WO2017028318A1 - 燃气轮机及其启动发电机结构 - Google Patents
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- this paper proposes a gas turbine startup generator structure with simple structure.
- a gas turbine starter generator structure as set forth herein includes a stator and a rotor that rotates relative to the stator, the rotor including a rotating shaft and a permanent magnet fixed to the rotating shaft, the stator including a stator coil, the stator coil including A plurality of coil portions, when used as a generator, all of the coil portions participate in operation, and when used as a starter motor, only a part of the coil portions of the plurality of coil portions participate in operation.
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Abstract
一种燃气轮机启动发电机结构（10）和燃气轮机，燃气轮机启动发电机结构包括定子（18）和相对于定子（18）转动的转子（20），转子（20）包括转轴（22）以及固定至转轴（22）的永磁体（24），定子（18）包括定子线圈（26），定子线圈（26）包括若干线圈部（28），当作为发电机时，若干线圈部（28）全部参与工作，当作为启动电机时，若干线圈部（28）中仅部分线圈部参与工作。该启动发电机结构简单，安装方便。
Description
本发明涉及一种燃气轮机，特别是关于燃气轮机的启动发电机结构。
现有的燃气轮机其启动需要专门的启动电机，启动时启动电机的转轴与燃气轮机的主轴结合，驱动燃气轮机主轴至其自持转速，燃烧室点火后，启动电机转轴与燃气轮机主轴脱离。然而，现有技术中启动电机的输出轴与燃气轮机主轴是以齿连接进行传动，但启动电机转轴与燃气轮机主轴经常进行啮合、脱离容易造成结合齿磨损。也有使用小型启动发电机利用齿轮传动与驱动燃气轮机结合，驱动燃气轮机主轴至其自持转速。点火后，燃气轮机带动小型启动发电机和一个大型（例如200KW）发电机同时发电。因为小型启动发电机作为电机使用时其功率为小功率，例如20KW，一般在作为发电机使用时其功率也会较小，例如20KW。因此，发电时，现有技术会采用另一台大功率进行发电。虽然小功率发电机也同时进行发电，但其发出的电力仅用于燃气轮机自身使用，不做对外电力输出。而且，由于启动电机利用齿轮传动结构与燃气轮机主轴连接，结构安装较为复杂，成本较高。
有鉴于此，本文提出一种结构简单的燃气轮机启动发电机结构。
本文还提出一种利用上述启动发电机结构的燃气轮机。
本文提出的一种燃气轮机启动发电机结构，包括定子和相对于所述定子转动的转子，所述转子包括转轴以及固定至所述转轴的永磁体，所述定子包括定子线圈，所述定子线圈包括若干线圈部，当作为发电机时，所述若干线圈部全部参与工作，当作为启动电机时，所述若干线圈部中仅部分线圈部参与工作。
在一实施例中，所述若干线圈部沿所述启动发电机的轴向分布。
在一实施例中，所述转轴与燃气轮机的主轴直驱结合。
在一实施例中，无论所述启动发电机是作为发电机还是启动电机，所述转轴都与所述燃气轮机的主轴结合。
在一实施例中，当所述启动发电机作为启动电机驱动所述燃气轮机至其自持转速后，所述启动发电机切换成发电机使用。
在一实施例中，作为启动发电机时，所述启动发电机的功率为20KW，作为发电机时，所述发电机的功率为200KW。
本文还提出一种燃气轮机，包括燃气轮机主轴，与所述燃气轮机主轴固定连接的压气机和透平以及连接在所述压气机和透平之间的燃烧室，所述燃气轮机还包括启动发电机结构，所述启动发电机结构包括定子和相对于所述定子转动的永磁转子，所述定子包括定子线圈，所述定子线圈包括若干线圈部，当作为发电机时，所述若干线圈部全部参与工作，当作为启动电机时，所述若干线圈部中仅部分线圈部参与工作，无论所述启动发电机是作为发电机还是启动电机，所述永磁转子始终与所述燃气轮机主轴直驱结合。
在一实施例中，当所述启动发电机作为启动电机驱动所述燃气轮机至其自持转速后，所述启动发电机切换成发电机使用。
在一实施例中，所述若干线圈部沿所述启动发电机的轴向分布。
综上所述，本发明提供了一种燃气轮机启动发电机结构。所述启动发电机的转子采用永磁体，其定子采用电磁绕组，在轴向上，定子电磁线圈分成若干部分，当启动发电机作为启动电机时，为了实现小功率，仅部分电磁线圈参与工作；当启动发电机作为发电机时，全部定子电磁线圈参与工作。本发明的启动发电机结构简单，安装方便，仅用一台发电机结构就可以完成启动和发电的需求。
图1是燃气轮机启动发电机作为启动电机时的简化示意图。
图2是燃气轮机启动发电机作为发电机时的简化示意图。
在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。
图1是燃气轮机启动发电机作为启动电机时的简化示意图。如图1所示，所述燃气轮机包括启动发电机结构10，燃烧室11，燃气轮机主轴12以及与燃气轮机主轴12固定连接的压气机14和透平16。其中，启动发电机结构10与燃气轮机主轴12连接以驱动所述燃气轮机运转，燃烧室11连接在压气机14和透平16之间。当启动发电机结构10启动并驱动燃气轮机主轴12旋转时，压气机14开始压缩空气并将压缩后的高压空气输送至燃烧室11，燃烧室11投入燃料并点火，燃烧室11内产生的高温高压燃烧产物进入透平16并带动透平16运转，透平16运转的同时带动燃气轮机主轴12以更快的速度转动，当燃气轮机主轴12的转速达到所述燃气轮机的自持转速后，启动发电机结构10切换成发电机使用。
启动发电机结构10包括定子18和相对于定子18转动的转子20。转子20包括转轴22以及固定至转轴22上的永磁体24，转轴22与燃气轮机主轴12固定连接，在本实施例中，采取转轴22与燃气轮机主轴12直驱结合的方式连接。而且，无论启动发电机结构10是作为发电机还是启动电机，永磁转子20始终与燃气轮机主轴12直驱结合，因此现有技术中的磨损问题不复存在。
在所示的实施例中，启动发电机结构10作为启动发电机时，所述启动发电机驱动所述燃气轮机至其自持转速需要一定功率，此时其功率为小功率，例如20KW；当启动发电机结构10作为发电机时，所述燃气轮机带动所述发电机运转使其达到一定功率，此时其功率为大功率，例如200KW。
定子18包括定子线圈26，定子线圈26包括若干线圈部28，例如10个线圈部28，所述若干线圈部28沿着启动发电机10的轴向分布。当所述启动发电机结构10作为启动电机时，所述10个线圈部28中仅有部分线圈部28（例如1个线圈部28）参与工作，其余的9个线圈部28（以黑色表示）通过某些方式使其不参与工作，如图1所示。例如，其余的9个线圈部28的从电机电路中切断，而只让1个线圈部接入电机电路中。
图2是燃气轮机启动发电机作为发电机时的简化示意图。如图2所示，启动发电机结构10驱动所述燃气轮机至其自持转速后，启动发电机结构10切换成发电机使用。所述燃气轮机带动所述发电机使其达到功率200KW进行发电作业，此时，所述10个线圈部28全部参与工作。
应当注意的是，无论启动发电机结构10是作为发电机还是启动电机，转轴22始终与燃气轮机主轴12直驱结合。如此，既可避免转轴22与燃气轮机主轴12因齿合、脱离产生的磨损，而且简化了装置结构，降低成本。
在上面的具体实施例中，是以燃气轮机为例对本发明所提供的启动发电机的结构和功能进行说明，应当理解的是，本发明所提供的启动发电机结构并不仅仅适用于燃气轮机，也适用于其他动力装置。
综上所述，本发明提供了一种燃气轮机启动发电机结构。所述启动发电机的转子采用永磁体，其定子采用电磁绕组，在轴向上，定子电磁线圈分成若干部分，当启动发电机作为启动电机时，为了实现小功率，仅部分电磁线圈参与工作；当启动发电机作为发电机时，全部定子电磁线圈参与工作。本发明的启动发电机结构简单，安装方便，且其与燃气轮机主轴直驱结合，消除了磨损的问题。
本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。
Claims (9)
- 一种燃气轮机启动发电机结构，包括定子和相对于所述定子转动的转子，其特征在于，所述转子包括转轴以及固定至所述转轴的永磁体，所述定子包括定子线圈，所述定子线圈包括若干线圈部，当作为发电机时，所述若干线圈部全部参与工作，当作为启动电机时，所述若干线圈部中仅部分线圈部参与工作。
- 如权利要求1所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，所述若干线圈部沿所述启动发电机的轴向分布。
- 如权利要求1或2所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，所述转轴与燃气轮机的主轴直驱结合。
- 如权利要求3所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，无论所述启动发电机是作为发电机还是启动电机，所述转轴都与所述燃气轮机的主轴结合。
- 如权利要求4所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，当所述启动发电机作为启动电机驱动所述燃气轮机至其自持转速后，所述启动发电机切换成发电机使用。
- 如权利要求1所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，作为启动发电机时，所述启动发电机的功率为20KW，作为发电机时，所述发电机的功率为200KW。
- 一种燃气轮机，包括燃气轮机主轴，与所述燃气轮机主轴固定连接的压气机和透平以及连接在所述压气机和透平之间的燃烧室，其特征在于，所述燃气轮机还包括启动发电机结构，所述启动发电机结构包括定子和相对于所述定子转动的永磁转子，所述定子包括定子线圈，所述定子线圈包括若干线圈部，当作为发电机时，所述若干线圈部全部参与工作，当作为启动电机时，所述若干线圈部中仅部分线圈部参与工作，无论所述启动发电机是作为发电机还是启动电机，所述永磁转子始终与所述燃气轮机主轴直驱结合。
- 如权利要求7所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，当所述启动发电机作为启动电机驱动所述燃气轮机至其自持转速后，所述启动发电机切换成发电机使用。
- 如权利要求7所述的燃气轮机启动发电机结构，其特征在于，所述若干线圈部沿所述启动发电机的轴向分布。
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