RU2577678C1 - High-speed turbine generator with low-power steam drive - Google Patents

High-speed turbine generator with low-power steam drive Download PDF

Info

Publication number
RU2577678C1
RU2577678C1 RU2014148753/06A RU2014148753A RU2577678C1 RU 2577678 C1 RU2577678 C1 RU 2577678C1 RU 2014148753/06 A RU2014148753/06 A RU 2014148753/06A RU 2014148753 A RU2014148753 A RU 2014148753A RU 2577678 C1 RU2577678 C1 RU 2577678C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
generator
bearing
electric generator
housing
Prior art date
Application number
RU2014148753/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Паршуков
Николай Николаевич Ефимов
Иван Максимович Кихтёв
Валерий Матвеевич Горбачев
Борис Николаевич Васильев
Вадим Валерьевич Копица
Владимир Владимирович Папин
Роман Владимирович Безуглов
Ирина Владимировна Русакевич
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
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 Научно-производственное предприятие "Донские технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority to RU2014148753/06A priority Critical patent/RU2577678C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2577678C1 publication Critical patent/RU2577678C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in independent power electric power plants (up to 100 kW). High-speed turbine-generator equipped with low-power steam drive consists of flow part comprising turbine impeller with blades, vanes of turbine, electric generator. Turbine generator contains double turbine bearing installed rigidly and electric generator bearing installed flexibly. Turbine generator contains combined cooling system, consisting of stator liquid cooling jacket made in form of spiral channels, and air cooling system of stator and rotor of electric generator.
EFFECT: reduced friction in bearings of shaft of turbine generator at initial stage of starting, bi-lateral fixing of shaft axial displacement, improving cooling efficiency, increased reliability of operation of bearings, higher efficiency of turbine generator and reliability of electric generator.
4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в автономных энергетических установках малой электрической мощности (до 100 кВт).The invention relates to the field of power engineering and can be used in stand-alone power plants of low electrical power (up to 100 kW).

Известна, например, паровая турбина компании «Турбопар» (http://www.turbopar.ru) малой мощности (100-250 кВт), предназначенная для утилизации избыточной энергии пара от парового котла и состоящая из корпуса, стопорного клапана, электрогенератора, ротор которого расположен на одном валу с рабочим колесом турбины.Known, for example, a steam turbine company "Turbopar" (http://www.turbopar.ru) low power (100-250 kW), designed to utilize excess steam energy from a steam boiler and consisting of a housing, a stop valve, an electric generator, a rotor which is located on the same shaft with the impeller of the turbine.

Недостатком этого турбогенератора являются большая масса и габариты, которые обусловлены сравнительно малым числом оборотов ротора электрогенератора - 3000 об/мин.The disadvantage of this turbogenerator is the large mass and dimensions, which are due to the relatively small number of revolutions of the rotor of the generator - 3000 rpm

Известен турбогенератор малой мощности (100 кВт) Elliott ТА-100 (http://stc-mtt.ru/publication). Это высокооборотный одновальный агрегат с частотой вращения ротора 68000 об/мин. Конструктивно он выполнен в едином корпусе, в котором установлен электрогенератор, ротор которого с четырьмя постоянными магнитами напрессован на вал. Наряду с прямым назначением - производством электроэнергии электрогенератор используется также в качестве стартера на начальном этапе запуска. Вал с колесами центробежного компрессора и центростремительной турбины, закрепленными при помощи сварки трением, установлен в статоре электрогенератора на двух опорах. Первой опорой является радиально-упорный подшипник качения с керамическими шариками, второй - гидродинамический подшипник скольжения. Для принудительного охлаждения статора, а также для охлаждения и смазки обоих подшипников турбогенератор оснащен специальной системой смазки. Турбогенератор имеет камеру сгорания, продукты сгорания которой являются рабочим телом турбины.Known low-power turbogenerator (100 kW) Elliott TA-100 (http://stc-mtt.ru/publication). This is a high-speed single-shaft unit with a rotor speed of 68,000 rpm. Structurally, it is made in a single housing in which an electric generator is installed, the rotor of which with four permanent magnets is pressed onto the shaft. Along with its direct purpose - the production of electricity, an electric generator is also used as a starter at the initial stage of launch. A shaft with wheels of a centrifugal compressor and a centripetal turbine, fixed by friction welding, is installed in the stator of the electric generator on two supports. The first support is an angular contact rolling bearing with ceramic balls, the second is a hydrodynamic plain bearing. For forced cooling of the stator, as well as for cooling and lubricating both bearings, the turbogenerator is equipped with a special lubrication system. The turbogenerator has a combustion chamber, the combustion products of which are the working fluid of the turbine.

Недостатком известного турбогенератора является:A disadvantage of the known turbogenerator is:

- сложность конструкции;- design complexity;

- большой момент сопротивления вращению вала в момент его страгивания с неподвижного состояния, создаваемый гидродинамическими подшипниками скольжения, стальные лепестки которых, прижатые к поверхности вала, скользят по его опорной в режиме сухого трения (без смазки), что требует перевода электрогенератора в начальный момент запуска в стартерный режим и усложнения программы запуска турбогенератора;- a large moment of resistance to rotation of the shaft at the moment of its moving away from a stationary state, created by hydrodynamic sliding bearings, the steel petals of which are pressed to the surface of the shaft, slide along its support in the dry friction mode (without lubrication), which requires the transfer of the generator at the initial start-up moment to starter mode and complications of the turbogenerator start-up program;

- камера сгорания, работающая на газовом топливе, является потенциально взрывоопасной;- a gas-fired combustion chamber is potentially explosive;

- однорядный керамический шариковый подшипник воспринимает радиальную и двухсторонние осевые нагрузки, что снижает его надежность;- single-row ceramic ball bearing perceives radial and bilateral axial loads, which reduces its reliability;

- масляная система охлаждения элементов турбогенератора сама оснащена воздушной системой охлаждения ее масляного радиатора, а при наличии высокотемпературной камеры сгорания является к тому же и пожароопасной.- the oil cooling system of the elements of the turbogenerator itself is equipped with an air cooling system for its oil radiator, and in the presence of a high-temperature combustion chamber it is also fire hazardous.

Прототипом изобретения является турбогенератор центростремительной влажно-паровой турбины (патент РФ №134239), имеющий вертикальное исполнение и состоящий из корпуса (основной корпус турбины и корпус электрогенератора), установленного в нем статора и ротора на газодинамических подшипниках скольжения, проточной части, состоящей из соплового аппарата и из рабочих лопаток (лопаток), расположенных на рабочем колесе турбины, закрепленном на консольном участке вала, а также конденсатора, герметично соединенных в единую конструкцию.The prototype of the invention is a turbine generator of a centripetal wet-steam turbine (RF patent No. 134239), having a vertical design and consisting of a housing (main turbine housing and an electric generator housing), a stator and a rotor mounted therein on gas-dynamic sliding bearings, a flow part, consisting of a nozzle apparatus and from working blades (blades) located on the impeller of the turbine mounted on the cantilever section of the shaft, as well as the condenser, hermetically connected in a single design.

Недостатками турбогенератора центростремительной влажно-паровой турбины являются:The disadvantages of the turbine generator of a centripetal wet-steam turbine are:

- большой момент сопротивления вращению вала, создаваемый силами трения, возникающими при прижатии упругих лепестков двух радиальных газодинамических подшипников скольжения к шейкам вала и к двум торцевым поверхностям пяты упорного подшипника в момент страгивания вала с неподвижного состояния при запуске, вызывает необходимость применения стартерного запуска турбогенератора;- a large moment of resistance to rotation of the shaft created by the frictional forces arising when the elastic lobes of two radial gas-dynamic sliding bearings are pressed against the neck of the shaft and to the two end surfaces of the thrust bearing heel at the time of moving the shaft from a stationary state at start-up, necessitates the use of a turbogenerator starter start;

- лепестки газодинамических подшипников скольжения на начальном этапе запуска (до 10000 об/мин) подвержены интенсивному трению, что приводит к снижению надежности их работы при многократных запусках турбогенератора;- the petals of gas-dynamic bearings at the initial stage of launch (up to 10,000 rpm) are subject to intense friction, which leads to a decrease in the reliability of their operation during repeated starts of the turbogenerator;

- недостаточная эффективность жидкостного охлаждения электрогенератора с прямолинейными каналами в его корпусе и отсутствие воздушной системы охлаждения.- insufficient efficiency of liquid cooling of the generator with straight channels in its housing and the absence of an air cooling system.

Задачей изобретения является создание надежного высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности для выработки электрической энергии мощностью до 100 кВт, не нуждающимся в стартерном запуске.The objective of the invention is to provide a reliable high-speed turbogenerator with a steam drive of low power to generate electrical energy up to 100 kW, not requiring a starter start.

Техническим результатом предлагаемого высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности является:The technical result of the proposed high-speed turbogenerator with a steam drive of low power is:

- снижение сил трения в подшипниках вала турбогенератора на начальном этапе запуска в результате замены трех газодинамических подшипников скольжения на два керамических подшипника качения: спаренный подшипник турбины, состоящий из двух радиально-упорных закрытых с пластичной смазкой керамических шариковых радиально-упорных подшипников и радиальный закрытый с пластичной смазкой керамический шариковый подшипник электрогенератора, что уменьшает момент сопротивления сил трения вращению вала турбогенератора и создает условия для его безстартерного запуска;- reduction of friction forces in the bearings of the shaft of the turbogenerator at the initial stage of the launch as a result of replacing three gas-dynamic sliding bearings with two ceramic rolling bearings: a twin turbine bearing, consisting of two angular contact closed ball bearings with grease and a radial ball bearing with ball bearings lubricated ceramic ball bearing of the generator, which reduces the moment of resistance of the friction forces to the rotation of the shaft of the turbogenerator and creates the conditions for it ezstarternogo run;

- фиксация в обе стороны осевого смещения вала турбогенератора за счет обеспечения неподвижного положения подшипника турбины в корпусе, а вала турбогенератора относительно подшипника, благодаря чему сохраняются постоянными минимальные лабиринтные зазоры между тыльной стороной рабочего колеса турбины и корпусами турбины и подшипника турбины, что в свою очередь минимизирует утечки пара мимо лопаток рабочего колеса турбины;- fixing on both sides of the axial displacement of the shaft of the turbogenerator by ensuring a fixed position of the turbine bearing in the housing, and the shaft of the turbogenerator relative to the bearing, due to which the minimum labyrinth clearances between the back side of the turbine impeller and the turbine and turbine bearings are kept constant, which in turn minimizes steam leakage past the turbine impeller blades;

- повышение эффективности охлаждения электрогенератора за счет применения комбинированной - жидкостной и воздушной системы охлаждения;- increasing the cooling efficiency of the electric generator through the use of a combined - liquid and air cooling system;

- повышение надежности работы подшипников турбогенератора за счет разгрузки от перепада давлений подшипника турбины и подвижности подшипника электрогенератора в корпусе;- improving the reliability of the bearings of the turbogenerator due to unloading from the differential pressure of the turbine bearing and the mobility of the bearing of the generator in the housing;

- повышение КПД турбогенератора и надежности электрогенератора вследствие, соответственно, исключения утечек пара мимо лопаток рабочего колеса турбины и в область токонесущих элементов электрогенератора.- increasing the efficiency of the turbogenerator and the reliability of the generator due to, accordingly, eliminating steam leaks past the blades of the turbine impeller and into the region of the current-carrying elements of the generator.

Технический результат изобретения достигается с помощью:The technical result of the invention is achieved by:

- высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, состоящим из проточной части, включающей рабочее колесо турбины с установленными на нем лопатками, соплового аппарата турбины, электрогенератора, спаренного подшипника турбины, установленного в корпусе неподвижно, и подшипника электрогенератора, установленного в корпусе подвижно, кроме этого содержит комбинированную систему охлаждения;- a high-speed turbo-generator with a low-power steam drive, consisting of a flow part, including a turbine impeller with blades mounted on it, a turbine nozzle apparatus, an electric generator, a twin turbine bearing installed in the housing motionless, and an electric generator bearing mounted in the housing movably, in addition contains a combined cooling system;

- высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, включающего комбинированную систему охлаждения электрогенератора, состоящую из рубашки жидкостного охлаждения статора, выполненной в виде спиральных каналов, и воздушной системы охлаждения статора и ротора электрогенератора, включающей центробежную вентиляционную крыльчатку;- a high-speed turbo generator with a low-power steam drive, including a combined electric generator cooling system, consisting of a stator liquid cooling jacket made in the form of spiral channels, and an air stator cooling system and an electric generator rotor, including a centrifugal ventilation impeller;

- высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, содержащего вакуумную камеру, соединенную через кольцевую щель, образованную поверхностями корпусов подшипника турбины и промежуточным корпусом турбины и соединенную с одной стороны через кольцевые лабиринтные уплотнения между поверхностями втулки вала и корпусом подшипника турбины и тыльной стороны рабочего колеса турбины с кольцевой камерой под подшипником турбины, а с другой стороны соединенную через лабиринтные уплотнения между тыльной стороной рабочего колеса турбины и промежуточным корпусом турбины с кольцевым зазором между наружным диаметром рабочего колеса турбины и сопловым аппаратом турбины.- a high-speed turbine generator with a low-power steam drive, containing a vacuum chamber connected through an annular gap formed by the surfaces of the turbine bearing housings and the intermediate turbine housing and connected on one side through annular labyrinth seals between the surfaces of the shaft sleeve and the turbine bearing housing and the back of the turbine impeller with an annular chamber under the turbine bearing, and on the other hand connected through labyrinth seals between the back of the working ring the turbine and the intermediate turbine casing with an annular gap between the outer diameter of the turbine impeller and the turbine nozzle apparatus.

В свою очередь, вакуумная камера посредством вывода сообщена с вакуумным насосом;In turn, the vacuum chamber through the output communicated with the vacuum pump;

- высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, у которого в корпусе подшипника турбины выполнены вертикальные и горизонтальные каналы.- a high-speed turbogenerator with a low-power steam drive, in which vertical and horizontal channels are made in the turbine bearing housing.

На фиг. 1 представлен продольный разрез высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, на фиг. 2 - вид А высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности, на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б, на фиг. 4 - поперечный разрез В-В, на фиг. 5 - поперечный разрез Г-Г, на фиг. 6 - поперечный разрез Д-Д, на фиг. 7 - выносной элемент АЕ, на фиг. 8 - опытный образец изобретения в составе мини когенерационной энергетической установки.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a high-speed turbo-generator with a low-power steam drive; FIG. 2 is a view A of a high speed turbo generator with a low power steam drive, FIG. 3 is a transverse section bB, in FIG. 4 is a cross-sectional view BB, in FIG. 5 is a transverse section GG, in FIG. 6 is a cross-sectional view of DD, in FIG. 7 - remote element AE, in FIG. 8 is a prototype of the invention as part of a mini cogeneration power plant.

Высокооборотный турбогенератор (до 40 тыс. оборотов в минуту) с паровым приводом малой мощности состоит (фиг. 1) из вала турбогенератора 1, на котором установлены: рабочее колесо турбины 2 с лопатками 3, ротор электрогенератора 4, жестко установленный на валу турбогенератора центробежной вентиляционной крыльчатки 5 системы воздушного охлаждения, втулки вала 6, диска датчика числа оборотов 7 и датчика числа оборотов вала турбогенератора 8. Кроме этого, высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности содержит также патрубок ввода пара 9, коллектор пара 10, сопловой аппарат турбины 11, основной корпус турбины 12, промежуточный корпус турбины 13, корпус подшипника турбины 14, в котором установлен (фиг. 1 и фиг. 7) спаренный подшипник турбины 15, состоящий из двух радиально-упорных закрытых с пластичной смазкой керамических шариковых радиально-упорных подшипников (далее «подшипник турбины»). Подшипник турбины 15 зафиксирован от осевого перемещения вдоль вала с одной стороны центробежной вентиляционной крыльчаткой 5, а с другой стороны - втулкой вала 6 (фиг. 7). В свою очередь перемещение подшипников турбины 15 совместно с валом турбогенератора 1 в осевом направлении ограничено с одной стороны упорной крышкой 16, которая болтами 17 соединена с промежуточным корпусом турбины 13, а с другой стороны выступом в корпусе подшипника турбины 14, что обеспечивает (гарантирует) неизменность зазора в процессе работы турбогенератора между тыльной стороной рабочего колеса турбины 2, с одной стороны, и промежуточным корпусом турбины 13 и корпусом подшипника турбины 14, с другой стороны.A high-speed turbogenerator (up to 40 thousand revolutions per minute) with a low-power steam drive consists (Fig. 1) of a turbine generator shaft 1, on which are installed: a turbine impeller 2 with blades 3, an electric generator rotor 4, rigidly mounted on a centrifugal ventilation turbogenerator shaft impellers 5 of the air cooling system, shaft sleeve 6, speed sensor disk 7 and turbine generator shaft speed sensor 8. In addition, a high-speed low-power steam turbine generator also contains and a pair 9, a steam manifold 10, a nozzle apparatus of a turbine 11, a main turbine housing 12, an intermediate turbine housing 13, a turbine bearing housing 14 in which a twin turbine 15 bearing is installed (Fig. 1 and Fig. 7), consisting of two radially thrust ceramic angular contact ball bearings sealed with grease (hereinafter referred to as “turbine bearing”). The bearing of the turbine 15 is fixed from axial movement along the shaft on one side of the centrifugal ventilation impeller 5, and on the other hand, by the shaft sleeve 6 (Fig. 7). In turn, the movement of the bearings of the turbine 15 together with the shaft of the turbogenerator 1 in the axial direction is limited on one side by a stop cap 16, which is bolted 17 to the intermediate housing of the turbine 13, and on the other hand by a protrusion in the bearing housing of the turbine 14, which ensures (guarantees) invariability the gap during operation of the turbogenerator between the rear side of the impeller of the turbine 2, on the one hand, and the intermediate housing of the turbine 13 and the bearing housing of the turbine 14, on the other hand.

Электрогенератор (на фиг. не обозначен) высокооборотного турбогенератора с паровым приводом малой мощности включает в себя (фиг. 1) корпус электрогенератора 18 с крышкой корпуса электрогенератора 19. На внешней боковой поверхности корпуса электрогенератора 18 расположена рубашка жидкостного охлаждения 20, выполненная в виде спиральных каналов трапецеидальной или прямоугольной резьбы, двух кольцевых камер 21 и 22 со штуцером подвода 23 и штуцером отвода 24 охлаждающей жидкости. В корпусе электрогенератора 18 неподвижно установлен статор (на фиг. не обозначен) электрогенератора, состоящий из сердечника статора 25, катушки 26 и выводов фаз 27.An electric generator (not shown in FIG.) Of a high-speed turbo-generator with a low-power steam drive includes (Fig. 1) an electric generator housing 18 with a cover for the electric generator 19. On the outer side surface of the electric generator 18 there is a liquid cooling jacket 20 made in the form of spiral channels trapezoidal or rectangular thread, two annular chambers 21 and 22 with the inlet fitting 23 and the outlet pipe 24 of the coolant. A stator (not indicated) of a power generator consisting of a core of the stator 25, a coil 26 and the terminals of the phases 27 is fixedly mounted in the housing of the generator 18.

В крышке корпуса электрогенератора 19 расположен корпус подшипника электрогенератора 28, в котором по наружной поверхности наружного кольца по скользящей посадке установлен радиальный закрытый с пластичной смазкой керамический шариковый подшипник электрогенератора (далее «подшипник электрогенератора») 29. По внутренней поверхности внутреннего кольца подшипник электрогенератора 29 установлен по переходной посадке на валу турбогенератора 1.In the housing cover of the generator 19 is located the bearing housing of the generator 28, in which on the outer surface of the outer ring in a sliding fit there is a radial ceramic ball bearing of the electric generator closed with grease (hereinafter referred to as the “generator generator”) 29. On the inner surface of the inner ring, the generator bearing 29 is mounted on transition landing on the shaft of the turbogenerator 1.

Сверху на корпусе электрогенератора 18 установлена крышка датчика числа оборотов вала турбогенератора 30. В крышке датчика числа оборотов вала турбогенератора 30 имеются радиальные отверстия 31 (фиг. 1, фиг. 3), предназначенные для прохода воздуха снаружи в камеру 32. Через отверстия 33 в корпусе подшипника электрогенератора 28 камера 32 соединяется с проточной камерой 34. Кроме этого, через отверстия 35 (фиг. 2 и фиг. 3) во фланце (на фиг. не обозначен) крышки датчика числа оборотов вала турбогенератора 30, а также в крышке корпуса электрогенератора 19 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) проточная камера 34 соединена с окружающей средой. В свою очередь, проточная камера 34 через осевые пазы 36 в статоре и роторе электрогенератора сообщена с проточной камерой 37 (фиг. 1, фиг. 4).On top of the housing of the electric generator 18, a cover of the speed sensor of the shaft of the turbogenerator 30 is installed. In the cover of the sensor of the speed of the shaft of the turbogenerator 30 there are radial holes 31 (Fig. 1, Fig. 3) designed to allow air to flow outside into the chamber 32. Through holes 33 in the housing the bearing of the generator 28, the chamber 32 is connected to the flow chamber 34. In addition, through the holes 35 (Fig. 2 and Fig. 3) in the flange (not shown in Fig.) of the cover of the speed sensor of the shaft of the turbogenerator 30, as well as in the cover of the generator body 19 (FIG. 1, Fig. 2, Fig. 3) the flow chamber 34 is connected to the environment. In turn, the flow chamber 34 through the axial grooves 36 in the stator and rotor of the generator is connected with the flow chamber 37 (Fig. 1, Fig. 4).

Проточная камера 37 через отверстия 38 (фиг. 1) сообщается с окружающей средой, а через вертикальные каналы 39 (фиг. 1, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7) и горизонтальные каналы 40 (фиг. 1, фиг. 6 и фиг. 7) сообщается с кольцевой камерой 41 под подшипником турбины 15. В свою очередь, кольцевая камера 41 (фиг. 1. фиг. 7) под корпусом подшипника турбины 14 через кольцевое лабиринтное уплотнение 42 между втулкой вала 6 и корпусом подшипника турбины 14 и далее через лабиринтное уплотнение 43 между тыльной стороной рабочего колеса турбины 2 и корпусом подшипника турбины 14, через кольцевую щель 44 между корпусом подшипника турбины 14 и промежуточным корпусом турбины 13 сообщена с вакуумной камерой 45. В свою очередь, вакуумная камера 45 посредством вывода 46 (фиг. 6) сообщена с вакуумным насосом (на фиг. не показан). Вакуумная камера 45 через кольцевую щель 44 (фиг. 7) соединена также через лабиринтное уплотнение 47 между тыльной стороной рабочего колеса турбины 2 и промежуточным корпусом турбины 13 с кольцевым зазором 48 (фиг. 7) между наружным диаметром рабочего колеса турбины 2 и сопловым аппаратом турбины 11.The flow chamber 37 through the openings 38 (Fig. 1) communicates with the environment, and through the vertical channels 39 (Fig. 1, Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7) and the horizontal channels 40 (Fig. 1, Fig. 6 and Fig. 7) communicates with the annular chamber 41 under the bearing of the turbine 15. In turn, the annular chamber 41 (Fig. 1. Fig. 7) under the housing of the turbine 14 through the annular labyrinth seal 42 between the shaft sleeve 6 and the turbine bearing housing 14 and then through the labyrinth seal 43 between the back of the impeller of the turbine 2 and the bearing housing of the turbine 14, through the ring the gap 44 between the bearing housing of the turbine 14 and the intermediate housing of the turbine 13 is in communication with the vacuum chamber 45. In turn, the vacuum chamber 45 through the output 46 (Fig. 6) is in communication with a vacuum pump (Fig. not shown). The vacuum chamber 45 through the annular gap 44 (Fig. 7) is also connected through a labyrinth seal 47 between the rear side of the impeller of the turbine 2 and the intermediate casing of the turbine 13 with an annular gap 48 (Fig. 7) between the outer diameter of the impeller of the turbine 2 and the nozzle apparatus of the turbine eleven.

Внешний вид турбогенератора представлен на фиг. 8 (поз. 49) в составе мини-когенерационной энергетической установки.The appearance of the turbogenerator is shown in FIG. 8 (item 49) as part of a mini-cogeneration power plant.

Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности работает следующим образом.High-speed turbogenerator with a steam drive of low power operates as follows.

Пар от котла поступает (фиг. 1) через патрубок ввода пара 9 в коллектор пара 10, откуда, протекая через сопловой аппарат турбины 11 и расширяясь между лопатками 3 рабочего колеса турбины 2, в результате изменения количества движения поток пара создает крутящий момент, превосходящий момент сопротивления, создаваемый подшипниками турбины 15 и подшипником электрогенератора 29.Steam is supplied from the boiler (Fig. 1) through the steam inlet pipe 9 to the steam collector 10, from where, flowing through the nozzle apparatus of the turbine 11 and expanding between the blades 3 of the impeller of the turbine 2, as a result of changing the momentum, the steam stream creates a torque exceeding the moment the resistance created by the bearings of the turbine 15 and the bearing of the generator 29.

После страгивания с неподвижного состояния вала турбогенератора 1 (совместно с рабочим колесом турбины 2 и ротором электрогенератора 4) происходит рост его числа оборотов и в работу включается электрогенератор (на фиг. не обозначен), который через выводы фаз 27 передает электрический ток в выходной инвертор-преобразователь напряжения (на фиг. не обозначен). Контроль частоты вращения вала турбогенератора 1 осуществляется датчиком числа оборотов вала 8, в катушках которого диском датчика числа оборотов 7 наводится пропорциональная его скорости вращения электродвижущая сила.After straggling from the stationary state of the shaft of the turbogenerator 1 (together with the impeller of the turbine 2 and the rotor of the electric generator 4), its speed increases and the electric generator (not shown) is turned on, which transmits an electric current through the outputs of phases 27 to the output inverter - voltage converter (not indicated in FIG.). The frequency of rotation of the shaft of the turbogenerator 1 is controlled by the speed sensor of the shaft 8, in the coils of which the drive of the speed sensor 7 induces an electromotive force proportional to its speed of rotation.

Отработанный на лопатках 3 рабочего колеса турбины 2 пар направляется в приемный конденсатор (на фиг. не обозначен), после которого конденсат может быть использован для технологических нужд или в системе отопления.The steam spent on the blades 3 of the impeller of the turbine 2 is sent to a receiving condenser (not indicated in Fig.), After which the condensate can be used for technological needs or in the heating system.

Работа турбогенератора сопровождается возникновением на валу турбогенератора 1 знакопеременных осевых нагрузок, которые воспринимаются подшипником турбины 15, в котором каждый из радиально-упорных подшипников воспринимает осевые нагрузки во взаимно противоположных направлениях.The operation of the turbogenerator is accompanied by the appearance on the shaft of the turbogenerator 1 of alternating axial loads, which are perceived by the bearing of the turbine 15, in which each of the angular contact bearings perceives axial loads in mutually opposite directions.

При возникновении на вале турбогенератора 1 осевой нагрузки, например направленной вверх, усилие через втулку вала 6, подшипник турбины 15, упорную крышку 16 и болты 17 передается на промежуточный корпус турбины 13. Осевое усилие противоположного направления - сверху вниз на промежуточный корпус турбины 13 передается с вала турбогенератора 1 через жестко на нем установленную центробежную вентиляционную крыльчатку 5 системы воздушного охлаждения, подшипник турбины 15 и через корпус подшипника турбины 14 также передается на промежуточный корпус турбины 13. Таким образом, силовые потоки от осевых нагрузок, возникающих на вале турбогенератора 1, замыкаются посредством подшипника турбины 15 на промежуточном корпусе турбины 13, а через него на основном корпусе турбины 12 и корпусе электрогенератора 18, в результате чего обеспечивается фиксация вала турбогенератора 1 от осевых перемещений.When an axial load occurs on the shaft of the turbogenerator 1, for example, upwardly, the force through the shaft sleeve 6, the turbine bearing 15, the thrust cover 16 and bolts 17 is transmitted to the intermediate turbine housing 13. The axial force of the opposite direction is transmitted from top to bottom to the intermediate turbine housing 13 the shaft of the turbogenerator 1 through a rigidly mounted centrifugal fan impeller 5 of the air cooling system, the bearing of the turbine 15 and through the bearing housing of the turbine 14 is also transmitted to the intermediate housing urbines 13. Thus, the power flows from axial loads occurring on the shaft of the turbogenerator 1 are closed by means of the bearing of the turbine 15 on the intermediate casing of the turbine 13, and through it on the main casing of the turbine 12 and the casing of the electric generator 18, as a result of which the shaft of the turbine generator 1 is fixed from axial movements.

Радиальные нагрузки, действующие на вал турбогенератора 1, воспринимает как подшипник турбины 15, так и подшипник электрогенератора 29, который, являясь подвижным в корпусе подшипника электрогенератора 28, при температурных изменениях длины вала турбогенератора 1 свободно (без заклинивания) перемещается в осевом направлении и воспринимает только радиальные нагрузки.Radial loads acting on the shaft of the turbogenerator 1 are perceived by both the bearing of the turbine 15 and the bearing of the generator 29, which, being movable in the bearing housing of the generator 28, with temperature changes in the length of the shaft of the turbogenerator 1 moves freely (without jamming) in the axial direction and only radial loads.

При работе электрогенератора в сердечнике ротора электрогенератора 4, сердечнике статора 25 и катушке 26 выделяется значительное количество тепловой энергии, которую отбирает комбинированная система охлаждения - жидкостная и воздушная.During operation of the generator in the core of the rotor of the generator 4, the core of the stator 25 and the coil 26, a significant amount of thermal energy is released, which is selected by the combined cooling system - liquid and air.

В жидкостную систему охлаждения электрогенератора охлаждающая жидкость, например вода, под давлением от постороннего источника поступает через штуцер подвода 23 в кольцевую камеру 21, откуда движется по спиральным каналам рубашки жидкостного охлаждения 20 статора и из кольцевой камеры 22 поступает в штуцер отвода 24. Благодаря применению в системе охлаждения спиральных каналов повышается интенсивность конвективного теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи в спиральных каналах. Кроме этого, в результате увеличения площади теплообмена в спиральных каналах по сравнению с прямолинейными каналами увеличивается количество теплоты, отбираемой от сердечника статора 25 и катушки 26 электрогенератора.In a liquid cooling system of an electric generator, a cooling liquid, for example water, under pressure from an external source enters through an inlet fitting 23 into an annular chamber 21, from where it moves along the spiral channels of a liquid cooling jacket 20 of the stator and from an annular chamber 22 enters into an outlet fitting 24. Due to the use of the cooling system of the spiral channels increases the intensity of convective heat transfer by increasing the heat transfer coefficient in the spiral channels. In addition, as a result of the increase in the heat transfer area in the spiral channels compared to the straight channels, the amount of heat taken from the core of the stator 25 and the coil 26 of the electric generator increases.

Дополнительную интенсификацию теплообмена обеспечивает воздушная система охлаждения, работа которой заключается в следующем. Центробежная вентиляционная крыльчатка 5 системы воздушного охлаждения при вращении вала турбогенератора 1 выбрасывает воздух из проточной камеры 37 через отверстия 38 в нижней части корпуса электрогенератора 18 (фиг. 1 и фиг. 5) наружу. При этом в проточной камере 37 создает разрежение с давлением рв, благодаря которому под действием перепада давлений (Δр=ратмв) воздух изначально поступает снаружи через радиальные отверстия 31 в крышке датчика числа оборотов вала турбогенератора 30 (фиг. 1 и фиг. 3) в камеру 32, откуда через отверстия 33 в корпусе подшипника электрогенератора 28 - в проточную камеру 34. Наряду с этим в проточную камеру 34 воздух поступает также снаружи через отверстия 35 (фиг. 2, фиг. 3) во фланце крышки датчика числа оборотов вала турбогенератора 30 и крышке корпуса электрогенератора 19 (фиг. 1 и фиг. 3). Из проточной камеры 34 воздух протекает по осевым пазам 36 в статоре и роторе электрогенератора, по зазорам между обмотками катушки 26 статора (фиг. 4), откуда поступает в проточную камеру 37. Протекая по осевым пазам 36 в статоре и роторе электрогенератора, поток воздуха охлаждает сердечник статора 25 и ротор электрогенератора 4.An additional intensification of heat transfer is provided by an air cooling system, the operation of which is as follows. The centrifugal impeller 5 of the air cooling system during rotation of the shaft of the turbogenerator 1 expels air from the flow chamber 37 through the openings 38 in the lower part of the housing of the generator 18 (Fig. 1 and Fig. 5) to the outside. Moreover, in the flow chamber 37 creates a vacuum with a pressure p in , due to which, under the influence of a differential pressure (Δp = p atm- p in ), air initially enters from the outside through the radial holes 31 in the cover of the sensor of the rotational speed of the turbogenerator shaft 30 (Fig. 1 and Fig. 3) into the chamber 32, from where through the holes 33 in the bearing housing of the electric generator 28 to the flow chamber 34. Along with this, the air also enters the flow chamber 34 from the outside through the openings 35 (Fig. 2, Fig. 3) in the flange of the number sensor cover revolutions of the shaft of the turbogenerator 30 and the housing cover lektrogeneratora 19 (FIG. 1 and FIG. 3). Air flows from the flow chamber 34 along axial grooves 36 in the stator and rotor of the electric generator, through the gaps between the windings of the stator coil 26 (Fig. 4), from where it enters the flow chamber 37. Flowing along axial grooves 36 in the stator and rotor of the electric generator, the air stream cools the stator core 25 and the rotor of the electric generator 4.

После охлаждения электрогенератора (на фиг. не обозначен) воздух истекает из проточной камеры 37 через отверстия 38 в окружающую среду. Одновременно, из проточной камеры 37 по вертикальным каналам 39 и горизонтальным каналам 40 (фиг. 1 и фиг. 7) воздух поступает в кольцевую камеру 41 под подшипником турбины 15, в результате чего давления в полостях проточной камеры 37 и кольцевой камере 41 выравниваются, поэтому манжеты подшипника турбины 15 оказываются разгруженными от перепада давлений воздуха, что гарантирует сохранность пластичной смазки в подшипнике турбины 15, благодаря чему повышается надежность и ресурс работы подшипника турбины 15.After cooling the electric generator (not shown in FIG.), Air flows out of the flow chamber 37 through openings 38 into the environment. At the same time, from the flow chamber 37 through the vertical channels 39 and horizontal channels 40 (Fig. 1 and Fig. 7), air enters the annular chamber 41 under the bearing of the turbine 15, as a result of which the pressures in the cavities of the flow chamber 37 and the annular chamber 41 are equalized, therefore the cuffs of the bearing of the turbine 15 are unloaded from the differential pressure of air, which guarantees the safety of grease in the bearing of the turbine 15, thereby increasing the reliability and service life of the bearing of the turbine 15.

Воздух под действием разрежения (фиг. 6, фиг. 7), создаваемого вакуумным насосом в вакуумной камере 45, из кольцевой камеры 41 движется через кольцевое лабиринтное уплотнение 42, лабиринтное уплотнение 43 и через кольцевую щель 44 поступает в вакуумную камеру 45. Такой путь движения воздуха исключает его поступление на лопатки 3 рабочего колеса турбины 2, что исключает утечки пара мимо лопаток 3 рабочего колеса турбины 2, и, тем самым, повышает КПД турбины. В свою очередь, пар из кольцевого зазора 48, образованного между наружным диаметром рабочего колеса турбины 2 и сопловым аппаратом турбины 11 через лабиринтное уплотнение 47, ограничивающее утечку пара, движется в кольцевую щель 44, откуда совместно с воздухом поступает в вакуумную камеру 45, что исключает попадание пара в проточную камеру 37 к токонесущим элементам электрогенератора. Из вакуумной камеры 45 с помощью вакуумного насоса паровоздушная смесь отсасывается в направлении по стрелке А через вывод 46 (фиг. 6) в атмосферу.Air under the influence of rarefaction (Fig. 6, Fig. 7) created by the vacuum pump in the vacuum chamber 45, moves from the annular chamber 41 through the annular labyrinth seal 42, the labyrinth seal 43 and enters the vacuum chamber 45 through the annular gap 44. Such a path of movement air eliminates its flow to the blades 3 of the impeller of the turbine 2, which eliminates steam leakage past the blades 3 of the impeller of the turbine 2, and thereby increases the efficiency of the turbine. In turn, the steam from the annular gap 48 formed between the outer diameter of the impeller of the turbine 2 and the nozzle apparatus of the turbine 11 through the labyrinth seal 47, restricting the leakage of steam, moves into the annular gap 44, from where it enters the vacuum chamber 45 together with air, which eliminates steam entering the flow chamber 37 to the current-carrying elements of the electric generator. From the vacuum chamber 45 by means of a vacuum pump, the air-vapor mixture is aspirated in the direction of arrow A through terminal 46 (Fig. 6) into the atmosphere.

Заявленные задачи и технический результат могут быть осуществлены путем изготовления изобретения по чертежам, приведенным на фиг. 1-7, с последующими испытаниями и внедрением изобретения в эксплуатацию. К настоящему времени опытный образец турбогенератора изготовлен и прошел предварительные испытания в составе мини-когенерационной энергетической установки (см. фиг. 8, поз. 49).The claimed objectives and technical result can be achieved by manufacturing the invention according to the drawings shown in FIG. 1-7, with subsequent testing and implementation of the invention into operation. To date, a prototype of a turbogenerator has been manufactured and passed preliminary tests as part of a mini-cogeneration power plant (see Fig. 8, item 49).

Claims (4)

1. Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности, состоящий из проточной части, включающей рабочее колесо турбины с установленными на нем лопатками, соплового аппарата турбины, электрогенератора, отличающийся тем, что содержит спаренный подшипник турбины, установленный в корпусе неподвижно, и подшипник электрогенератора, установленный в корпусе подвижно, кроме этого содержит комбинированную систему охлаждения.1. A high-speed turbo-generator with a low-power steam drive, consisting of a flowing part including a turbine impeller with blades mounted on it, a turbine nozzle apparatus, an electric generator, characterized in that it comprises a coupled turbine bearing mounted in the housing stationary and an electric generator bearing installed in the case it is movable, besides it contains a combined cooling system. 2. Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности по п. 1, включающий комбинированную систему охлаждения электрогенератора, состоящую из рубашки жидкостного охлаждения статора, выполненной в виде спиральных каналов, и воздушной системы охлаждения статора и ротора электрогенератора, включающую центробежную вентиляционную крыльчатку.2. A high-speed turbogenerator with a low-power steam drive according to claim 1, comprising a combined electric generator cooling system, consisting of a stator liquid cooling jacket made in the form of spiral channels, and an air stator cooling system and an electric generator rotor, including a centrifugal ventilation impeller. 3. Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности по п. 1, отличающийся тем, что содержит вакуумную камеру, соединенную через кольцевую щель, образованную поверхностями корпусов подшипника турбины и промежуточным корпусом турбины, и соединенную с одной стороны через кольцевое лабиринтное уплотнение между поверхностями втулки вала и корпусом подшипника и лабиринтное уплотнение между промежуточным корпусом турбины и тыльной стороны рабочего колеса турбины с кольцевой камерой под подшипником турбины, а с другой стороны соединенную через лабиринтное уплотнение между тыльной стороной рабочего колеса турбины и промежуточным корпусом турбины с кольцевым зазором между наружным диаметром рабочего колеса турбины и сопловым аппаратом турбины, и, кроме этого, вакуумная камера посредством вывода соединена с вакуумным насосом.3. High-speed turbogenerator with a low-power steam drive according to claim 1, characterized in that it contains a vacuum chamber connected through an annular gap formed by the surfaces of the turbine bearing housings and the intermediate turbine housing, and connected on one side through an annular labyrinth seal between the surfaces of the shaft sleeve and a bearing housing and a labyrinth seal between the intermediate turbine housing and the rear side of the turbine impeller with an annular chamber under the turbine bearing, and on the other hand connected through a labyrinth seal between the rear side of the turbine impeller and the intermediate turbine casing with an annular gap between the outer diameter of the turbine impeller and the turbine nozzle apparatus, and, in addition, the vacuum chamber is connected to the vacuum pump via an outlet. 4. Высокооборотный турбогенератор с паровым приводом малой мощности по п. 1, отличающийся тем, что, в корпусе подшипника турбины выполнены вертикальные и горизонтальные каналы. 4. High-speed turbogenerator with a low-power steam drive according to claim 1, characterized in that the vertical and horizontal channels are made in the turbine bearing housing.
RU2014148753/06A 2014-12-03 2014-12-03 High-speed turbine generator with low-power steam drive RU2577678C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148753/06A RU2577678C1 (en) 2014-12-03 2014-12-03 High-speed turbine generator with low-power steam drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148753/06A RU2577678C1 (en) 2014-12-03 2014-12-03 High-speed turbine generator with low-power steam drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2577678C1 true RU2577678C1 (en) 2016-03-20

Family

ID=55647960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148753/06A RU2577678C1 (en) 2014-12-03 2014-12-03 High-speed turbine generator with low-power steam drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2577678C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191940U1 (en) * 2019-06-25 2019-08-28 Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" TWO-FLOW TURBOGENERATOR FOR ORGANIC RENKIN CYCLE
RU192073U1 (en) * 2019-06-17 2019-09-03 Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" TURBOGENERATOR FOR ORGANIC RENKIN CYCLE
RU196409U1 (en) * 2018-12-25 2020-02-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) Turbogenerator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2249706C1 (en) * 2004-04-22 2005-04-10 Караев Шамиль Магомедович Reactive steam-gas power station
RU75222U1 (en) * 2008-03-04 2008-07-27 Дмитрий Александрович Бахтурин DEVICE FOR STARTING A GAS-TURBINE UNIT
CN202381127U (en) * 2011-12-10 2012-08-15 天台亘盛能源科技有限公司 Steam energy power generator set being driven by kickback kinetic energy engine
CN103883372A (en) * 2013-12-31 2014-06-25 湖南齐力达电气科技有限公司 Symmetric dual-drive low-temperature waste heat power generation system
JP2014114785A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Kobe Steel Ltd Power generating apparatus, and power generating system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2249706C1 (en) * 2004-04-22 2005-04-10 Караев Шамиль Магомедович Reactive steam-gas power station
RU75222U1 (en) * 2008-03-04 2008-07-27 Дмитрий Александрович Бахтурин DEVICE FOR STARTING A GAS-TURBINE UNIT
CN202381127U (en) * 2011-12-10 2012-08-15 天台亘盛能源科技有限公司 Steam energy power generator set being driven by kickback kinetic energy engine
JP2014114785A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Kobe Steel Ltd Power generating apparatus, and power generating system
CN103883372A (en) * 2013-12-31 2014-06-25 湖南齐力达电气科技有限公司 Symmetric dual-drive low-temperature waste heat power generation system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196409U1 (en) * 2018-12-25 2020-02-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) Turbogenerator
RU192073U1 (en) * 2019-06-17 2019-09-03 Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" TURBOGENERATOR FOR ORGANIC RENKIN CYCLE
RU191940U1 (en) * 2019-06-25 2019-08-28 Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" TWO-FLOW TURBOGENERATOR FOR ORGANIC RENKIN CYCLE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101268282B (en) Fluid compression system
JP4427055B2 (en) Rotating machine cooling device
US10584709B2 (en) Electrically heated balance piston seal
CN107849977B (en) micro-CHP gas boiler with gas turbine assembly
JP2017048781A (en) Hydrodynamic seals in bearing compartments of gas turbine engines
WO2013103592A1 (en) Hybrid bearing turbomachine
RU2577678C1 (en) High-speed turbine generator with low-power steam drive
KR102139596B1 (en) Molten metal transfer pump
CN105275507A (en) Leakproof organic working medium turbine generator set
CA2926814A1 (en) Sealing clearance control in turbomachines
US2514875A (en) U-passage gas turbine with turbulent heat transfer zone
RU2323344C1 (en) Turbogenerator
KR20150066478A (en) Steam turbine and methods of assembling the same
CN113623071A (en) Magnetic suspension outer rotor starting integrated motor for gas turbine
US10208768B2 (en) Heat shield for pressure casing
CN110382869B (en) Turbine pump
US20170107818A1 (en) Centrifugal radial turbine
JP2021527775A (en) Compact Rankin turbo generator for thermoelectric distributed cogeneration
KR101112485B1 (en) Rotor shaft sealing structure of oil-free rotary compressor
RU2422734C1 (en) Expander-generator set
CN215804840U (en) Magnetic suspension outer rotor starting integrated motor for gas turbine
CN112424477B (en) Multistage turbine
RU2189450C1 (en) Radial turbomachine
RU2641994C1 (en) Device for balance of rotor axial pressure of turbomachine
WO2013189470A1 (en) Combustion engine

Legal Events

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

Effective date: 20171204