестве радиальных 16 и упорных 17 подшипников наиболее целесообразно использовать газостатические сегментные подшипники, конструкция которых обеспечивает возможность их саморегулирования за счет изменения положения (поворота) сегментов на заданный угол в зависимости от действующей на них нагрузки, и устойчивого сохранения этого положения без использования системы управления. Конструкция таких подшипников известна (см., например, патент РФ на полезную модель №153540, кл. F16C 17/04, F16C 32/06, 2014 г., патент РФ на изобретение №2630271, МПК F16C 17/03, 2016 г.).For the arrangement of the rotor assembly as the radial 16 and thrust 17 bearings, it is most expedient to use gas-static segment bearings, the design of which allows their self-regulation by changing the position (rotation) of the segments by a given angle depending on the load acting on them, and maintaining this position without use of the management system. The design of such bearings is known (see, for example, RF patent for utility model No. 153540, class F16C 17/04, F16C 32/06, 2014, RF patent for invention No. 2630271, IPC F16C 17/03, 2016 )

При сборке роторного узла по отдельности собирают блоки ротора газогенератора и электрогенератора, после чего части 19 и 6 вала соединяют рессорой 18, а статор электрогенератора 1 крепят к корпусу газогенератора.When assembling the rotor assembly, the gas generator and electric generator rotor blocks are assembled separately, after which the shaft parts 19 and 6 are connected by a spring 18, and the stator of the electric generator 1 is attached to the gas generator housing.

Выполнение конструктивных элементов турбогенератора, не раскрытых в настоящем описании, является известным и не составляет предмета патентной охраны.The implementation of the structural elements of the turbogenerator, not disclosed in the present description, is known and does not constitute the subject of patent protection.

Турбогенератор работает, преимущественно, в автоматическом режиме. Согласованное функционирование его агрегатов обеспечивается системой управления (не показана).The turbogenerator operates mainly in automatic mode. The coordinated functioning of its units is provided by a control system (not shown).

Турбогенератор работает следующим образом.The turbogenerator operates as follows.

При пуске турбогенератора, когда роторный узел еще не вращается, необходимо подать рабочую среду - сжатый воздух в подшипники. Для этого может быть использован практически любой аккумулятор давления, например, компрессор (не показан).When starting the turbogenerator, when the rotor assembly is not yet rotating, it is necessary to supply a working medium - compressed air to the bearings. For this, almost any pressure accumulator can be used, for example, a compressor (not shown).

Подача сжатого воздуха в подшипники 16 и 17 приводит к вывешиванию смонтированных в них частей 19 и 6 вала роторного узла.The supply of compressed air to the bearings 16 and 17 leads to the hanging mounted on them parts 19 and 6 of the shaft of the rotor assembly.

Подается питание на выполняющий функцию стартера при запуске турбогенератора электрогенератор 1, его ротор 3 приводится во вращение вместе с частью 19 вала, а, следовательно, приводится во вращение и весь роторный узел. Воздух от ротора 8 компрессора поступает в камеру сгорания 10, куда также через форсунки горелочных устройств 11 подается топливо, например, авиационный керосин. В камере сгорания воздух перемешивается с топливом и полученная газовая смесь поджигается свечами зажигания 12, которые включаются по команде системы управления. Образующиеся в камере сгорания 10 в результате сгорания газовой смеси выхлопные газы направляется на ротор 13 турбины для преобразования энергии выхлопных газов в механическую энергию вращения ротора 13, а, следовательно, и всего роторного узла.Power is supplied to the starter that performs the function of the starter when the turbogenerator is started, its rotor 3 is rotated together with the shaft part 19, and, therefore, the entire rotor assembly is rotated. Air from the compressor rotor 8 enters the combustion chamber 10, where fuel, for example, aviation kerosene, is also supplied through the nozzles of the burner devices 11. In the combustion chamber, the air is mixed with fuel and the resulting gas mixture is ignited by spark plugs 12, which are turned on by the command of the control system. The exhaust gases generated in the combustion chamber 10 as a result of the combustion of the gas mixture are sent to the turbine rotor 13 to convert the energy of the exhaust gases into mechanical energy of rotation of the rotor 13, and, consequently, of the entire rotor assembly.

Выхлопные газы отводятся в окружающую среду через выходное сопловое устройство 14. После того, как момент, создаваемый ротором 13 на валу 6, станет достаточным для поддержания работы турбогенератора, система управления отключает электрогенератор 1, турбогенератор выходит на рабочий режим, при котором электрогенератор 1 работает в режиме генерации электроэнергии.The exhaust gases are discharged into the environment through the output nozzle device 14. After the moment created by the rotor 13 on the shaft 6 is sufficient to maintain the operation of the turbogenerator, the control system turns off the generator 1, the turbogenerator enters an operating mode in which the generator 1 operates in power generation mode.

При достижении номинальной частоты вращения роторного узла, подшипники 16, 17 переходят в полностью газодинамический режим работы. Подача в них сжатого воздуха прекращается. При изменении частоты вращения вала или нагрузки на валу, регулирование подшипников происходит автоматически за счет изменения средней величины зазора в смазочном слое и угла установки сегментов подшипника. Гибридный режим работы с принудительной подачей под избыточным давлением дополнительного количества воздуха может использоваться, когда подъемной силы, создаваемой за счет вращения вала и разворота сегментов, не хватает. Гибридный режим работы может использоваться постоянно, когда стоит задача сделать габариты и массу газотурбинной установки минимально возможными. В этом случае использование принудительной подачи под избыточным давлением дополнительного количества воздуха позволяет при заданных осевых и радиальных нагрузках на вал уменьшить его диаметр по сравнению с работой исключительно в газодинамическом режиме.Upon reaching the nominal rotational speed of the rotor assembly, the bearings 16, 17 go into a fully gas-dynamic mode of operation. The supply of compressed air to them is interrupted. When changing the shaft speed or the load on the shaft, the bearings are automatically adjusted by changing the average clearance in the lubricating layer and the angle of installation of the bearing segments. The hybrid mode of operation with the forced supply of excess air under excessive pressure can be used when the lifting force created by the rotation of the shaft and the rotation of the segments is not enough. The hybrid operating mode can be used constantly when the task is to make the dimensions and mass of the gas turbine installation as small as possible. In this case, the use of forced supply of excess air under excess pressure allows for a given axial and radial loads on the shaft to reduce its diameter compared to operating exclusively in gas-dynamic mode.

Кроме высокой надежности, турбогенератор обладает предельно низким весом. Использование в качестве опор ротора газовых подшипников, вынесенных из горячей зоны, позволяет существенно снизить вес и габариты за счет того, что из состава турбогенератора исключается маслосистема с баком, главным циркуляционным, подкачивающим и дренажными насосами, фильтрами, арматурой и обвязкой. Кроме того, полностью исключается редуктор электрогенератора и коробка приводов, а также электростартер, функции которого заменяются электрогенератором. Все это, наряжу с высокой надежностью, позволяет существенно расширить область использования турбогенератора, особенно в областях техники, где особо высокие требования предъявляются к массогабаритным характеристиках изделий и их надежности.In addition to high reliability, the turbogenerator has an extremely low weight. The use of gas bearings removed from the hot zone as rotor supports can significantly reduce weight and dimensions due to the fact that the oil system with a tank, main circulation, booster and drainage pumps, filters, fittings and piping is excluded from the turbogenerator. In addition, the generator’s gearbox and gearbox are completely eliminated, as well as the electric starter, the functions of which are replaced by the generator. All this, attire with high reliability, can significantly expand the scope of use of the turbogenerator, especially in areas of technology where particularly high demands are placed on the mass-dimensional characteristics of products and their reliability.

Выполнение турбогенератора из двух агрегатных блоков (электрогенератора и газовой турбины), при условии выполнения вала составным, позволяет компоновать турбогенератор с требуемыми рабочими характеристиками данных агрегатных блоков, а, следовательно, в широких пределах изменять рабочие характеристики турбогенератора под требования потребителей, что значительно расширяет область использования турбогенератора.The implementation of a turbogenerator from two aggregate units (an electric generator and a gas turbine), provided the shaft is composite, allows the turbogenerator to be assembled with the required operating characteristics of these aggregate units, and, therefore, to widely vary the operating characteristics of the turbogenerator to customer requirements, which greatly expands the scope of use turbogenerator.

Конструкция турбогенератора обеспечивает его компоновку с широким спектром установок различного назначения, а также надежную, безаварийную работу в условиях вибраций, перегрузок и ударных нагрузок на роторный узел.The design of the turbogenerator provides its layout with a wide range of plants for various purposes, as well as reliable, trouble-free operation in conditions of vibration, overload and shock loads on the rotor assembly.

Claims

1. A turbogenerator comprising an electric generator and a gas generator arranged with each other, including a compressor, an inlet apparatus for supplying air to the compressor rotor, a combustion chamber to which the compressor output is connected, and a turbine rotor capable of rotation due to the action of exhaust gases discharged from combustion chambers, the rotors of the electric generator, compressor and turbine mounted on a shaft, characterized in that the shaft is made up of two parts connected by a spring, one of the shaft parts is mounted in Tatorey electric generator by means of radial bearings, is hollow, and the rotor electrical generator placed in the cavity of the shaft portion and secured to it, the second part of the shaft is mounted in the gasifier through a thrust bearing, and the compressor and turbine rotors are mounted on this part of the shaft.

2. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the compressor and turbine rotors are mounted on a part of the shaft cantilever.

3. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the gasostatic segment bearings are used as radial and thrust bearings.