RU63872U1

RU63872U1 - ELECTRIC STARTER-GENERATOR OF GAS-TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU63872U1
Application number: RU2006147122/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Демагин; Юрий Александрович Тупогуз
Original assignee: Александр Васильевич Демагин; Юрий Александрович Тупогуз
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-06-10

Abstract

Полезная модель направлена на повышение ремонтопригодности и экономичности ГТУ. Указанный технический результат достигается тем, что в электростартере-генераторе ГТУ, включающем электромеханич. преобразователь и датчик углового положения ротора, встроенные в корпус установки, и блоки электроники, электромеханич. преобразователь выполнен в виде m-фазной реактивной электрич. машины (где m=1, 2, 3...), состоящей из пассивного ротора с равномерно распределенными р=2·k(m±1) явно выраженными полюсами (где k=1, 2, 3...), находящегося на валу ГТУ, статора с равномерно распределенными 2·m·k явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки m-фазной обмотки якоря, выполненного из двух половин, на каждой из которых находятся m·k полюсов, и каждая фаза обмотки якоря имеет отводы от части витков, которые подключены к дополнительным ключам блока силовой электроники. 2 з.п. ф., 2 илл.The utility model is aimed at improving the maintainability and efficiency of gas turbines. The specified technical result is achieved by the fact that in an electric starter-generator GTU, including an electromechanical. a converter and a rotor angular position sensor integrated in the installation casing, and electronics units, electromechanical the converter is made in the form of an m-phase reactive electric. machine (where m = 1, 2, 3 ...), consisting of a passive rotor with uniformly distributed p = 2 · k (m ± 1) distinct poles (where k = 1, 2, 3 ...), located on the shaft of a gas turbine, a stator with evenly distributed 2 · m · k distinct poles, on which there are coils of the m-phase winding of an armature made of two halves, on each of which there are m · k poles, and each phase of the armature winding has taps from parts of turns that are connected to additional keys of the power electronics block. 2 s.p. f., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к газотурбинным установкам (ГТУ) и, в частности, к газовым турбинам газоперекачивающих агрегатов, и может быть использована как при создании новых установок, так и при модернизации установок, находящихся в эксплуатации.The utility model relates to gas turbine units (GTU) and, in particular, to gas turbines of gas pumping units, and can be used both for the creation of new units and for the modernization of units in operation.

Известен электростартер, заменяющий турбодетандер и обеспечивающий экологически чистый и более экономичный запуск газотурбинной установки (Высокоскоростное электростартерное устройство для газотурбинных установок. «Газотурбинные технологии», Июль-Август, №5 (40), 2005, стр.40-41), который включает асинхронный электродвигатель с принудительной системой охлаждения, установленный на ГТУ с использованием посадочного места турбодетандера и шкаф управления, размещенный на площадке турбины и обеспечивающий работу электродвигателя по заданному алгоритму запуска турбины.Known electric starter, replacing a turboexpander and providing an environmentally friendly and more economical start-up of a gas turbine installation (High-speed electric starter device for gas turbine installations. "Gas Turbine Technologies", July-August, No. 5 (40), 2005, pp. 40-41), which includes asynchronous an electric motor with a forced cooling system installed on a gas turbine using the seat of a turboexpander and a control cabinet located on the turbine site and ensuring the operation of the electric motor for a given algorithm run turbines.

Особенностью пускового режима ГТУ является необходимость обеспечения высокого вращающего момента в начальный момент пуска установки и при ее работе на малой частоте вращения. Значения необходимых при этом значений вращающего момента в 4-5 раз превосходят значения вращающего момента, необходимого при дальнейшем разгоне ротора ГТУ. Применение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в качестве электростартера приводит к необходимости завышения установленной мощности не только самого электродвигателя, но и силового полупроводникового преобразователя для управления им. Кроме того, в этом случае остаются необходимыми редуктор между валом электродвигателя и валом ГТУ и принудительное охлаждение электродвигателя для интенсивного отвода тепла с короткозамкнутого ротора и статора.A feature of the start-up mode of a gas turbine is the need to provide high torque at the initial moment of the start-up of the installation and when it is operating at a low speed. The values of the required torque values are 4-5 times higher than the values of the torque required during further acceleration of the GTU rotor. The use of an asynchronous squirrel-cage rotor motor as an electric starter makes it necessary to overestimate the installed power not only of the electric motor itself, but also of a power semiconductor converter for controlling it. In addition, in this case, the reducer between the motor shaft and the gas turbine shaft and forced cooling of the motor for intensive heat removal from the squirrel-cage rotor and stator remain necessary.

Известно встроенное в ГТУ пусковое устройство (Detailed Design of a 30-kW Switched Reluctance Starter/Generator System for a Gas Turbine Engine Known in-built gas turbine starting device (Detailed Design of a 30-kW Switched Reluctance Starter / Generator System for a Gas Turbine Engine

Application. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICAIONS, VOL.31, NO.3, MAY/JUNE 1995), принятое за прототип, в состав которого в входит реактивный электромеханический преобразователь с ротором, размещенным непосредственно на валу ГТУ, датчик углового положения ротора и управляющий и силовой электронные блоки. Недостатком такого пускового устройства является завышенная установленная мощность электронного блока, необходимая для обеспечения требуемого пускового момента при значительных пусковых токах и определенные трудности, возникающие при ремонтно-профилактических работах на ГТУ, связанные с извлечением ротора ГТУ, из-за кольцевого конструктивного исполнения статора электростартера.Application. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICAIONS, VOL.31, NO.3, MAY / JUNE 1995), adopted as a prototype, which includes a reactive electromechanical converter with a rotor located directly on the GTU shaft, a rotor angular position sensor and a control and power electronic blocks. The disadvantage of such a starting device is the overestimated installed power of the electronic unit, which is necessary to provide the required starting torque with significant starting currents and certain difficulties arising during repair and maintenance work on gas turbines associated with removing the gas turbine rotor due to the ring design of the electric starter stator.

Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции электростартера-генератора ГТУ, позволяющей уменьшить установленную мощность силового электронного блока и величину потребляемого в пусковом режиме тока, а также снизить трудозатраты при ремонтно-профилактических мероприятиях на ГТУ.The objective of this utility model is to create the design of a gas turbine electric starter-generator, which allows reducing the installed power of the power electronic unit and the amount of current consumed in the start-up mode, as well as reducing labor costs during repair and preventive measures at the gas turbine.

Поставленная задача решается тем, что в электростартере-генераторе газотурбинной установки, включающей электромеханический преобразователь и датчик углового положения ротора, встроенные в корпус установки, блоки силовой и управляющей электроники, осуществляющие коммутацию токов в фазах обмотки якоря по сигналам датчика углового положения ротора, электромеханический преобразователь выполнен в виде m-фазной реактивной электрической машины (где m=1, 2, 3...), состоящей из пассивного ротора с равномерно распределенными р=2·k(m±1) явно выраженными полюсами (где k=1, 2, 3...), находящегося на валу газотурбинного агрегата, статора с равномерно распределенными 2·m·k явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки m-фазной обмотки якоря, выполненного из двух половин, на каждой из которых находятся m·k полюсов, и каждая фаза обмотки якоря имеет отводы от части витков, которые подключены к дополнительным ключам блока силовой электроники.The problem is solved in that in an electric starter-generator of a gas turbine installation, including an electromechanical converter and a rotor angular position sensor, built-in to the installation case, power and control electronics units that switch currents in the phases of the armature winding according to the signals of the rotor angular position sensor, the electromechanical converter is made in the form of an m-phase reactive electric machine (where m = 1, 2, 3 ...), consisting of a passive rotor with uniformly distributed p = 2 · k (m ± 1) poles (where k = 1, 2, 3 ...) located on the shaft of the gas turbine unit, a stator with uniformly distributed 2 · m · k distinct poles, on which are located the coils of the m-phase winding of the armature made of two halves, on each of which there are m · k poles, and each phase of the armature winding has taps from part of the turns, which are connected to additional keys of the power electronics unit.

На фиг.1 показан разрез конструктивного исполнения ГТУ с электростартером-генератором по предлагаемой полезной модели.Figure 1 shows a section of the design of a gas turbine with an electric starter-generator according to the proposed utility model.

ГТУ состоит из двух частей 1 и 2 корпуса, внутри которого расположен ротор ГТУ 3 с ротором осевого компрессора 4 и ротором газовой турбины (не показан). На валу ротора ГТУ расположен ротор 5 электростартера-генератора с явно выраженными полюсами 6. В нижней и верхней частях корпуса ГТУ расположены половины статора 7 электростартера-генератора, на которых имеются явно выраженные полюса 8 с катушками обмотки статора 9.A gas turbine unit consists of two parts 1 and 2 of the housing, inside of which there is a rotor of a gas turbine unit 3 with a rotor of an axial compressor 4 and a rotor of a gas turbine (not shown). On the rotor shaft of a gas turbine engine there is a rotor 5 of an electric starter-generator with distinct poles 6. In the lower and upper parts of the gas turbine engine housing there are halves of a stator 7 of an electric starter-generator, on which there are distinct poles 8 with stator winding coils 9.

Представленная на фиг.1 конструкция электростартера-генератора со статором, состоящим из двух половин, позволяет легко отделить верхнюю часть корпуса ГТУ от нижней и снять ротор ГТУ для проведения ремонтно-профилактических работ.Presented in figure 1, the design of the electric starter-generator with a stator consisting of two halves makes it easy to separate the upper part of the casing of the gas turbine from the lower and remove the rotor of the gas turbine for repair and maintenance work.

На фиг.2 показана схема подключения одной фазы обмотки статора электростартера-генератора по предлагаемой полезной модели.Figure 2 shows the connection diagram of one phase of the stator winding of the electric starter-generator according to the proposed utility model.

Фаза обмотки статора электростартера-генератора, состоящая из двух последовательно соединенных секций L1 и L2, подключена к источнику питания через силовые транзисторы T1, T2 и диоды D1, D2. К части витков фазной обмотки подключен дополнительный силовой транзистор Т3. При строгании с места ГТУ и при его работе на низкой частоте вращения фазные обмотки поочередно подключаются к источнику питания при помощи силовых ключей, соединенных с обеими секциями. При достижении ротором ГТУ более высоких значений частоты вращения к источнику питания подключаются секции с меньшим числом витков при помощи силовых ключей, один из которых соединен с отводом от фазной обмотки. Предложенная по полезной модели схема коммутации фазных обмоток позволяет ограничить ток при пуске ГТУ и уменьшить установленную мощность силовой части электронного коммутатора.The stator winding phase of the electric starter generator, consisting of two series-connected sections L1 and L2, is connected to the power source through power transistors T1, T2 and diodes D1, D2. An additional power transistor T3 is connected to part of the turns of the phase winding. When planing from the place of the gas turbine and when it is operating at a low speed, the phase windings are alternately connected to the power source using power switches connected to both sections. When the GTU rotor reaches higher rotational speeds, sections with a smaller number of turns are connected to the power source using power switches, one of which is connected to the tap from the phase winding. The phase winding switching scheme proposed by the utility model makes it possible to limit the current at start-up of the gas turbine and to reduce the installed power of the power part of the electronic switch.

Claims

1. An electric starter-generator of a gas turbine installation, including an electromechanical converter and a rotor angular position sensor integrated in the installation case, power and control electronics units that switch currents in the phases of the armature winding according to the signals of the rotor angular position sensor, characterized in that the electromechanical converter is made in in the form of an m-phase reactive electric machine (where m = 1, 2, 3 ...), consisting of a passive rotor with uniformly distributed p = 2 · k (m ± 1) distinct poles (where k = 1, 2, 3 ...) located on the shaft of the gas turbine unit, a stator with evenly distributed 2 · m · k distinct poles, on which are located the coils of the m-phase winding of the armature, made of two halves, on each of which are m · K poles.

2. The electric starter-generator of a gas turbine installation according to claim 1, characterized in that each phase of the armature winding has taps from a part of the turns, which are connected to additional keys of the power electronics unit.