ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

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.
Известна турбоэлектрическая установка, содержащая магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение турбиной.
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.
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.
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.
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.
На фигуре 1 представлена конструкция турбоэлектрической станции. Устройство состоит из двух идентичных установок, одна из которых снабжена валом 1, а другая валом 2.
Вал 1 закреплен в подшипниках 5, а вал 2 в подшипниках 6. На валах жестко закреплены ротора 7 и 8 на постоянных магнитах.
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.
Турбоэлектрическая станция работает следующим образом.
1
2
1
2
1
2
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 n и n. Радиальные нагрузки воспринимают газодинамические подшипники 5 и 6. Осевые усилия направлены встречно и компенсируются подшипниковым узлом 13. Ротора 7 и 8 вращаются со скоростями n и n, а на выходных обмотках статоров появляются напряжения пропорциональные n и n. Эти напряжения подаются на входы, которых питают инвертор 16, который и снабжает электроэнергией нагрузку.
1
2
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 n и n выравниваются.
1
2
Максимальный дисбаланс выходных напряжений воспрямителей 14 и 15 порядка 5 В и при выходном напряжении 500 В удается выровнять обороты n и n 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.
Составитель описания: Лаптев Н.Н.
Источники информации, принятые при составлении описания:
1. Журнал «Нефтегазовая вертикаль» Москва, март-апрель 2003 г. с 58-60.
2. RU 82388 U1 29.12.2008 г.