RU2347310C1 - Turbo-electric installation - Google Patents
Turbo-electric installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347310C1 RU2347310C1 RU2007148404/09A RU2007148404A RU2347310C1 RU 2347310 C1 RU2347310 C1 RU 2347310C1 RU 2007148404/09 A RU2007148404/09 A RU 2007148404/09A RU 2007148404 A RU2007148404 A RU 2007148404A RU 2347310 C1 RU2347310 C1 RU 2347310C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- rotor
- axial
- rotation
- installation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при проектировании турбоэлектрических установок, предназначенных для получения электрической либо механической энергии, например, парогенераторных и газотурбинных электростанций, компрессорных агрегатов.The invention relates to the field of electric power and can be used in the design of turboelectric plants designed to produce electrical or mechanical energy, for example, steam and gas turbine power plants, compressor units.
Известна турбоэлектрическая установка, содержащая магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение турбиной. Ротор генератора и турбина установлены на валу, закрепленном в подшипниковых узлах (1). Для увеличения ресурса работы устройства подшипниковые узлы выполнены на базе газодинамических подшипников. Однако данная конструкция технически выполнима при массе вращающейся части, равной единиц килограмм, при этом количество пусков (из-за износа) ограничено только несколькими десятками раз.Known turboelectric installation containing a magnetoelectric generator driven by a turbine. The generator rotor and turbine are mounted on a shaft fixed in the bearing units (1). To increase the service life of the device, the bearing units are made on the basis of gas-dynamic bearings. However, this design is technically feasible with the mass of the rotating part equal to units of kilograms, while the number of starts (due to wear) is limited to only a few tens of times.
Известна многополюсная электрическая машина (2), в которой с целью обеспечения радиальной разгрузки подшипников предусмотрен радиальный эксцентриситет между статором и ротором, обеспечивающий за счет сил одностороннего тяжения компенсацию действия веса ротора. Однако такой способ сборки не обеспечивает компенсацию осевых сил, возникающих при работе электрической машины с турбиной. При этом невозможно использование газодинамических опор, т.к. любое воздействие со стороны присоединенного вала турбины нарушает эксцентриситет и симметричность нагрузки.A multi-pole electric machine is known (2), in which, in order to ensure radial unloading of the bearings, a radial eccentricity is provided between the stator and the rotor, which, due to unilateral forces, compensates for the effect of the weight of the rotor. However, this assembly method does not compensate for axial forces arising from the operation of an electric machine with a turbine. In this case, the use of gas-dynamic supports is impossible, because any impact from the attached turbine shaft violates the eccentricity and symmetry of the load.
Наиболее близким к изобретению устройством является турбоэлектрическая установка, содержащая магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение турбиной. Ротор генератора и турбина закреплены на валу, установленном в подшипниковых узлах (3). Для увеличения ресурса работы устройства, определяемого в основном ресурсом работы его подшипниковых узлов, использованы магнитные подшипники с регулируемым магнитным полем. Однако подшипники данной модификации имеют сложную и объемную конструкцию, сравнимую по массе и стоимости с электрической машиной. Сложность конструкции обуславливает низкую надежность всей установки и низкий рабочий ресурс.Closest to the invention, the device is a turboelectric installation comprising a magnetoelectric generator driven by a turbine. The rotor of the generator and the turbine are mounted on a shaft installed in the bearing units (3). To increase the service life of the device, which is mainly determined by the service life of its bearing units, magnetic bearings with an adjustable magnetic field are used. However, the bearings of this modification have a complex and volumetric design, comparable in weight and cost to an electric machine. The complexity of the design leads to low reliability of the entire installation and low working life.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является повышение надежности работы и увеличение рабочего ресурса установки путем упрощения конструкции и уменьшения нагрузки на подшипниковые узлы.The technical result that can be achieved by using the invention is to increase the reliability and increase the working life of the installation by simplifying the design and reducing the load on the bearing assemblies.
Технический результат достигается за счет того, что в турбоэлектрической установке, содержащей магнитоэлектрическую машину, механически соединенную с турбиной, причем ротор магнитоэлектрической машины и турбина установлены на одном горизонтально расположенном валу, закрепленном в радиальных и осевых подшипниках (3), согласно изобретению статор электрической машины закреплен в корпусе конструкции с радиальным смещением относительно оси вращения ротора в сторону действия веса установки и с осевым смещением относительно геометрической оси симметрии ротора, перпендикулярной оси его вращения, при этом направление продольного осевого смещения противоположно направлению действия осевых нагрузок, возникающих при вращении турбины.The technical result is achieved due to the fact that in a turboelectric installation containing a magnetoelectric machine mechanically connected to the turbine, the rotor of the magnetoelectric machine and the turbine are mounted on the same horizontal shaft mounted in radial and axial bearings (3), according to the invention, the stator of the electric machine is fixed in the design body with a radial displacement relative to the axis of rotation of the rotor in the direction of the weight of the installation and with an axial displacement relative to the geometric minutes rotor axis of symmetry perpendicular to its axis of rotation, whereby the direction of the longitudinal axial displacement opposite to the direction of action of the axial loads generated by the rotation of the turbine.
Для повышения разгрузки подшипниковых узлов путем равномерности компенсации воздействующих на них усилий введена вторая идентичная имеющейся магнитоэлектрическая машина, установленная симметрично на том же валу с другой стороны турбины.To increase the unloading of the bearing assemblies by uniformly compensating the forces acting on them, a second magnetoelectric machine identical to the existing one was introduced, mounted symmetrically on the same shaft on the other side of the turbine.
В патентных источниках информации не обнаружено сведений о технических решениях, направленных на обеспечение полной разгрузки подшипниковых опор, которая возможна только при совместном использовании осевых и радиальных смещений ротора в полости статора, из чего можно сделать вывод о соответствии данного изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».No information was found in patent sources of information on technical solutions aimed at ensuring complete unloading of bearing bearings, which is possible only with the joint use of axial and radial displacements of the rotor in the stator cavity, from which we can conclude that the invention meets the criteria of "novelty" and "inventive level".
На Фиг 1 представлена конструктивная схема установки.In Fig 1 presents a structural diagram of the installation.
На Фиг.2 представлены диаграммы магнитной индукции «В» [Т] в рабочем зазоре четырехполюсной магнитоэлектрической машины.Figure 2 presents a diagram of the magnetic induction "B" [T] in the working gap of a four-pole magnetoelectric machine.
Установка содержит магнитоэлектрическую машину 1, механически соединенную с турбиной 2. Турбина 2 приводится во вращение любым рабочим телом, например газом либо паром. Ротор 3 магнитоэлектрической машины 1 и турбина 2 установлены на одном горизонтально расположенном валу 4, закрепленном с двух сторон в радиальных и осевых подшипниковых узлах 5. Магнитоэлектрическая машина 1 имеет число полюсов больше двух и может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Статор 6 машины 1 и подшипниковые узлы 5 жестко закреплены в едином корпусе 7 конструкции с радиальным смещением Δ=δ1-δ2 относительно оси вращения ротора в сторону действия веса установки, где δ1-δ2 - максимальные и минимальные величины ширины рабочего зазора машины. Закрепление статора 6 в корпусе произведено так же с осевым смещением δ0 относительно геометрической оси симметрии ротора, перпендикулярной оси его вращения. Направление осевого смещения δ0 противоположно направлению действия осевых нагрузок, передаваемых через вал 4 на осевые подшипниковые узлы.The installation includes a magnetoelectric machine 1, mechanically connected to the turbine 2. The turbine 2 is driven into rotation by any working fluid, such as gas or steam. The rotor 3 of the magnetoelectric machine 1 and the turbine 2 are mounted on one horizontally located shaft 4, mounted on both sides in the radial and axial bearing assemblies 5. The magnetoelectric machine 1 has a number of poles greater than two and can operate both in generator mode and in engine mode. The stator 6 of the machine 1 and the bearing units 5 are rigidly fixed in a single housing 7 of the structure with a radial displacement Δ = δ 1 -δ 2 relative to the axis of rotation of the rotor in the direction of the weight of the installation, where δ 1 -δ 2 are the maximum and minimum values of the width of the working gap of the machine . The stator 6 was fixed in the housing with an axial displacement δ 0 relative to the geometric axis of symmetry of the rotor perpendicular to the axis of its rotation. The direction of axial displacement δ 0 is opposite to the direction of action of axial loads transmitted through the shaft 4 to the axial bearing units.
Установка работает следующим образом.Installation works as follows.
В рабочем режиме подшипниковые узлы 5 принимают на себя осевое усилие Fок, появляющееся при вращении турбины 2, и радиальное усилие Fрк, возникающее под действием веса конструкции. Однако за счет радиального Δ и осевого δо смещений статора 6 относительно осей ротора 3 в роторе электрической машины возникают радиальные и осевые усилия Fop, Fpp, направление которых противоположно действию усилий Fок и Fрк (Фиг.1). В результате чего на подшипниковые узлы действует осевое усилие (Fок-Fop) и радиальное усилие (Fрк-Fрр), что говорит о значительной их разгрузке. Теоретически нагрузки на подшипниковые узлы можно свести к нулю. Практически нагрузки на подшипники можно снизить в несколько раз. Величины выбранных осевых смещений определяются расчетным путем с учетом минимально допустимого рабочего зазора δ2 между статором и ротором, технологии изготовления и параметров электрической машины.In the operating mode, the bearing units 5 take on the axial force F ok that appears when the turbine 2 rotates, and the radial force F pk arising under the action of the weight of the structure. However, due to the radial Δ and axial δ about the displacements of the stator 6 relative to the axes of the rotor 3, radial and axial forces F op , F pp arise in the rotor of the electric machine, the direction of which is opposite to the action of the forces F ok and F pk (Figure 1). As a result, the axial force (F ok -F op ) and the radial force (F pk -F pp ) act on the bearing units, which indicates their significant unloading. Theoretically, the load on the bearing assemblies can be reduced to zero. In practice, bearing loads can be reduced several times. The values of the selected axial displacements are determined by calculation taking into account the minimum permissible working clearance δ 2 between the stator and the rotor, manufacturing technology and parameters of the electric machine.
Целесообразно выполнить установку симметричной с двумя идентичными электрическими машинами, установленными на одном и том же валу с обеих сторон турбины. При таком построении системы компенсирующие силы Fop и Fpp, противодействующие осевым и радиальным усилиям Fок и Fрк, увеличиваются естественно в два раза, что еще более разгружает подшипниковые узлы 5 и повышает точность компенсации воздействующих на них нагрузок. Электрическая машина может состоять из нескольких идентичных энергетических узлов, установленных на одном валу.It is advisable to perform a symmetrical installation with two identical electric machines mounted on the same shaft on both sides of the turbine. With this construction of the system, the compensating forces F op and F pp , which counteract the axial and radial forces F ok and F pk , naturally double, which further unloads the bearing units 5 and increases the accuracy of the compensation of the loads acting on them. An electric machine may consist of several identical energy units mounted on one shaft.
Увеличение числа полюсов электрической машины ведет к снижению пульсации компенсирующей радиальной составляющей ротора Fpp и, следовательно, к повышению равномерности нагрузок на подшипниковые узлы, т.е. повышению рабочего ресурса и надежности работы всей установки.An increase in the number of poles of the electric machine leads to a decrease in the ripple of the compensating radial component of the rotor F pp and, therefore, to an increase in the uniformity of loads on the bearing assemblies, i.e. increase the working life and reliability of the entire installation.
Из представленных на Фиг.2 диаграмм видно, что величина магнитной индукции в рабочем зазоре электрической машины изменяется в соответствии с отклонением от симметрии ее рабочих зазоров, следствием чего является изменение радиальных составляющих усилий, воздействующих на подшипниковые опоры.From the diagrams shown in FIG. 2, it can be seen that the magnitude of the magnetic induction in the working gap of the electric machine changes in accordance with the deviation from the symmetry of its working clearances, which results in a change in the radial components of the forces acting on the bearings.
Устройство обладает высоким рабочим ресурсом и достаточной надежностью работы благодаря практически полной разгрузке подшипниковых узлов, поэтому может найти широкое применение при проектировании турбоэлектрических установок, предназначенных для получения электрической либо механической энергии.The device has a high working resource and sufficient reliability due to the almost complete unloading of the bearing assemblies; therefore, it can be widely used in the design of turboelectric plants designed to produce electrical or mechanical energy.
Источники информацииInformation sources
1. Журнал «Нефтегазовая вертикаль», Москва, март-апрель 2003 г., с.58-60.1. The journal "Oil and gas vertical", Moscow, March-April 2003, S. 58-60.
2. RU 2218649 C1, H02K 15/02, 15/16, 2002 г.2. RU 2218649 C1, H02K 15/02, 15/16, 2002.
3. СН 342893, 1973 г.3.CH 342893, 1973.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148404/09A RU2347310C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Turbo-electric installation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148404/09A RU2347310C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Turbo-electric installation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2347310C1 true RU2347310C1 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007148404/09A RU2347310C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Turbo-electric installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2347310C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757704C1 (en) * | 2018-01-12 | 2021-10-20 | Текнолоджис Занаду Оф Резонатори-Солар-Системд Ко., Лтд. | Rotary system and method for control |
-
2007
- 2007-12-27 RU RU2007148404/09A patent/RU2347310C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ж. «Нефтегазовая вертикаль». - М., март-апрель 2003, с.58-60. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757704C1 (en) * | 2018-01-12 | 2021-10-20 | Текнолоджис Занаду Оф Резонатори-Солар-Системд Ко., Лтд. | Rotary system and method for control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060091741A1 (en) | Turbine generator vibration damper system | |
| KR20100108252A (en) | Tuning frequency of rotating body torsional mode by adding detuner | |
| CN108825440B (en) | Direct-drive wind generating set | |
| EP2199641B1 (en) | Eddy current torsional damper for generator | |
| RU2347310C1 (en) | Turbo-electric installation | |
| Singhal | Electric drive compressor systems: High-speed turbo compressors used in the oil and gas industry | |
| CN205779043U (en) | A kind of big-and-middle-sized Steam Turbine axle shakes measurement apparatus | |
| EP2747255B1 (en) | Rotor for an electric machine | |
| Shek et al. | Reducing bearing wear in induction generators for wave and tidal current energy devices | |
| RU72103U1 (en) | TURBOELECTRIC INSTALLATION | |
| Michon et al. | Effects of unbalanced magnetic pull in large permanent magnet machines | |
| Werner et al. | Rotor dynamic analysis of asynchronous machines including the finite-element-method for engineering low vibration motors | |
| Prasad et al. | Bearing selection for high-speed electrical machine | |
| Eshan et al. | Rotodynamic study of a high speed switched reluctance generator | |
| Zhang et al. | Research on rotor unbalance magnetic pull compensation method based on modular winding d‐axis current injection | |
| Patel et al. | Structural analysis and determination of critical speed of a 10,000 rpm switched reluctance machine rotor | |
| CN202004554U (en) | Fixed structure of open end of cup-shaped rotor of double-stator motor | |
| CN201898410U (en) | Box type vibration motor | |
| Dixon et al. | Electrification of alkylation process with high speed motor drive system in a refinery | |
| Wang et al. | Calculation on electromagnetic characteristics of synchronous condenser under rotor eccentricity | |
| Singhal | Vibration and rotor dynamics of large high-speed motors driving compressors in the oil and gas industry | |
| Durantay et al. | Variable speed direct drive induction motors levitated by active magnetic bearings for oil & gas compression services | |
| RU2382473C1 (en) | Turbo electric station | |
| Singhal et al. | Concept, design and testing of a 12MW 9500 RPM induction motor with oil film bearings for pipeline applications in North America | |
| US11742723B2 (en) | Wedge tightness monitoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171228 |