RU99662U1

RU99662U1 - TURBOELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU99662U1
Application number: RU2010133744/07U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Лаптев; Александр Владимирович Левин; Владимир Маркович Довгалёнок
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"; Николай Николаевич Лаптев; Александр Владимирович Левин; Владимир Маркович Довгалёнок
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2010-11-20

Abstract

Турбоэлектрическая станция, содержащая две идентичные установки, корпуса которых жестко связаны, каждая из которых состоит из турбины и магнитоэлектрического генератора, ротор которого установлен на одном валу с турбиной и связан посредством подшипников с корпусом, в котором жестко закреплен статор, причем валы обеих установок размещены на одной оси и связаны между собой через подшипниковый узел, например подшипник скольжения, а турбины конструктивно выполнены с обеспечением однонаправленного вращения валов и встречного направления создаваемых усилий, а выходные обмотки генераторов подключены к мостовым выпрямителям, отличающаяся тем, что выходы упомянутых выпрямителей включены параллельно и присоединены к входу инвертора на полупроводниковых ключах. A turboelectric station containing two identical installations, the housings of which are rigidly connected, each of which consists of a turbine and a magnetoelectric generator, the rotor of which is mounted on the same shaft with the turbine and connected by bearings to the housing in which the stator is rigidly fixed, and the shafts of both plants are mounted on one axis and are interconnected through a bearing assembly, for example a plain bearing, and the turbines are structurally designed to provide unidirectional rotation of the shafts and the opposite direction created efforts, and the output windings of the generators are connected to bridge rectifiers, characterized in that the outputs of the said rectifiers are connected in parallel and connected to the inverter input on semiconductor switches.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при проектировании турбоэлектрических установок, предназначенных для получения электрической энергии в парогенераторных, турбодетандерных или газотурбинных электростанциях.The utility model relates to the field of electric power and can be used in the design of turboelectric plants designed to produce electric energy in steam generating, turboexpander or gas turbine power plants.

Известна турбоэлектрическая установка, содержащая магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение турбиной.Known turboelectric installation containing a magnetoelectric generator driven by a turbine.

Ротор генератора и турбина установлены на одном валу, закрепленном в подшипниковых узлах (1). Для увеличения ресурса работы устройства подшипниковые узлы выполнены на базе газодинамических подшипников. Однако данная конструкция технически выполнима при массе вращающейся части в единицы килограмм, что ограничивает область ее использования.The rotor of the generator and the turbine are mounted on one shaft fixed in the bearing units (1). To increase the service life of the device, the bearing units are made on the basis of gas-dynamic bearings. However, this design is technically feasible with a mass of the rotating part of a few kilograms, which limits the scope of its use.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является турбоэлектрическая станция (2). В этой станции за счет того, что она содержит две идентичные установки, каждая из которых состоит из турбины и магнитоэлектрического генератора, ротор который установлен на одном валу с турбиной и связан посредством подшипников с корпусом, в котором жестко закреплен статор, а валы обеих установок размещены на одной оси и связаны между собой через подшипник скольжения, а турбины конструктивно выполнены с возможностью обеспечения однонаправленного вращения валов и встречного направления создаваемых ими осевых усилий, а выходные обмотки генераторов подключены к мостовым выпрямителям, соединенным последовательно, общий выход которых присоединен ко входу инвертора на полупроводниковых ключах.Closest to the proposed utility model is a turboelectric station (2). In this station, due to the fact that it contains two identical units, each of which consists of a turbine and a magnetoelectric generator, the rotor is mounted on the same shaft with the turbine and connected by bearings to the housing in which the stator is rigidly fixed, and the shafts of both units are placed on the same axis and are interconnected via a sliding bearing, and the turbines are structurally designed to provide unidirectional rotation of the shafts and the opposite direction of the axial forces they create, and the output windings are The generators are connected to bridge rectifiers connected in series, the common output of which is connected to the inverter input on semiconductor switches.

Основной смысл такого построения станции состоит в минимизации взаимной скорости вращения валов и решении проблемы осевых усилий. Однако поскольку разность оборотов валов обеспечивается параметрически и зависит от разброса характеристик каждого из узлов станции, которые суммируются, то практически разность оборотов валов может достигать 10% от скорости оборотов вала. Так при скорости вала в 100 тыс. об/мин, подшипник скольжения работает на 10 тыс. об/мин и при мощности канала в 100 КВт, он подвергается усилию до 1 тонны, что серьезно ограничивает его срок службы.The main point of this construction of the station is to minimize the mutual speed of rotation of the shafts and solve the problem of axial forces. However, since the difference in the speed of the shafts is provided parametrically and depends on the variation in the characteristics of each of the nodes of the station, which are summed, the difference in the speed of the shafts can reach 10% of the speed of the shaft. So at a shaft speed of 100 thousand rpm, the sliding bearing operates at 10 thousand rpm and with a channel power of 100 kW, it is subjected to a force of up to 1 ton, which seriously limits its service life.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании предлагаемой полезной модели, является увеличение срока службы турбоэлектрической станции. Технический результат достигается за счет того, что в турбоэлектрической станции, корпуса которых состоит из турбины и магнитоэлектрического генератора, ротор которого закреплен на одном валу с турбиной и связан посредством подшипников с корпусом, в котором жестко закреплен статор, причем валы обеих установок размещены на одной оси и связаны между собой через подшипниковый узел, например, подшипник скольжения, а турбины конструктивно выполнены с обеспечением однонаправленного вращения валов и встречного направления создаваемых ими осевых усилий, причем выходные обмотки генераторов подключены к мостовым выпрямителям, выходы которых включены параллельно и присоединены ко входу инвертора на полупроводниковых ключах. В результате начинает работать обратная связь по цепочке обороты → напряжение → нагрузка → обороты, которая повышает точность поддержания равенства оборотов на порядок.The technical result that can be achieved by using the proposed utility model is to increase the life of the turboelectric station. The technical result is achieved due to the fact that in a turboelectric station, the housing of which consists of a turbine and a magnetoelectric generator, the rotor of which is mounted on the same shaft with the turbine and connected by bearings to the housing in which the stator is rigidly fixed, the shafts of both installations are placed on the same axis and are interconnected through a bearing assembly, for example, a sliding bearing, and the turbines are structurally designed to provide unidirectional rotation of the shafts and the opposite direction they create about evyh effort and output windings connected to the generator bridge rectifiers, whose outputs are connected in parallel and are connected to the input of the inverter to the semiconductor switches. As a result, feedback begins to work on the speed chain → voltage → load → speed, which increases the accuracy of maintaining the equality of speed by an order of magnitude.

На фигуре 1 представлена конструкция турбоэлектрической станции. Устройство состоит из двух идентичных установок, одна из которых снабжена валом 1, а другая валом 2.The figure 1 presents the design of the turboelectric station. The device consists of two identical installations, one of which is equipped with a shaft 1, and the other with a shaft 2.

Вал 1 закреплен в подшипниках 5, а вал 2 в подшипниках 6. На валах жестко закреплены ротора 7 и 8 на постоянных магнитах.The shaft 1 is fixed in the bearings 5, and the shaft 2 in the bearings 6. On the shafts of the rotors 7 and 8 are permanently fixed with permanent magnets.

Турбины 3 и 4, жестко закрепленные на соответствующих валах, конструктивно выполнены как зеркальные отражения и обеспечивают однонаправленное вращение валов и встречное направление создаваемых ими осевых усилий. Статор 9 жестко закреплен в корпусе 11, а статор 10 в корпусе 12. Валы обеих установок размещены на одной оси и связаны между собой через соединительный узел 13, например, в виде подшипника скольжения. Выходные обмотки статоров 9 и 10 соединены со входами мостовых выпрямителей 14; 15, выходы которых соединены параллельно и присоединены ко входу инвертора 16 на полупроводниковых ключах.Turbines 3 and 4, rigidly mounted on the respective shafts, are structurally designed as mirror reflections and provide unidirectional rotation of the shafts and the opposite direction of the axial forces they create. The stator 9 is rigidly fixed in the housing 11, and the stator 10 in the housing 12. The shafts of both installations are placed on the same axis and are interconnected via a connecting node 13, for example, in the form of a sliding bearing. The output windings of the stators 9 and 10 are connected to the inputs of the bridge rectifiers 14; 15, the outputs of which are connected in parallel and connected to the input of the inverter 16 on the semiconductor switches.

Турбоэлектрическая станция работает следующим образом.Turboelectric station operates as follows.

При поступлении рабочего тела (пара, газа) на Вход 1 и Вход 2, валы 1 и 2 под действием турбин 3 и 4 начинают вращаться в одном направлении со скоростью n₁ и n₂. Радиальные нагрузки воспринимают газодинамические подшипники 5 и 6. Осевые усилия направлены встречно и компенсируются подшипниковым узлом 13. Ротора 7 и 8 вращаются со скоростями n₁ и n₂, а на выходных обмотках статоров появляются напряжения пропорциональные n₁ и n₂. Эти напряжения подаются на входы, которых питают инвертор 16, который и снабжает электроэнергией нагрузку.When the working fluid (steam, gas) enters Input 1 and Input 2, shafts 1 and 2 under the action of turbines 3 and 4 begin to rotate in the same direction with a speed of n ₁ and n ₂ . Radial loads are absorbed by gas-dynamic bearings 5 and 6. Axial forces are counter-directed and compensated by the bearing assembly 13. Rotors 7 and 8 rotate at speeds n ₁ and n ₂ , and voltage proportional to n ₁ and n ₂ appear on the output windings of the stators. These voltages are supplied to the inputs, which are fed by the inverter 16, which supplies the load with electricity.

Поскольку выходы выпрямителей соединены по схеме или-или, то при дисбалансе напряжений на выходах выпрямителей 14 и 15 в единицы вольт, всю нагрузку воспринимает одна из установок, например, с валом 1. Увеличение нагрузки установки уменьшает обороты, а, следовательно, и напряжение на ее выходе, тогда как другая установка увеличивает обороты и выходное напряжение. Действует обратная связь напряжение - нагрузка - обороты - напряжение и обороты n₁ и n₂ выравниваются.Since the outputs of the rectifiers are connected according to the scheme or-or, then with a voltage imbalance at the outputs of the rectifiers 14 and 15 per unit volt, one of the installations, for example, with the shaft 1, takes up the entire load. its output, while another installation increases the speed and output voltage. The feedback voltage - load - rpm - voltage and rpm n ₁ and n _{2 are} aligned.

Максимальный дисбаланс выходных напряжений воспрямителей 14 и 15 порядка 5 В и при выходном напряжении 500 В удается выровнять обороты n₁ и n₂ с точностью до одного процента, против десяти у прототипа. Это резко уменьшает износ подшипника скольжения 13. В результате удается серьезно увеличить срок службы турбоэлектрической станции.The maximum imbalance of the output voltages of the rectifiers 14 and 15 is of the order of 5 V and at an output voltage of 500 V it is possible to equalize the revolutions n ₁ and n ₂ with an accuracy of one percent, against ten of the prototype. This dramatically reduces the wear of the plain bearing 13. As a result, it is possible to seriously increase the service life of the turboelectric station.

Составитель описания: Лаптев Н.Н.Compiled by description: Laptev N.N.

Источники информации, принятые при составлении описания:Sources of information adopted in the preparation of the description:

1. Журнал «Нефтегазовая вертикаль» Москва, март-апрель 2003 г. с 58-60.1. The journal "Oil and Gas Vertical" Moscow, March-April 2003 from 58-60.

2. RU 82388 U1 29.12.2008 г.2. RU 82388 U1 12/29/2008

Claims

A turboelectric station containing two identical installations, the housings of which are rigidly connected, each of which consists of a turbine and a magnetoelectric generator, the rotor of which is mounted on the same shaft with the turbine and connected by bearings to the housing in which the stator is rigidly fixed, and the shafts of both plants are mounted on one axis and are interconnected through a bearing assembly, for example a plain bearing, and the turbines are structurally designed to provide unidirectional rotation of the shafts and the opposite direction created efforts, and the output windings of the generators are connected to bridge rectifiers, characterized in that the outputs of the said rectifiers are connected in parallel and connected to the inverter input on semiconductor switches.