RU2418957C2 - Turbo-electro-generator - Google Patents

Turbo-electro-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2418957C2
RU2418957C2 RU2009123067/06A RU2009123067A RU2418957C2 RU 2418957 C2 RU2418957 C2 RU 2418957C2 RU 2009123067/06 A RU2009123067/06 A RU 2009123067/06A RU 2009123067 A RU2009123067 A RU 2009123067A RU 2418957 C2 RU2418957 C2 RU 2418957C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
stator
generator
turbine
cavity
Prior art date
Application number
RU2009123067/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009123067A (en
Inventor
Анатолий Владимирович Сударев (RU)
Анатолий Владимирович Сударев
Андрей Андреевич Сурьянинов (RU)
Андрей Андреевич Сурьянинов
Владимир Хаймович Дуберштейн (RU)
Владимир Хаймович Дуберштейн
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко")
Priority to RU2009123067/06A priority Critical patent/RU2418957C2/en
Publication of RU2009123067A publication Critical patent/RU2009123067A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2418957C2 publication Critical patent/RU2418957C2/en

Links

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: rotor consists of metal shaft. Propellers of the compressor and gas turbine with blade units and bearing disks are arranged on this shaft. The stator consists of a stator case, of a turbine nozzle unit and of a compressor outlet diffuser. Bearing-thrust units of the rotor shaft are arranged in the stator of the turbo-compressor. The electro-generator consists of a rotor part with magnet ceramic elements and of a stator part in form of a metallic torus containing current conducting winding. The turbo-compressor also includes a heat regenerator of gases exhausting the turbine. An outlet of the regenerator has an air connection with the inlet of the combustion chamber. The rotor part of the electro-generator is mounted on the shaft of the turbo-compressor between the propellers of the compressor and turbine and consists of segments of a magnetic ceramic casing placed into an internal cavity of at least one toroid casing out of metal alloy. The stator part of the electro-generator with through axial channels is installed in the stator of the turbo-generator. An axial symmetrical distributing cavity is made behind the outlet diffuser of the compressor. The cavity is restricted with the stator case, bearing disk of the compressor propeller and an end of the torus of the stator part of the electro-generator facing the compressor. The outlet from the compressor diffuser and inlet sections of the through axial channels are communicated with this distributing cavity. The outlet sections of through axial channels are communicated with an axial symmetrical collecting cavity restricted with the stator case, bearing disk of the turbine propeller and end of torus of the stator part of the electro-generator facing the turbine. The combustion chamber and the regenerator are encased into a single cavity with inlet and outlet routes. The inlet route is located on the side of the combustion chamber and is communicated with the axial symmetrical distributing cavity, while the outlet route is located in the side of the regenerator and is communicated with the air inlet into the regenerator.
EFFECT: increased reliability and efficiency of turbo-generator.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к генераторам электрической энергии с газотурбинным приводом.The invention relates to power engineering, in particular to generators of electric energy with a gas turbine drive.

Изобретение может быть использовано в турбогенераторах электроэнергии, в том числе, при экстремально малых значениях мощности вырабатываемой электроэнергии, и при экстремально высоких температурах газа перед газовой турбиной.The invention can be used in electric power turbogenerators, including at extremely low power values of generated electricity, and at extremely high gas temperatures in front of a gas turbine.

Известен турбоэлектрогенератор [1], содержащий турбокомпрессор, состоящий из ротора и статора, при этом ротор состоит из металлического вала, на котором установлены рабочие колеса компрессора и газовой турбины с лопаточными аппаратами и несущими дисками, статор состоит из корпуса статора, соплового аппарата турбины и выходного диффузора компрессора, опорно-упорные узлы вала ротора размещены в статоре турбокомпрессора, электрогенератор, включающий в свой состав роторную часть, включающую магнитные керамические элементы, и статорную часть в виде металлического тора, содержащего токопроводящие обмотки, а также камеру сгорания.Known turboelectric generator [1], containing a turbocompressor, consisting of a rotor and a stator, the rotor consists of a metal shaft on which the impellers of the compressor and gas turbine with vanes and bearing disks are installed, the stator consists of a stator housing, a turbine nozzle apparatus and an output the compressor diffuser, the support-stop nodes of the rotor shaft are located in the stator of the turbocompressor, an electric generator, which includes a rotor part, including magnetic ceramic elements, and a stator hour in the form of a metal torus containing conductive windings, as well as a combustion chamber.

Недостатками этого технического решения является то, что:The disadvantages of this technical solution is that:

- необходимо дополнительное автономное устройство для охлаждения электрогенератора, при этом потери в электрогенераторе в виде тепла удаляются из теплового цикла, снижая тем самым КПД турбоэлектрогенератора;- an additional stand-alone device is needed to cool the generator, while losses in the generator in the form of heat are removed from the heat cycle, thereby reducing the efficiency of the turboelectric generator;

- передача тепла из высокотемпературной зоны - втулки газовой турбины через вал к втулке компрессора приводит к подогреву циклового воздуха на всасывании в компрессор, что повышает адиабатную работу сжатия в компрессоре, снижая тем самым КПД теплового цикла турбоэлектрогенератора;- heat transfer from the high-temperature zone - the gas turbine sleeve through the shaft to the compressor sleeve leads to heating of the suction cycle air to the compressor, which increases the adiabatic compression work in the compressor, thereby reducing the thermal cycle efficiency of the turboelectric generator;

- наиболее напряженные элементы газовой турбины - диск и ступица рабочего колеса неохлаждаемые, что приводит к определенным ограничениям по кинематическим характеристикам турбогенератора, что неблагоприятно при оптимизации газодинамических параметров турбогенератора. Традиционные методы охлаждения дисков при радиальном исполнении, или дисков и лопаток при осевом исполнении газовой турбины путем отбора части расхода циклового воздуха из-за компрессора, обдува соответствующих поверхностей и сброса в турбину, минуя камеру сгорания, затратны по критерию КПД теплового цикла турбогенератора;- the most stressed elements of the gas turbine — the disk and the impeller hub are uncooled, which leads to certain restrictions on the kinematic characteristics of the turbogenerator, which is unfavorable when optimizing the gas-dynamic parameters of the turbogenerator. Traditional methods of cooling disks with a radial design, or disks and blades with an axial design of a gas turbine by taking part of the flow rate of cyclic air due to the compressor, blowing the corresponding surfaces and discharging into the turbine bypassing the combustion chamber, are expensive according to the efficiency criterion of the thermal cycle of the turbogenerator;

- низкая экономичность ввиду значительной теплопотери в тепловом цикле с теплом отходящих из турбины газов.- low efficiency due to significant heat loss in the heat cycle with the heat of the exhaust gases from the turbine.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности турбоэлектрогенератора путем устранения указанных недостатков.The purpose of the invention is to increase the reliability and efficiency of a turboelectric generator by eliminating these disadvantages.

Указанная цель достигается тем, что в состав турбокомпрессора включен регенератор тепла отходящих из турбины газов, выход из которого по воздуху сообщен с входом камеры сгорания, роторная часть электрогенератора установлена на валу турбокомпрессора между рабочими колесами компрессора и турбины и состоит из сегментов магнитной керамической оболочки, помещенных во внутреннюю полость, по крайней мере, одной торообразной оболочки из металлического сплава, а в статоре турбогенератора установлена статорная часть электрогенератора, в которой выполнены сквозные осевые каналы, при этом за выходным диффузором компрессора выполнена осесимметричная раздаточная полость, ограниченная корпусом статора, несущим диском рабочего колеса компрессора и торцом тора статорной части электрогенератора, обращенным к компрессору, с которой сообщены выход из диффузора компрессора и входные сечения сквозных осевых каналов, а выходные сечения сквозных осевых каналов сообщены с осесимметричной сборной полостью, ограниченной корпусом статора, несущим диском рабочего колеса турбины и торцом тора статорной части электрогенератора, обращенным к турбине, кроме того, камера сгорания и регенератор заключены в единую полость с входным и выходным трактами, при этом входной тракт расположен со стороны камеры сгорания и сообщен с осесимметричной раздаточной полостью, а выходной тракт расположен со стороны регенератора и сообщен с входом по воздуху в регенератор. На внутренней поверхности тора статорной части электрогенератора выполнены равномерно разнесенные по окружности прямолинейные сквозные осевые пазы. На внутренней поверхности минимального диаметра торообразной оболочки из металлического сплава роторной части электрогенератора выполнены равномерно разнесенные по окружности прямолинейные сквозные осевые пазы. При этом площадь сечений осевых пазов на статоре и роторе, обращенных к компрессору, больше площади сечений осевых пазов, обращенных к турбине. Кроме того, суммарная площадь сечений сквозных осевых каналов и осевых пазов не менее чем в два раза превышает площадь выхода из диффузора компрессора.This goal is achieved by the fact that the turbocompressor includes a heat regenerator of exhaust gases from the turbine, the outlet from which is connected via air to the input of the combustion chamber, the rotor part of the electric generator is installed on the turbocompressor shaft between the impellers of the compressor and the turbine and consists of segments of a magnetic ceramic shell placed in the internal cavity of at least one toroidal shell made of metal alloy, and in the stator of the turbogenerator there is a stator part of the electric generator, in which through axial channels are made, while an axisymmetric dispensing cavity is made behind the compressor output diffuser, bounded by the stator housing, the bearing impeller disk of the compressor, and the torus end of the stator part of the generator facing the compressor, with which the compressor diffuser exit and input sections of the through axial channels are communicated and the output sections of the through axial channels are communicated with an axisymmetric prefabricated cavity bounded by the stator housing, the bearing disk of the turbine impeller and the end torus of the stator part of the generator facing the turbine, in addition, the combustion chamber and the regenerator are enclosed in a single cavity with the inlet and outlet ducts, while the inlet duct is located on the side of the combustion chamber and communicated with the axisymmetric dispensing cavity, and the outlet duct is located on the side of the regenerator and communicated with air inlet to the regenerator. On the inner surface of the torus of the stator part of the electric generator, straight through axial grooves are uniformly spaced around the circumference. On the inner surface of the minimum diameter of the toroidal shell of a metal alloy of the rotor part of the electric generator, straight-through straight axial grooves are uniformly spaced around the circumference. The cross-sectional area of the axial grooves on the stator and rotor facing the compressor is larger than the cross-sectional area of the axial grooves facing the turbine. In addition, the total cross-sectional area of the through axial channels and axial grooves is not less than twice the exit area from the compressor diffuser.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип изобретения, является турбоэлектрогенератор по [1].The closest technical solution adopted for the prototype of the invention is a turboelectric generator according to [1].

На чертеже представлен турбоэлектрогенератор.The drawing shows a turboelectric generator.

Ротор турбоэлектрогенератора содержит рабочее колесо 1 компрессора, включающее лопаточный аппарат 2 рабочего колеса 1 компрессора и несущий диск 3 рабочего колеса 1 компрессора, рабочее колесо 4 турбины, включающее лопаточный аппарат 5 рабочего колеса 4 турбины и несущий диск 6 рабочего колеса 4 турбины, металлический вал ротора 7, на котором установлена роторная часть 8 электрогенератора, выполненная в виде цилиндрической магнитной керамической секции 9, состоящей из цилиндрических сегментов 10, заключенной в цилиндрическую оболочку 11 из металлического сплава. Статор турбоэлектрогенератора содержит корпус статора 25, сопловой аппарат 12 турбины, выходной диффузор компрессора 13, статор электрогенератора 14, а также опорно-упорные узлы 15 ротора. На валу 7 между опорно-упорными узлами 15 и несущими дисками 3 и 6 выполнена резьба, на которой установлены фиксирующие гайки 16. Выход из диффузора компрессора 13 сообщен с входом в осесимметричную раздаточную полость 18, выход из которой сообщен посредством сквозных осевых каналов 17 в статорной части электрогенератора, а также равномерно разнесенных по окружности прямолинейных осевых пазов 23, выполненных на внутренней поверхности тора статорной части 24 и на внутренней поверхности минимального диаметра торообразной оболочки из металлического сплава роторной части, с осесимметричной сборной полостью 19. В состав турбоэлектрогенератора входит также регенератор 22 тепла отходящих из турбины газов. Кроме того, камера сгорания и регенератор заключены в единую полость 25 с входным и выходным трактами, при этом входной тракт 26 расположен со стороны камеры сгорания 21 и сообщен с осесимметричной раздаточной полостью патрубком 20, а выходной тракт 27 расположен со стороны регенератора 22 и сообщен с входом по воздуху в регенератор 22, выход из которого по воздуху сообщен с входом камеры сгорания 21, а вход в который по воздуху сообщен патрубком 20 с осесимметричной сборной полостью 19, вход по газу в регенератор 22 сообщен с выходом из лопаточного аппарата 5 рабочего колеса 4 турбины, выход по газу из регенератора 22 сообщен с атмосферой.The rotor of a turboelectric generator comprises a compressor impeller 1, including a blade apparatus 2 of a compressor impeller 1 and a bearing disk 3 of a compressor impeller, a turbine impeller 4, including a blade apparatus 5 of a turbine impeller 4 and a bearing disc 6 of a turbine impeller 4, a metal rotor shaft 7, on which the rotor part 8 of the electric generator is mounted, made in the form of a cylindrical magnetic ceramic section 9, consisting of cylindrical segments 10, enclosed in a cylindrical shell 11 of metal allic alloy. The stator of the turboelectric generator comprises a stator housing 25, a nozzle apparatus 12 of the turbine, an output diffuser of the compressor 13, a stator of the electric generator 14, as well as supporting-stop assemblies 15 of the rotor. A thread is made on the shaft 7 between the support-stop assemblies 15 and the bearing disks 3 and 6, on which the fixing nuts 16 are installed. The output from the compressor diffuser 13 is connected with the entrance to the axisymmetric transfer cavity 18, the output of which is communicated through the axial channels 17 through the stator parts of the generator, as well as rectilinear axial grooves 23 uniformly spaced around the circumference, made on the inner surface of the torus of the stator part 24 and on the inner surface of the minimum diameter of the toroidal shell made of metal alloy rotary part with the axisymmetric cavity 19. The modular structure also includes turboelektrogeneratora regenerator 22 the heat from the turbine exhaust gases. In addition, the combustion chamber and the regenerator are enclosed in a single cavity 25 with the input and output paths, while the input path 26 is located on the side of the combustion chamber 21 and is in communication with the axisymmetric dispensing cavity by the pipe 20, and the output path 27 is located on the side of the regenerator 22 and is in communication with the air inlet to the regenerator 22, the air outlet of which is communicated with the input of the combustion chamber 21, and the air inlet of which is communicated by a pipe 20 with an axisymmetric collection cavity 19, the gas inlet to the regenerator 22 is communicated with the exit of the scapular ap 5 arat turbine impeller 4, the output gas from the regenerator 22 communicates with the atmosphere.

Турбоэлектрогенератор работает следующим образом.Turboelectric generator operates as follows.

На вход соплового аппарата 12 турбины из камеры сгорания 21 подается рабочее тело, например, продукты сгорания углеводородного топлива - с давлением, превышающим атмосферное. Из соплового аппарата 12 рабочее тело поступает на вход лопаточного аппарата рабочего колеса 5 турбины, приводя его во вращение, и поступает через выходные каналы лопаточного аппарата 5 рабочего колеса 4 турбины, приводя его во вращение, и поступает через выходные каналы лопаточного аппарата 5 рабочего колеса 4 турбины на вход по газу в регенератор 22. В рабочее колесо 1 компрессора через его вход его лопаточного аппарата 2 всасывается атмосферный воздух и с повышенным давлением из выходного диффузора 13 поступает в осесимметричную раздаточную полость 18, из которой по каналам 17, 23 и 24 поступает в осесимметричную сборную полость 19 и далее из нее через патрубок 20 и через входной тракт 26 единой полости 25 в единую полость 25, в которой размещены камера сгорания 21 и регенератор 22, омывает наружные поверхности камеры сгорания 21 и регенератора 22, отбирая протечки тепла через наружные поверхности обоих агрегатов, и через выходной тракт 27 единой полости 25 подается на вход по воздуху в регенератор 22, в котором подогревается выхлопными газами, поступающими на вход в регенератор 22 по газу. Подогретый параллельно в статоре 14 электрогенератора и теплопередачей из ротора 7 и 8 турбоэлектрогенератора, а также последовательно теплопередачей от несущего диска 6 рабочего колеса 4 турбины и теплосъемом от наружных поверхностей камеры сгорания 21, регенератора 22, и в регенераторе 22 воздух поступает на вход камеры сгорания 21, из которой подается на вход соплового аппарата 12, из которого поступает в лопаточный аппарат 5 рабочего колеса 4 турбины, приводя его во вращение, и поступает через выходные каналы лопаточного аппарата 5 рабочего колеса 4 турбины на вход по газу в регенератор 22. Вращающий момент через вал 7 передается на рабочее колесо 1 компрессора и приводит его во вращение. Разность мощностей турбины и компрессора снимается с клемм электрогенератора.At the entrance of the nozzle apparatus 12 of the turbine from the combustion chamber 21, a working fluid is supplied, for example, products of the combustion of hydrocarbon fuel with a pressure exceeding atmospheric. From the nozzle apparatus 12, the working fluid enters the input of the blade apparatus of the impeller 5 of the turbine, bringing it into rotation, and enters through the output channels of the blade apparatus 5 of the impeller 4 of the turbine, bringing it into rotation, and enters through the output channels of the blade apparatus 5 of the impeller 4 turbines to the gas inlet to the regenerator 22. Into the impeller 1 of the compressor through its inlet of its vanes 2, atmospheric air is drawn in and with increased pressure from the outlet diffuser 13 enters the axisymmetric transfer case cavity 18, from which through channels 17, 23 and 24 enters the axisymmetric prefabricated cavity 19 and further from it through the pipe 20 and through the inlet duct 26 of the single cavity 25 into the single cavity 25, in which the combustion chamber 21 and the regenerator 22 are placed, washes the outer the surface of the combustion chamber 21 and the regenerator 22, taking leakage of heat through the outer surfaces of both units, and through the output path 27 of a single cavity 25 is supplied to the air inlet to the regenerator 22, in which it is heated by exhaust gases entering the regenerator 22 through the gas. Heated in parallel in the stator 14 of the electric generator and heat transfer from the rotor 7 and 8 of the turboelectric generator, as well as sequentially heat transfer from the carrier disk 6 of the turbine impeller 4 and heat removal from the outer surfaces of the combustion chamber 21, regenerator 22, and air in the regenerator 22 enters the input of the combustion chamber 21 , from which it is fed to the input of the nozzle apparatus 12, from which it enters the turbine impeller 5 of the impeller 4, bringing it into rotation, and enters through the output channels of the blade apparatus 5 of the working timber 4 at the turbine inlet gas to the regenerator 22. The torque transmitted through the shaft 7 for the impeller of the compressor 1 and causes it to rotate. The difference in power of the turbine and compressor is removed from the terminals of the generator.

Прокачка циклового воздуха из-за компрессора через осесимметричную раздаточную полость 18 по каналам 17 и 23 обеспечивает примерно осесимметричный съем теплопотерь из статора и частично ротора электрогенератора, неизбежных при вырабатывании электроэнергии, без использования в агрегате автономных устройств, предназначенных для обеспечения циркуляции охлаждающей среды - нагнетателя, насоса, приводит к повышению надежности турбоэлектрогенератора. Осесимметричность системы гарантирует отсутствие асимметричных деформаций статорных и роторных составляющих конструкции, что приводит к повышению надежности турбоэлектрогенератора. Тепловая энергия теплопотерь в электрогенераторе остается в рабочей среде - сжатом воздухе, исключая в основном внешние потери тепловой энергии.Pumping of cyclic air due to the compressor through the axisymmetric dispensing cavity 18 through channels 17 and 23 provides approximately axisymmetric removal of heat loss from the stator and partially the rotor of the electric generator, which are inevitable when generating electricity, without the use of autonomous devices in the unit designed to circulate the cooling medium - the supercharger, pump, increases the reliability of the turboelectric generator. The axisymmetry of the system ensures the absence of asymmetric deformations of the stator and rotor components of the structure, which leads to increased reliability of the turboelectric generator. Thermal energy of heat losses in the generator remains in the working medium - compressed air, excluding mainly external losses of thermal energy.

Подача части расхода сжатого воздуха из-за компрессора из раздаточной полости 18 через осевые каналы 24 на внутреннем диаметре металлической рубашки постоянного магнита ротора электрогенератора инициирует отбор тепла из массы материала вала 7, снижая тем самым переток тепла по валу 7 от втулки рабочего колеса 4 турбины к втулке рабочего колеса 1 компрессора, уменьшая подогрев циклового воздуха теплообменом от втулки рабочего колеса 1 компрессора к всасываемому в компрессор атмосферному воздуху, что снижает адиабатную работу сжатия в компрессоре, повышая экономичность турбогенератора. Снимаемое тепло остается в рабочей среде - сжатом воздухе, исключая в основном внешние потери тепловой энергии.The supply of a part of the compressed air flow from the compressor from the dispensing cavity 18 through the axial channels 24 on the inner diameter of the metal jacket of the permanent magnet of the rotor of the generator generates heat from the mass of the material of the shaft 7, thereby reducing heat transfer along the shaft 7 from the impeller sleeve 4 of the turbine to the compressor impeller 1 sleeve, reducing the heating of cyclic air by heat exchange from the compressor impeller 1 sleeve to the atmospheric air drawn into the compressor, which reduces the adiabatic compression work in the compressor Essore, increasing the efficiency of the turbogenerator. The heat removed remains in the working medium - compressed air, excluding mainly external losses of thermal energy.

Подача циклового воздуха из-за компрессора через осесимметричную сборную полость 18 по каналам 17 и 23 к несущему диску 6 рабочего колеса 4 турбины обеспечивает осесимметричное его охлаждение, тем самым, выполняя роль воздушного охлаждения, частично в наиболее эффективном импактом варианте, без сброса охлаждающего воздуха в турбину, минуя подогрев в камере сгорания, что повышает экономичность турбогенератора. Снимаемое тепло остается в рабочей среде - сжатом воздухе, исключая в основном внешние потери тепловой энергии.The supply of cyclic air due to the compressor through the axisymmetric collecting cavity 18 through channels 17 and 23 to the carrier disk 6 of the turbine impeller 4 provides its axisymmetric cooling, thereby performing the role of air cooling, partially in the most efficient impact variant, without venting cooling air into a turbine, bypassing the heating in the combustion chamber, which increases the efficiency of the turbogenerator. The heat removed remains in the working medium - compressed air, excluding mainly external losses of thermal energy.

Исполнение сечений осевых пазов 23 и 24 на статоре и роторе, с площадью сечений, обращенных к компрессору, больших площади сечений осевых пазов, обращенных к турбине, обеспечивает конфузорное течение в пазах, что снижает гидравлическое сопротивление в них, и, как следствие, увеличение расхода, а также распределение скоростей течения, в пазах прогрессивно нарастающих от входа к выходу. Это благоприятно для интенсификации теплосъема в наиболее горячей зоне узла ротора вал 7 - ступица диска 6 рабочего колеса турбины - ротор электрогенератора 8, что благоприятно с точки зрения оптимизации конструкции с керамическими магнитными элементами ротора по критерию обеспечения работоспособности по запасу от критической точки Кюри.The execution of the cross sections of the axial grooves 23 and 24 on the stator and rotor, with the cross-sectional area facing the compressor, large cross-sectional areas of the axial grooves facing the turbine, provides confusional flow in the grooves, which reduces the hydraulic resistance in them, and, as a result, an increase in flow , as well as the distribution of flow velocities, in grooves progressively increasing from entrance to exit. This is favorable for the intensification of heat removal in the hottest area of the rotor assembly, shaft 7 - hub of the turbine impeller disk 6 - electric generator rotor 8, which is favorable from the point of view of optimizing the design with ceramic magnetic rotor elements according to the criterion of ensuring operability by margin from the Curie critical point.

При рациональном подходе к соотношению проходных площадей на выходе из диффузора 13 компрессора (f1) и любого суммарного эквивалентного сечения (f2) тракта охлаждения 17, 23, 24 элементов турбоэлектрогенератора, достаточно f2/f1>2, для того чтобы влияние на положение рабочей точки на характеристике компрессора было минимально, т.к. дополнительное сопротивление за компрессором пропорционально квадрату среднемассовой скорости по элементам тракта охлаждения.With a rational approach to the ratio of the passage areas at the outlet of the compressor diffuser 13 (f1) and any total equivalent section (f2) of the cooling duct 17, 23, 24 elements of the turboelectric generator, f2 / f1> 2 is enough to influence the position of the operating point on compressor performance was minimal, as the additional resistance behind the compressor is proportional to the square of the mass average velocity along the elements of the cooling path.

Подогрев циклового воздуха перед входом в регенератор 22 путем съема теплопотерь в статоре 14 электрогенератора, роторе 7 и 8 турбоэлектрогенератора, наружных поверхностей камеры сгорания 21 и регенератора 22 позволяет повысить КПД турбоэлектрогенератора за счет практического исключения сброса тепла из теплового цикла в окружающую среду, а также оптимизировать характеристики регенератора, как с точки зрения его эффективности, так и массогабаритных характеристик.Heated cyclic air before entering the regenerator 22 by removing heat loss in the stator 14 of the generator, the rotor 7 and 8 of the turboelectric generator, the outer surfaces of the combustion chamber 21 and the regenerator 22 allows to increase the efficiency of the turboelectric generator due to the practical elimination of heat loss from the heat cycle into the environment, as well as optimize characteristics of the regenerator, both from the point of view of its efficiency and mass and size characteristics.

Источники информацииInformation sources

1. Turbo Genset on trial, Modern Power Systems, July 2000, p.45.1. Turbo Genset on trial, Modern Power Systems, July 2000, p. 45.

Claims (5)

1. Турбоэлектрогенератор, содержащий турбокомпрессор, состоящий из ротора и статора, при этом ротор состоит из металлического вала, на котором установлены рабочие колеса компрессора и газовой турбины с лопаточными аппаратами и несущими дисками, статор состоит из корпуса статора, соплового аппарата турбины и выходного диффузора компрессора, опорно-упорные узлы вала ротора размещены в статоре турбокомпрессора, электрогенератор, включающий в свой состав роторную часть, включающую магнитные керамические элементы, и статорную часть в виде металлического тора, содержащего токопроводящие обмотки, а также камеру сгорания, отличающийся тем, что в состав турбокомпрессора включен регенератор тепла отходящих из турбины газов, выход из которого по воздуху сообщен с входом камеры сгорания, роторная часть электрогенератора установлена на валу турбокомпрессора между рабочими колесами компрессора и турбины и состоит из сегментов магнитной керамической оболочки, помещенных во внутреннюю полость, по крайней мере, одной торообразной оболочки из металлического сплава, а в статоре турбогенератора установлена статорная часть электрогенератора, в которой выполнены сквозные осевые каналы, при этом за выходным диффузором компрессора выполнена осесимметричная раздаточная полость, ограниченная корпусом статора, несущим диском рабочего колеса компрессора и торцом тора статорной части электрогенератора, обращенным к компрессору, с которой сообщены выход из диффузора компрессора и входные сечения сквозных осевых каналов, а выходные сечения сквозных осевых каналов сообщены с осесимметричной сборной полостью, ограниченной корпусом статора, несущим диском рабочего колеса турбины и торцом тора статорной части электрогенератора, обращенным к турбине, кроме того, камера сгорания и регенератор заключены в единую полость с входным и выходным трактами, при этом входной тракт расположен со стороны камеры сгорания и сообщен с осесимметричной раздаточной полостью, а выходной тракт расположен со стороны регенератора и сообщен с входом по воздуху в регенератор.1. A turboelectric generator containing a turbocompressor, consisting of a rotor and a stator, the rotor consisting of a metal shaft on which the impellers of the compressor and the gas turbine are installed with vanes and bearing disks, the stator consists of a stator housing, a nozzle apparatus of the turbine and an outlet diffuser of the compressor , supporting-thrust nodes of the rotor shaft are located in the stator of the turbocompressor, an electric generator, which includes a rotor part, including magnetic ceramic elements, and a stator part in the form a metal torus containing conductive windings, as well as a combustion chamber, characterized in that the turbocompressor includes a heat regenerator of exhaust gases from the turbine, the output of which is connected via air to the inlet of the combustion chamber, the rotor part of the generator is mounted on the shaft of the turbocompressor between the impellers of the compressor and turbine and consists of segments of a magnetic ceramic shell placed in the internal cavity of at least one toroidal shell of a metal alloy, and in the stator a stator part of the generator is installed in the generator, in which through axial channels are made, while an axisymmetric dispensing cavity is made behind the compressor output diffuser, bounded by the stator housing, the compressor drive wheel and the torus end of the stator part of the generator facing the compressor, with which the diffuser exit is communicated compressor and input sections of the through axial channels, and the output sections of the through axial channels are connected with an axisymmetric prefabricated cavity, limited the stator housing, the bearing disk of the impeller of the turbine and the end face of the torus of the stator part of the electric generator facing the turbine, in addition, the combustion chamber and regenerator are enclosed in a single cavity with inlet and outlet ducts, while the inlet duct is located on the side of the combustion chamber and is in communication with axisymmetric a dispensing cavity, and the output path is located on the side of the regenerator and is in communication with the air inlet of the regenerator. 2. Турбоэлектрогенератор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности тора статорной части электрогенератора выполнены равномерно разнесенные по окружности прямолинейные сквозные осевые пазы, входные сечения которых обращены в сторону компрессора и сообщены с осесимметричной раздаточной полостью, а выходные сечения сквозных осевых каналов сообщены с осесимметричной сборной полостью.2. The turboelectric generator according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the torus of the stator part of the electric generator there are made straight through axial grooves uniformly spaced around the circumference, the input sections of which are directed towards the compressor and communicated with the axisymmetric transfer cavity, and the output sections of the through axial channels are communicated with axisymmetric prefabricated cavity. 3. Турбоэлектрогенератор по п.1, отличающийся тем, что на поверхности минимального диаметра торообразной оболочки из металлического сплава роторной части электрогенератора выполнены равномерно разнесенные по окружности прямолинейные сквозные осевые пазы, входные сечения которых обращены в сторону компрессора и сообщены с осесимметричной раздаточной полостью, а выходные сечения сквозных осевых каналов сообщены с осесимметричной сборной полостью.3. The turboelectric generator according to claim 1, characterized in that on the surface of the minimum diameter of the toroidal shell made of a metal alloy of the rotor part of the electric generator, straight through axial grooves are uniformly spaced around the circumference, the input sections of which are facing the compressor and communicated with the axisymmetric dispensing cavity, and the weekend sections of the through axial channels are communicated with an axisymmetric prefabricated cavity. 4. Турбоэлектрогенератор по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что площадь сечений осевых пазов, обращенных к компрессору, больше площади сечений осевых пазов, обращенных к турбине.4. A turboelectric generator according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the cross-sectional area of the axial grooves facing the compressor is larger than the cross-sectional area of the axial grooves facing the turbine. 5. Турбоэлектрогенератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что суммарная площадь сечений сквозных осевых каналов и осевых пазов не менее чем в два раза превышает площадь выхода из диффузора компрессора. 5. A turboelectric generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the total cross-sectional area of the through axial channels and axial grooves is not less than two times the exit area from the compressor diffuser.
RU2009123067/06A 2009-06-16 2009-06-16 Turbo-electro-generator RU2418957C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123067/06A RU2418957C2 (en) 2009-06-16 2009-06-16 Turbo-electro-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123067/06A RU2418957C2 (en) 2009-06-16 2009-06-16 Turbo-electro-generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009123067A RU2009123067A (en) 2010-12-27
RU2418957C2 true RU2418957C2 (en) 2011-05-20

Family

ID=44055263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009123067/06A RU2418957C2 (en) 2009-06-16 2009-06-16 Turbo-electro-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2418957C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009123067A (en) 2010-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1033484B1 (en) Gas turbine cooling system
US6430917B1 (en) Single rotor turbine engine
US6807802B2 (en) Single rotor turbine
JP2017101671A (en) Intercooling system and method for gas turbine engine
EP2971737B1 (en) Intercooled gas turbine with closed combined power cycle
JPH09317494A (en) Power plant and gas turbine device
RU2631847C2 (en) Turbojet engine comprising thermoelectric generators
CN108258849B (en) Liquid-spraying-cooled totally-enclosed high-speed permanent magnet motor
JP2011509375A (en) Supercharger device for piston engine
US7044718B1 (en) Radial-radial single rotor turbine
CN102052106A (en) Turbine rotor blade tip and shroud clearance control
EP1013895A2 (en) Cooling system for a bearing of a turbine rotor
CN110148767B (en) Two-stage hydrogen fuel cell stack gas supply device driven by motor
CN104948300B (en) Gas turbine
CN102983678A (en) Electric generator cooling wind path structure
RU2418957C2 (en) Turbo-electro-generator
CN201682367U (en) Cooling device for windmill generator
US9810151B2 (en) Turbine last stage rotor blade with forced driven cooling air
US20210340878A1 (en) Turbo-generator with integral cooling
CN113294359B (en) High-performance single-side double-impeller magnetic levitation high-speed direct-drive turbine compressor and working mechanism
RU2253737C2 (en) Multistage axial and radial ingugstrom turbomachine without output shaft
CN113107679A (en) Transition section part for composite tangential air inlet of small gas turbine
RU2321756C1 (en) Turbine generator
CN103075354A (en) High-efficient water-cooling axial flow compressor
RU2358120C1 (en) Turbopropeller gas-turbine engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120617