СИЛОВАЯ УСТАНОВКА
POWER PLANT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к силовым установкам и, в частности, к силовым установкам с газотурбинным двигателем.
Уровень техники
Многие силовые установки включают в себя газотурбинный двигатель и нагрузку, такую как насос, компрессор, или электрический генератор, соединенную приводом с газотурбинным двигателем. Различные исполнения опорных конструкций предназначены для крепления газотурбинного двигателя и нагрузки в таких силовых установках. В некоторых таких силовых установках и газотурбинный двигатель, и нагрузка соединены с помощью фиксирующих креплений с общей, неподвижной опорной конструкцией.
К сожалению, такая опорная конструкция может затруднить замену или ремонт газотурбинного двигателя. Удаление газотурбинного двигателя из неподвижной опорной конструкции сопровождается отсоединением его от многочисленных фиксирующих креплений, что может потребовать много времени и усилий. Кроме того, после отсоединения газотурбинного двигателя от опорной конструкции его удаление может потребовать использования подъемного оборудования и большой осторожности, чтобы избежать столкновения газотурбинного двигателя с другими объектами.
Кроме того, многие ремонтные операции требуют отделение сегментов газотурбинного двигателя друг от друга, что может потребовать удаление всего газотурбинного двигателя из опорной конструкции. Например, замена поврежденного сегмента газотурбинного двигателя может потребовать удаление всего газотурбинного двигателя из опорной конструкции, отделение поврежденного сегмента от других сегментов, установку замененного сегмента и повторную сборку сегментов газотурбинного двигателя. Когда газотурбинный двигатель находится вне его опорной конструкции, то поддерживание и перемещение тяжелых, громоздких сегментов газотурбинного двигателя, при отделении и повторной их сборки, могут быть достаточно трудными.
Патент US 6871504 раскрывает силовую установку, имеющую газотурбинный двигатель, который закреплен к основанию с помощью ползунов и рельсов. Силовая установка по данному патенту включает в себя газотурбинный двигатель, редуктор, генератор и стартовое устройство, которые соединены друг с другом с возможностью передачи приводного усилия и установлены на общем основании. Ползуны, соединенные с нижней частью газотурбинного двигателя, лежат на рельсах, закрепленных к верхней части основания. Ползуны и рельсы, раскрытые в указанном патенте, обеспечивают надвиг газотурбинного двигателя на общее основание и сдвиг с него.
Хотя указанный патент раскрывает ползуны и рельсы, которые позволяют задвигать газотурбинный двигатель на общее основание и сдвигать с него, определенные недостатки сохраняются. Например, силовая установка, описанная патентом, не содержит каких-либо приспособлений для поддержки и передвижения различных сегментов газотурбинного двигателя по отдельности. Соответственно, отделение сегментов газотурбинного двигателя друг от друга для ремонта газовой турбины, так же как и удаление одного или более сегментов газотурбинного двигателя, находящегося на общем основании, отдельно от других сегментов, может быть трудным и продолжительным.
Силовая установка по настоящему изобретению решает одну или более проблем, описанных выше.
Раскрытие изобретения
Силовая установка содержит газотурбинный двигатель, имеющий первый участок, второй участок и продольную ось, основание, образующее опору для силовой установки, первую подвижную опору, поддерживаемую основанием, контактирующую с первым участком газотурбинного двигателя и обеспечивающую, по меньшей мере, частичное перемещение первого участка газотурбинного двигателя во время его обслуживания и, по меньшей мере, частично поддержку первого участка газотурбинного двигателя, при перемещении указанного первого участка по направляющей в направлении от продольной оси, независимо от второго участка газотурбинного двигателя, при этом направляющая расположена под углом к продольной оси.
Кроме того, силовая установка может характеризоваться тем, что:
- первая подвижная опора обеспечивает практически полную поддержку первого участка газотурбинного двигателя при перемещении первого участка газотурбинного двигателя в направлении от продольной оси, независимо от второго участка газотурбинного двигателя.
- дополнительно содержит вторую опору, на которой, по меньшей мере частично, установлена первая подвижная опора, при этом первая подвижная опора обеспечивает скольжение по второй опоре в направлении от продольной оси при поддержке первого участка газотурбинного двигателя.
- первая подвижная опора обеспечивает скольжение по второй опоре при, по меньшей мере, частичной поддержке первого участка газотурбинного двигателя.
- дополнительно содержит, по меньшей мере, одну направляющую, обеспечивающую перемещение первой подвижной опоры.
- дополнительно содержит вторую подвижную опору, обеспечивающую, по меньшей мере, частичную поддержку второго участка газотурбинного двигателя при перемещении второго участка газотурбинного двигателя, по меньшей мере частично, в направлении продольной оси, независимо от первого участка газотурбинного двигателя.
- дополнительно содержит вторую подвижную опору, контактирующую со вторым участком газотурбинного двигателя, при этом первая подвижная опора и вторая подвижная опора являются частями рамы, обеспечивающими полную поддержку первого участка газотурбинного двигателя и второго участка газотурбинного двигателя, в фиксированных относительных положениях, когда первая подвижная опора и вторая подвижная опора закреплены в фиксированных положениях относительно друг друга.
- дополнительно содержит, по меньшей мере, одну направляющую для направления движения второй опоры.
- содержит, по меньшей мере, одну переносную опору, предназначенную для приема второй опоры при ее снятии с основания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - вид в перспективе на опорную конструкцию силовой установки;
фиг.1В - вид сверху на опорную конструкцию, показанную на фиг.1А;
фиг.1С - вид сбоку на опорную конструкцию, показанную на фиг.1А;
фиг.1D - вид с торца на опорную конструкцию, показанную на фиг.1А;
фиг.2А - вид в перспективе на силовую установку, содержащую опорную конструкцию по фиг.1А, где силовая установка находится в первом состоянии;
фиг.2В - вид сверху на силовую установку, показанную на фиг.2А;
фиг.2С - вид сбоку на силовую установку, показанную на фиг.2А;
фиг.2D - вид с торца на силовую установку, показанную на фиг.2А;
фиг.3А - вид сбоку на силовую установку, показанную на фиг.2А во втором состоянии;
фиг.3В - вид сбоку на силовую установку, показанную на фиг.3А в третьем состоянии;
фиг.4А - вид сверху на силовую систему, показанную на фиг.2А в четвертом состоянии;
фиг.4В - вид сверху на силовую установку, показанную на фиг.2А в пятом состоянии;
фиг.5 - вид сверху на силовую установку, показанную на фиг.2А в шестом состоянии.
Осуществление изобретения
Фиг.1A-1D иллюстрируют один вариант осуществления изобретения опорной конструкции 10 для силовой установки, имеющей в своем составе газотурбинный двигатель (не показан на фиг.1A-1D), при этом опорная конструкция 10 имеет средство 12 передачи мощности и силовую нагрузку 14, установленную на опорной конструкции. Опорная конструкция 10 содержит основание/опору 16, которая поддерживает средство 12 передачи мощности и силовую нагрузку 14. Например, в соответствии с фиг.1A-1D основанием/опорой 16 является рама. Основание/опора 16 может быть установлена на различные объекты, включая, но не ограничиваясь ими, на грунт (не показан), на одной или более конструкций, установленных на грунте (не показано), на одной или более конструкций транспортного средства (не показано), и/или на одной или более конструкций морского судна (не показано).
Опорная конструкция 10 содержит различные крепления для установки газотурбинного двигателя (не показаны). Например, опорная конструкция 10 может содержать раму 28 для установки газотурбинного двигателя на основании/опоре 16. Рама 28 может включать в себя опору 30 и опору 32, расположенные рядом друг с другом. Опора 30 и опора 32 содержат крепления (не показаны) для относительного фиксирования опоры 30 и опоры 32. Например, опора 30 и опора 32 могут содержать соответствующие отверстия для болтов (не показаны) на стыке 34 между опорой 30 и опорой 32 для жесткого крепления опоры 30 и опоры 32. Когда опоры 30, 32 не закреплены на фиксированных позициях по отношению друг к другу, они могут перемещаться независимо друг от друга.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, таких как вариант, показанный на фиг.1A-1D, опоры 30 и 32 могут быть сконструированы так, чтобы скользить по основанию/опоре 16. Основание/опора 16 может включать в себя направляющие рельсы 42, 44, 46, расположенные параллельно оси 48 (Фиг.1А, 1В). Как показано на фиг.1С, опоры 30, 32 могут перемещаться по роликам 36, 38, 40, расположенным на направляющих рельсах 42, 44, 46.
Опорная конструкция 10 может включать в себя различные крепления (не показаны) для поддерживающих опор 30, 32, стационарно закрепленных на основании/опоре 16, по желанию. Например, опорная конструкция 10 может включать в себя один или более домкратов для подъема опор 30, 32 до уровня роликов 36, 38, 40, отделенных от направляющих рельсов 42, 44, 46, одну или больше подпорок для поддерживающих опор 30, 32 в таких поднятых позициях, и крепления для фиксации опор 30, 32 в этих поднятых позициях. Кроме того, или как альтернатива, опорная конструкция 10 может также включать в себя различные другие крепления (не показаны) для избирательного крепления опор 30, 32 в различных положениях по оси 48, включая, но не ограничиваясь ими, зажимы, защелки, крепежи, стопоры и храповики.
Опорная конструкция 10 может также включать в себя крепления для поддерживания опоры 30 и/или опоры 32 вне основания/опоры 16. Например, опорная конструкция 10 может включать в себя переносные опоры 50, 52, 54, выполненные таким образом, чтобы удерживать опоры 30, 32. Как показывают фиг.1A-1D, переносные опоры 50, 52, 54 могут включать в себя направляющие рельсы 56, 58, 60, выполненные так, чтобы принимать ролики 36, 38, 40 опор 30, 32.
Опорная конструкция 10 может также включать в себя подвижную опору 62 и подвижную опору 64. Подвижная опора 62 может быть выполнена таким образом, чтобы скользить по основанию/опоре 16. Как показывают фиг.1A-1D, подвижная опора 62 может направляться роликами 66, находящимися в направляющих рельсах 68 на основании/опоре 16. Направляющие рельсы 68 могут располагаться параллельно оси 70 (фиг.1А-1С), которая может быть расположена под углом, например, 90° по отношению к оси 48. Подвижная опора 64 может быть выполнена таким образом, чтобы скользить на опоре 32. Подвижная опора 64 может направляться роликами 72, находящимися в направляющих рельсах 74 на опоре 32. Подобно направляющим рельсам 68, направляющие рельсы 74 могут располагаться параллельно оси 70. Опорная конструкция 10 может также включать в себя различные крепления (не показаны) для выборочной фиксации подвижных опор 62, 64 в различных положениях по оси 70, включая, но не ограничиваясь ими, зажимы, защелки, ползуны, стопорные средства и храповики.
Опорная конструкция 10 не ограничивается конфигурацией, показанной на фиг.1A-1D. Например, основание/опора 16 может быть совокупностью отдельных поддерживающих структур, поддерживаемых грунтом в большей степени, чем рамой. Кроме того, опоры 30, 32 могут быть полностью независимыми друг от друга в большей степени, чем они являются частями общей рамы 28. Более того, опорная конструкция 10 может включать в себя другие крепления кроме роликов 36, 38, 40 и направляющих рельсов 42, 44, 46 для облегчения движения опор 30, 32. Например, опорная конструкция 10 может включать в себя другие типы систем скольжения и/или различные типы подвижных соединений для облегчения движения опор 30, 32. Кроме того, каждый из компонентов поддерживающей системы 10 может иметь различные формы, отличающиеся от той, которая изображена на фиг.1A-1D.
Средство 12 передачи мощности может быть любого типа, обеспечивающего получение энергии от источника мощности (не показано на фиг.1A-1D) и передачу этой мощности силовой нагрузке 14. Средство 12 передачи мощности может содержать входной вал 76 для получения мощности от источника энергии, выходной вал 78, соединенный с силовой нагрузкой 14, и различные узлы для передачи мощности от входного вала 76 выходному валу 78. В некоторых вариантах осуществления изобретения средство 12 передачи мощности может обеспечивать уменьшение скорости, обеспечивающее вращение выходного вал 78 с меньшей скоростью, чем скорость входного вала 76.
Силовая нагрузка 14 может быть любого типа, обеспечивающего выполнение одной или более задач по реализации этой мощности. Например, силовая нагрузка 14 может быть электрическим генератором, насосом или компрессором.
Фиг.2A-2D показывают силовую установку 80, которая включает в себя опорную конструкцию 10, средство 12 передачи мощности, силовую нагрузку 14 и газотурбинный двигатель 82, установленный на опорной конструкции 10. Газотурбинный двигатель 82 может включать в себя газогенератор 84, камеру сгорания 86, секцию 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90, соединенные друг с другом. Газогенератор 84 может включать в себя впускной трубопровод 85 и компрессор 87. Опора 32 может поддерживать газогенератор 84, а опора 30 может поддерживать сегмент 88 силовой турбины. Продольная ось 92 газотурбинного двигателя 82 может располагаться постоянно параллельно оси 70. Как видно на фиг.2 В и 2С, газотурбинный двигатель 82 может включать в себя выходной вал 94, подсоединенный к входному валу 76 средства 12 передачи мощности.
Установка газотурбинного двигателя 82 на опорную конструкцию 10 не ограничивается примером, показанным на фиг.2A-2D. Например, сегменты газотурбинного двигателя 82, отличающиеся от сегмента 88 силовой турбины и газогенератора 84, могут устанавливаться на опорах 30 и 32, соответственно.
Промышленная применимость
Силовая установка 80 и опорная конструкция 10 могут иметь применение там, где требуется мощность для выполнения одной или более задач. Газотурбинный двигатель 82 может работать таким образом, чтобы приводить в движение входной вал 76 средства 12 передачи мощности, приводя в движение силовую нагрузку 14, чтобы перекачивать жидкость, генерировать электричество, или выполнять другую работу. Когда газотурбинный двигатель 82 приводит в движение силовую нагрузку 14, опора 30 и опора 32 жестко закреплены на фиксированных позициях относительно друг друга на основании/опоре 16, чтобы удерживать различные участки газотурбинного двигателя 82 на фиксированных позициях по отношению к основанию/опоре 16.
Когда газотурбинный двигатель 82 не используется для приведения в движение силовой нагрузки 14, опорная конструкция 10 может быть использована для поддержки различных участков газотурбинного двигателя 82 для их перемещения с различными целями, например, такими как ремонт. Как показывает фиг.3А, подвижные опоры 62, 64 могут быть использованы, чтобы поддерживать компрессор 87 и камеру сгорания 86, когда компрессор 87 и камера сгорания 86 передвигаются вдоль продольной оси 92 от сегмента 88 силовой турбины и выпускного коллектора 90. Для того чтобы позволить произвести эту операцию, подвижные опоры 62, 64 могут быть сначала введены в зацепление с компрессором 87 таким образом, чтобы они могли полностью поддерживать компрессор 87 и камеру сгорания 86. Позднее любые соединения между компрессором 87 и опорой 32 могут быть отсоединены, и камера сгорания 86 может быть откреплена от сегмента 88 силовой турбины. Кроме того, компрессор 87 может быть отсоединен от впускного трубопровода 85, чтобы позволить компрессору 87 перемещаться вдоль продольной оси 92, в то время как впускной трубопровод 85 остается неподвижным. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения кольцеобразные элементы (не показаны), подсоединенные между внешней поверхностью компрессора 87 и впускным трубопроводом 85, могут быть удалены таким образом, что компрессор 87 может перемещаться через центральный участок впускного трубопровода 85.
Впоследствии, подвижные опоры 62, 64 могут скользить вдоль оси 70 на направляющих рельсах 68, 74, чтобы перемещать компрессор 87 и камеру сгорания 86 вдоль продольной оси 92 в направлении от сегмента 88 силовой турбины. Как только газогенератор 84 и камера сгорания 86 окажутся на желаемых положениях по оси 92, позиции подвижных опор 62, 64 могут быть зафиксированы, чтобы закрепить положение газогенератора 84 и камеры сгорания 86.
Как показывает фиг.3В, впускной трубопровод 85 можно оставить соединенным с компрессором 87 и перемещать с компрессором 87 и камерой сгорания 86 вдоль оси 92, когда подвижные опоры 62, 64 поддерживают компрессор 87, впускной трубопровод 85 и камеру сгорания 86. Это может повлечь за собой открепление любых соединений, фиксирующих впускной трубопровод 85 с опорой 32, другой системы трубопроводов (не показана), и/или другими компонентами до скольжения подвижных опор 62, 64 по оси 70.
Кроме того, как показывают фиг.4А и 4В, опора 30 может использоваться, чтобы поддерживать сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90, когда они перемещаются по направлению от продольной оси 92, независимо от газогенератора 84 и камеры сгорания 86. Для того чтобы можно было произвести эту операцию, выходной вал 94 газотурбинного двигателя 82 может быть отсоединен от входного вала 76 устройства 12 передачи мощности. Кроме того, любые сцепления, фиксирующие положение опоры 30 по отношению к опоре 32 и основанию/опоре 16, могут быть отсоединены. После этого, опора 30 может скользить по направляющим рельсам 42, 44, чтобы перемещать секцию 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 по направлению от продольной оси 92. В некоторых вариантах осуществления изобретения, таких как вариант, показанный на фиг.4А и 4В, опора 30 может полностью поддерживать сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90, когда они перемещаются по направлению от продольной оси 92. Когда опора 30 перемещается вдоль оси 48, опора 30 может начать съезжать с направляющих рельсов 42, 44 на направляющие рельсы 56, 58 переносных опор 50, 52. Как только сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 окажутся в желаемой позиции по оси 48, могут использоваться различные крепления, чтобы зафиксировать положение опоры 30, сегмента 88 силовой турбины и выпускного коллектора 90 вдоль оси 48.
Как показывает фиг.5, опорная конструкция 10 может также быть использована, чтобы поддерживать газотурбинный двигатель 82, как единое целое, когда он перемещается вдоль оси 48. Для того чтобы можно было произвести эту операцию, опоры 30, 32 можно оставить фиксировано прикрепленными друг к другу, выходной вал 94 газотурбинного двигателя 82 можно отсоединить от входного вала 76 устройства 12 передачи мощности, и любые сцепления, фиксирующие положение рамы 28 по отношению к основанию/опоре 16, могут быть отсоединены. Рама 28 может в этом случае скользить вдоль направляющих рельсов 42, 44, 46. Когда рама 28 перемещается вдоль оси 48, она может начать перемещаться от основания/опоры 16 на переносные опоры 50, 52, 54.
Вышеописанные возможности могут облегчить эксплуатацию силовой установки 80 множеством способов, обеспечивая доступность силовой установки 80 для выполнения обслуживания в любое время. Разделение в продольном направлении сегментов газотурбинного двигателя 82 может обеспечить доступ к внутренним компонентам для ремонта. В некоторых случаях, продольное разделение сегментов газотурбинного двигателя 82 может также устранить совмещение между компонентами отделенных сегментов, потому что один или более сегментов может перемещаться в направлении от продольной оси 92 независимо от других сегментов. В условиях, когда газотурбинный двигатель 82 был продольно разделен, один или более сегментов газотурбинного двигателя 82 могут быть отодвинуты от продольной оси 92, чтобы улучшить доступ к внутренним компонентам. В качестве альтернативы, один или более сегментов газотурбинного двигателя 82 могут быть отодвинуты от продольной оси 92 независимо от других сегментов, чтобы обеспечить доступ к внутренним компонентам, без продольного разделения газотурбинного двигателя 82.
Кроме того, возможность перемещать один или более сегментов газотурбинного двигателя 82 от продольной оси 92 независимо от других сегментов может позволить быстро и легко заменить один или более сегментов газотурбинного двигателя 82, без замены других сегментов. Например, сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 могут быть заменены без замены газогенератора 84 и камеры сгорания 86. Для того чтобы можно было произвести эту операцию, опора 30, сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 могут быть перемещены с основания/опоры 16 на переносные опоры 50, 52, в то время как опора 32, газогенератор 84 и камера сгорания 86 оставлены на основании/опоре 16. После этого опора 30, сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 могут быть удалены с переносных опор 50, 52, и когда замена будет произведена, сегмент силовой турбины и выпускной коллектор могут быть погружены на переносные опоры 50, 52 и задвинуты на место на основании/опоре 16.
Кроме того, раскрытые варианты осуществления изобретения позволяют быстро и легко заменить газотурбинный двигатель 82 как единое целое. Чтобы сделать это, рама 28 и газотурбинный двигатель 82 могут быть сначала сдвинуты с основания/опоры 16 на переносные опоры 50, 52, 54, а затем удалены с переносных опор 50, 52, 54. После этого замененные рама и газотурбинный двигатель могут быть погружены на переносные опоры 50, 52, 54 и задвинуты на место на основании/опоре 16.
После того как газотурбинный двигатель 82 или его сегмент были удалены с основания/опоры 16, они могут быть транспортированы к соответствующим средствам обслуживания для ремонта. Во время транспортировки и ремонта газотурбинного двигателя или его сегмент, рама 28 или опоры 30, 32 могут служить транспортировочной рамой. Когда рама 28 и газотурбинный двигатель 82 отделены от основания/опоры 16, рама 28 может служить в качестве транспортировочной рамы, полностью поддерживая газотурбинный двигатель 82 во время выполнения различных операций. Например, рама 28 может полностью поддерживать газотурбинный двигатель 82 во время таких операций, как погрузка газотурбинного двигателя 82 на транспортное средство, транспортировка газотурбинного двигателя 82 с помощью транспортного средства, разгрузка газотурбинного двигателя 82 с транспортного средства, ремонт газотурбинного двигателя 82. Аналогичным образом, когда опора 30, устройство 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 отделены от основания/опоры 16, газогенератор 84, камера сгорания 86 и опора 30 могут служить в качестве транспортировочной рамы, полностью поддерживая устройство 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 во время транспортировки и ремонта.
Использование опорной конструкции 10 не ограничивается примерами, описанными выше и показанными на фигурах. Например, в некоторых случаях опора 30, сегмент 88 силовой турбины и выпускной коллектор 90 могут быть закреплены стационарно на основании/опоре 16, в то время как опора 32 может перемещаться на направляющих рельсах 44, 46, чтобы перемещать газогенератор 84 и камеру сгорания 86 по направлению от продольной оси 92. Кроме того, газотурбинный двигатель 82 может быть разделен в других точках, нежели между камерой сгорания 86 и секцией 88 силовой турбины, например между газогенератором 84 и камерой сгорания 86. Более того, газотурбинный двигатель 82 и/или его сегменты могут перемещаться по причинам, отличным от причин, описанных выше.
В дополнение к обеспечению преимуществ, описанных выше, за счет использования направляющих рельсов 42, 44, 46, 68, 74, позволяющих ограничить перемещение опор 30, 32, 62, 64 по заданным траекториям, раскрытые варианты осуществления изобретения позволяют точно контролировать перемещение газотурбинного двигателя 82 и его сегментов. Это может помочь предотвратить столкновения во время перемещения газотурбинного двигателя 82 и/или его компонентов. Это может также облегчить достижение надлежащего выравнивания между компонентами во время их сборки друг с другом. Эти преимущества могут быть особенно значительными в тяжелых условиях, таких как неблагоприятная погода в морских районах.
Специалистам в этой области техники будет очевидно, что различные модификации и вариации могут быть сделаны в силовой системе и методах без выхода за рамки изобретения. Другие варианты осуществления изобретения раскрытой силовой системы и методов будут видны специалистам в этой области техники из подробного описания и практического использования силовых установок и методов, раскрытых здесь. Подразумевается, что подробное описание и примеры будут рассматриваться только в качестве примера, точные рамки изобретения определены соответствующими признаками формулы изобретения и их эквивалентами.