RU2013621C1 - Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine - Google Patents
Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2013621C1 RU2013621C1 SU4679280A RU2013621C1 RU 2013621 C1 RU2013621 C1 RU 2013621C1 SU 4679280 A SU4679280 A SU 4679280A RU 2013621 C1 RU2013621 C1 RU 2013621C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- power
- shaft
- load
- coupling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотурбостроения, в частности к конструкциям газотурбинных приводов (ГТП), снабженных зубчатой передачей, выполненной в виде дифференциального механизма (ДФМ), и к способам регулирования частоты вращения (ЧВ) выходного вала отбора мощности ГТП. The invention relates to the field of gas turbine construction, in particular to the design of gas turbine drives (GTP) equipped with a gear made in the form of a differential mechanism (DFM), and to methods of controlling the rotational speed (CV) of the output shaft of the GTP power take-off.
Известны конструкция и способ регулирования ЧВ ГТП (патент США N 3293850 и заявка Японии N 55-8656). Известный ГТП содержит турбокомпрессор (ТКР), включающий закрепленные на общем валу компрессор и турбину, а также свободную силовую турбину (СТ), соединенную с валом синхронного электрогенератора (СЭГ). Ротор СЭГ совместно с СТ вращают с постоянной ЧВ, а ТКР вращают с переменной частотой в зависимости от нагрузки СЭГ. В таком ГТП невозможно обеспечить высокое качество вырабатываемого переменного тока из-за недостаточной мощности и массы приводной турбины. A known design and method for regulating the FV GTP (US patent N 3293850 and Japanese application N 55-8656). Known GTP contains a turbocompressor (TCR), including a compressor and a turbine mounted on a common shaft, as well as a free power turbine (ST) connected to the shaft of a synchronous electric generator (SEG). The SEG rotor together with ST rotate with constant FW, and TCR rotate with a variable frequency depending on the SEG load. In such a gtr, it is impossible to ensure high quality of the generated alternating current due to insufficient power and mass of the drive turbine.
Известны конструкции ГТП и способ его регулирования (авт. св. СССР N 179131, заявка ЕПВ N 0 083 109 и заявка Великобритании N 1 181 475). ГТП содержит общий вал, соединенный с турбинами, компрессорами ГТД и с ротором СЭГ, который вращает с постоянной частотой. Такой привод имеет недостаточную экономичность из-за постоянной ЧВ ТКР и турбин ГТД на всех режимах нагрузки ГТП. There are known constructions of GTR and a method of its regulation (ed. St. USSR N 179131, EPO application N 0 083 109 and UK
Известен также привод, содержащий ГТД, соединенный с СЭГ через планетарный редуктор (ПЛР), включающий центральную и венечную шестерни, а также водило с планетными шестернями. Такой ГТП имеет вышеуказанные недостатки. Also known is a drive containing a gas turbine engine connected to the SEG through a planetary gearbox (PLR), including the central and crown gears, as well as a carrier with planetary gears. Such a gtr has the above disadvantages.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип изобретения на привод, является ГТП (заявка Великобритании N 1 217 555), который содержит коаксиально расположенные валы СТ и ТКР (внутренний), каждый из которых соединен с центральной шестерней (ЦШ) двух ПЛР, которые имеют общее неподвижное водило. Венечные шестерни (эпициклы) этих редукторов соединены между собой отключаемой фрикционной муфтой, и эпицикл первого ПЛР соединен с выходным валом отбора мощности ГТП. Недостатком ГТП является то, что при постоянной ЧВ выходного вала СТ также вращают с постоянной частотой, и при этом невозможна передача мощности от СТ к компрессору при его вращении с переменной частотой. The closest technical solution adopted for the prototype of the invention for the drive, is the GTR (application UK No. 1 217 555), which contains coaxially located shafts ST and TKR (internal), each of which is connected to the Central gear (TSH) of two PLR, which have general motionless carrier. The pinion gears (epicycles) of these gearboxes are interconnected by a disconnectable friction clutch, and the epicycle of the first PCR is connected to the output shaft of the GTP power take-off. The drawback of the GTP is that with a constant FV of the output shaft, the CTs also rotate at a constant frequency, and it is not possible to transfer power from the CT to the compressor when it rotates with a variable frequency.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип изобретения на способ, является способ регулирования частоты вращения выходного вала ГТП, заключающийся в том, что регулирование частоты вращения вала ГТП осуществляют путем изменения подачи топлива в камеру сгорания ГТД и перераспределения мощности между валами СТ и ТКР посредством муфты и редуктора. Недостатком такого способа является то, что при постоянной ЧВ выходного вала ГТП силовую турбину также вращают с постоянной частотой, и при этом невозможна плавная передача мощности от СТ к компрессору при его вращении с переменной ЧВ. The closest technical solution adopted for the prototype of the invention to the method is a method of regulating the speed of the output shaft of the gas turbine engine, which consists in controlling the frequency of rotation of the shaft of the gas turbine engine by changing the fuel supply to the combustion chamber of the gas turbine engine and redistributing the power between the shafts of the ST and TKR through a coupling and gearbox. The disadvantage of this method is that at a constant FW of the output shaft of the GTP, the power turbine is also rotated with a constant frequency, and at the same time, smooth power transfer from the ST to the compressor is impossible during its rotation with a variable FV.
Цель изобретения - поддержание постоянной частоты вращения выходного вала ГТП при подключении его к СЭГ. The purpose of the invention is the maintenance of a constant speed of the output shaft of the gtr when connecting it to the SEG.
Разобщительная муфта редуктора выполнена в виде регулируемой гидродинамической муфты (ГДМФ), имеющей насосное и турбинное колеса. Редуктор выполнен в виде ДФМ и снабжен дополнительными зубчатыми шестернями и колесами, последние закреплены на ободах водила и эпицикла ДФМ. Шестерни соединены с колесами ГДМФ, а водило - с валом силовой турбины. Падение мощности на выходном валу ГТП при увеличении мощности подключенного к нему потребителя до начала увеличения подачи топлива компенсируют дополнительным подводом к нему мощности от турбинного колеса ГМФ. Насосное колесо ГМФ вращают с частотой, превышающей частоту ее туpбинного колеса, а ТКР - с переменной частотой, определяемой зависимостью Птк = (К + 1) Пст-Пэг К, где Птк, Пст и Пэг - частота вращения соответственно компрессора, силовой турбины и СЭГ, а К - передаточное отношение ДФМ при неподвижном водиле.The isolation clutch of the gearbox is made in the form of an adjustable hydrodynamic coupling (GDMF) having pump and turbine wheels. The gearbox is made in the form of DFM and is equipped with additional gear gears and wheels, the latter are mounted on the rims of the carrier and the DFM epicycle. The gears are connected to the wheels of the GDMF, and the carrier is connected to the shaft of the power turbine. The drop in power on the output shaft of the gas turbine with an increase in the power of the consumer connected to it before the start of an increase in fuel supply is compensated by an additional supply of power from the turbine wheel of the GMF. The GMF pump wheel is rotated with a frequency exceeding the frequency of its turbine wheel, and the TCR is rotated with a variable frequency, determined by the dependence P tk = (K + 1) P st -P eg K, where P tk , P st and P eg are the rotation frequency, respectively compressor, power turbine, and SEG, and K is the DFM gear ratio when the carrier is stationary.
На фиг. 1 показано общее устройство газотурбинного привода; на фиг. 2 - устройство редуктора ГТП с планетарной ступенью; на фиг. 3 - общая схема редуктора ГТП с гидродинамической муфтой (ГДМ). In FIG. 1 shows a general device for a gas turbine drive; in FIG. 2 - device gearbox GTP with a planetary stage; in FIG. 3 is a general diagram of a GTP gearbox with a hydrodynamic coupling (GDM).
Газотурбинный привод содержит ГТД, включающий турбокомпрессор (ТKР) 1 и силовую турбину 2 низкого давления (ТНД), ДФМ 3, включающий центральную шестерню 4, водило 5 с планетными шестернями 6, эпицикл 7, СЭГ 8, включающий вращающийся с постоянной частотой ротор 9 и неподвижный статор 10, силовая обмотка которого подключена к электросети 11. ТKР 1 соединен через обгонную муфту 12 со стартерным двигателем (электростартером) 13 и содержит камеру сгорания 14, компрессор 15 и турбину высокого давления (ТВД) 16, закрепленные на общем валу 17. Коаксиальные валы 17 и 18 турбин 16 и 2 соединены соответственно с шестерней 4 и водилом 5 ДФМ 3, эпицикл 7 которого соединен валом 19 с ротором 9 СЭГ. Турбина 2 на выходе сообщена с газовыпуском 20 ГТД. Между турбинами 16 и 2 расположена кольцевая газовая полость 21, а на корпусе ГТД предусмотрен кожух 22, образующий байпасный кольцевой канал 23, сообщающийся на входе и выходе через газоперепускные окна 24 и 25 с полостью 21 и с выходом 20. Окна 24 снабжены запорным клапаном 26 с приводом 27. The gas-turbine drive contains a gas turbine engine, including a turbocharger (TKR) 1 and a low pressure power turbine 2 (ТНР), ДФМ 3, including a
Турбина 2 может быть соединена с ДФМ 3 через дополнительный ПЛР 28, включающий закрепленный на неподвижном корпусе 29 эпицикл 30, водило 31 с планетными шестернями 32, соединенное полым валом 33 с шестерней 4 ДФМ 3, а также центральную шестерню 34, соединенную с валом 18 турбины 2. Turbine 2 can be connected to DFM 3 through an
На ободах эпицикла 7 и водила 5 установлены зубчатые колеса 36 и 37, соединенные зацеплением с шестернями 37, 38, закрепленными на валах 39 и 40, на которых установлены насосное 41 и турбинное 42 колеса гидромуфты (ГМФ) 43, регулируемой клапаном 44. On the rims of the
Запуск ГТП осуществляют следующим образом. Электростартером 13 раскручивают компрессор 15 с турбиной 16 и шестерней 4 ДФМ. При неподвижном роторе 9 СЭГ и эпицикле 7 водило 5 с турбиной 2 вращаются свободно. Таким образом, на пуске в начальный момент исключается раскрутка массивного ротора 9. После подачи и воспламенения топлива, а также подачи рабочего газа на турбину 16 газы от последней отводят, помимо турбины 2, в газовыхлоп 20 через открытые окна 24, 25. После набора мощности турбиной 16 отключают ЭСТ 13, закрывают клапан 26 и газы подают на турбину 2, от которой мощность подводят к ротору 9 и раскручивают его. Затем агрегат выводят на устойчивый рабочий режим. На пуске и на стационарном устойчивом режимах ГМФ 43 не работает и ее колеса 41 и 42 вращаются вхолостую преимущественно в вакуумной среде. При наличии в передаче дополнительного ПЛР 28 ее работа на пусковом и рабочем режимах не отличается, за исключением повышения частоты вращения турбины 2. The launch of the gtr is as follows.
На стационарном устойчивом режиме ГТП работает следующим образом. Мощность турбины 2 больше, например в 3 раза, мощности СЭГ, например 1000 кВт. Мощность от турбины 2 отводиться двумя потоками: через эпицикл 7 (1000 кВт) на СЭГ и через шестерню 4 (2000 кВт) - на компрессор 15, куда также подводится мощность от турбины 16. Распределение мощности турбины 2 определяется характеристиками ДФМ. Таким образом, на всех режимах ГТП мощность турбины 2 всегда больше мощности СЭГ. За счет этого всегда имеется в наличии избыточная мощность, которую можно при необходимости определенным способом использовать для кратковременной компенсации резко возросшей мощности ЭГ. On stationary steady-state mode, the gtr works as follows. The power of the
Регулирование, т. е. поддержание постоянной частоты вращения, выходного вала 19 отбора мощности ГТП осуществляют следующим образом. На переходном режиме при резком увеличении мощности ЭГ, т. е. при увеличении крутящего момента на валу 19, сперва происходит снижение частоты вращения ротора 9 СЭГ с эпициклом 7 ДФМ. В результате самопроизвольно происходит перераспределение крутящих моментов в ДМФ создаваемых турбиной 2, что приводит к увеличению мощности, подводимой к ротору 9 СЭГ. Одновременно открывают клапан 44 и тем самым включают ГМФ 43. За счет этого увеличивают крутящий момент, подаваемый от турбины 2 (вала 18), помимо водила 5, к ротору 9 (эпициклу 7) через ГМФ (зацепления 35-37, 38-36). В общем итоге до начала увеличения подачи топлива падение мощности на валу нагрузки компенсируют путем подвода избыточной мощности от турбины 2, включающем частичное снижение мощности компрессора 15. При вращении ТКР с частотой, определяемой зависимостью Птк = (К + 1) Пст-Пэг К, представляется возможным одновременно снизить обороты турбин 16 и 2 сохраняя постоянную частоту вращения ротора 9 СЭГ.Regulation, i.e. maintaining a constant speed of the
Преимущества изобретения заключаются в следующем. За счет наличия гидромуфты, дополнительно связывающей ротор СЭГ через ДФМ со свободной силовой турбиной ГТД, и наличия на всех его режимах избыточной мощности в силовой турбине относительно ЭГ падение мощности на валу нагрузки кратковременно до начала подачи топлива компенсируют дополнительным подводом мощности к СЭГ от силовой турбины за счет снижения мощности компрессора ГТД. The advantages of the invention are as follows. Due to the presence of the fluid coupling, which additionally connects the SEG rotor through the DFM to the GTE free power turbine, and the presence of excess power in the power turbine relative to the EG in all its modes, the power drop on the load shaft shortly before starting fuel supply is compensated by an additional supply of power to the SEG from the power turbine for by reducing the power of the GTE compressor.
Claims (4)
nтк = (к + 1) · nс.т - nэ.г · K,
где nтк,; nс.т, nэг - частота вращения соответственно турбокомпрессора, силовой турбины, электрогенератора;
K - передаточное отношение дифференциального механизма при неподвижном водиле.3. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that the turbocharger shaft is rotated with a variable speed, determined by the dependence
n tk = (k + 1) · n s.t - n e.g · K,
where n tk ; n s.t , n eg - rotational speed of a turbocompressor, power turbine, electric generator, respectively;
K is the gear ratio of the differential mechanism when the carrier is stationary.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4679280 RU2013621C1 (en) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4679280 RU2013621C1 (en) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013621C1 true RU2013621C1 (en) | 1994-05-30 |
Family
ID=21441903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4679280 RU2013621C1 (en) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2013621C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464436C2 (en) * | 2008-03-28 | 2012-10-20 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Turbine plant control method, and turbine plant |
RU2581269C1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine turning and starting device of gas turbine plant |
RU2583476C1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine turning and starting device of gas turbine plant |
-
1989
- 1989-03-10 RU SU4679280 patent/RU2013621C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464436C2 (en) * | 2008-03-28 | 2012-10-20 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Turbine plant control method, and turbine plant |
RU2581269C1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine turning and starting device of gas turbine plant |
RU2583476C1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine turning and starting device of gas turbine plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11846237B2 (en) | Gas turbine engine with intercooled cooling air and dual towershaft accessory gearbox | |
EP3354881B1 (en) | Gas turbine engine dual towershaft accessory gearbox and starter generator assembly | |
CA2466756C (en) | Differential geared turbine engine with torque modulation capability | |
EP2128389B1 (en) | A gas turbine engine arrangement | |
US8424280B2 (en) | Gas turbine engine arrangement | |
RU2606726C2 (en) | Device to actuate load, multi-spool gas turbine flushing method and method of multi-spool gas turbine slow-rotating | |
EP3690214A1 (en) | Electric enhanced transmission for multi-spool load-sharing turbofan engine | |
EA013921B1 (en) | Dual end gear fluid drive starter | |
IL178752A (en) | Device for driving accessory machines of a gas turbine engine | |
CA2844186A1 (en) | Gas turbine engine with transmission and method of adjusting rotational speed | |
FR2915523A1 (en) | DEVICE FOR GENERATING ELECTRIC ENERGY IN A DOUBLE-BODY GAS TURBINE ENGINE | |
CN110234856B (en) | Device for driving a fuel pump of a turbomachine | |
US10794216B2 (en) | Fan drive gear system DC motor and generator | |
RU2013621C1 (en) | Method and device for regulation of rotational speed of output shaft of loading gas-turbine engine | |
US4132064A (en) | Turbine engine with differential gearing between high pressure turbine and compressor | |
EP0087302A1 (en) | Gas turbine engine operating method and apparatus therefor | |
US10003239B1 (en) | Doubly-fed induction generator system for a gas turbine | |
US20110225978A1 (en) | Turbomachine drive arrangement | |
SU1703555A1 (en) | Shipъs electric generating plant | |
US11905888B2 (en) | Multi-engine system and power transfer between engines thereof | |
EP4375495A1 (en) | Aircraft power plant with interburner and method of operating | |
RU2670997C1 (en) | Starting system of gas turbine engine | |
EP4237666A1 (en) | Free turbine turbomachine comprising equipment driven by the free turbine | |
SU1663703A1 (en) | Electric generator plant | |
CN117120709A (en) | Free turbine comprising a device driven by a free turbine |