一种燃气涡轮发电机及其工作方法与流程

本发明涉及一种燃气涡轮发电机及其工作方法，属于燃气涡轮发电机。

背景技术：

1、目前微型燃气涡轮发电机技术具有十分广泛的应用，并已在坦克、雷达、炮车、导弹系统等武器装备领域取得应用。目前大量使用的微型燃气涡轮发电机方案普遍结构形式为发电机与燃气涡轮及压气机等同轴式布置结构，此种结构方案由于发电机与涡轮、压气机同轴布置，因此运转过程中由于燃烧不稳定产生的振动会直接影响到发电机的输出，涡轮、压气机、发电机轴系振动容易相互耦合。同时，由于所有旋转件均在同一轴系上，轴系转动惯量较大，启动加速力矩大，启动响应慢，在变工况的情况下，涡轮、发电机及压缩机很难全部保证在最佳效率点工作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种燃气涡轮发电机及其工作方法，解决了现有微型燃气涡轮发电机中因所有旋转件均在同一轴系所导致的振动耦合及涡轮、发电机及压缩机难以全部保证在最佳效率点工作等技术问题，本发明能够有效避免振动耦合，实现最佳效率匹配。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种燃气涡轮发电机，包括整机壳体和设于整机壳体内部的发电机轴、发电机定子、启动电机、压气机叶轮、空心轴、环形燃烧室、第一级导叶、第一级涡轮、可调导叶和双列复速级涡轮；

4、启动电机、压气机叶轮和第一级涡轮从前到后依次同轴安装于空心轴上，启动电机用于启动空心轴的旋转；空心轴、压气机叶轮和第一级涡轮同步旋转；

5、环形燃烧室和第一级导叶设于压气机叶轮和第一级涡轮之间，环形燃烧室位于第一级导叶前方；整机壳体上设有空气入口，外部空气在压气机叶轮的转动作用下经空气入口吸入并压缩至环形燃烧室；环形燃烧室产生的燃气用于经第一级导叶膨胀加速后驱动第一级涡轮旋转；

6、发电机轴穿过空心轴内部，发电机轴后端安装单级双列复速级涡轮，发电机轴前端设于发电机定子内部，发电机轴包括发电机转子，发电机转子位于整个发电机轴的前端；

7、可调导叶设于第一级涡轮和单级双列复速级涡轮之间，用于调节经第一级涡轮排出后的燃气的速度和方向；

8、单级双列复速级涡轮用于在经可调导叶排出后的燃气的作用下带动发电机轴旋转。

9、进一步的，发电机轴利用3个轴承支撑于整机壳体内部，3个轴承分别位于发电机定子的前方、后方以及双列复速级涡轮的后方。

10、进一步的，环形燃烧室和第一级导叶固定安装于整机壳体上；

11、空心轴穿过环形燃烧室和第一级导叶中心；

12、空心轴通过轴承支撑于整机壳体内部。

13、进一步的，环形燃烧室内部安装有燃油喷嘴和点火器；

14、燃油喷嘴与外部油箱连通。

15、进一步的，整机壳体所设空气入口处设有空气过滤网。

16、进一步的，整机壳体所设空气入口≥1处。

17、进一步的，还包括输出端子、控制器和燃油调节阀；

18、燃油调节阀设于用于连通燃油喷嘴与外部油箱的管路上，输出端子用于获取发电机轴的转速信息，并将转速信息输出至控制器，控制器根据转速信息控制燃油调节阀和可调导叶，进而实现燃气涡轮发电机功率的控制。

19、上述一种燃气涡轮发电机的工作方法，其特征在于，包括：

20、启动电机启动空心轴的旋转，空心轴带动压气机叶轮旋转；

21、外部空气在压气机叶轮的转动作用下经空气入口吸入并压缩至环形燃烧室；

22、环形燃烧室点火后产生燃气，燃气经第一级导叶膨胀加速后驱动第一级涡轮旋转；

23、第一级涡轮的旋转带动压气机叶轮旋转，外部空气在压气机叶轮的转动作用下不断经空气入口吸入并压缩至环形燃烧室，环形燃烧室不断产生燃气；

24、燃气经第一级导叶和第一级涡轮排出后到达可调导叶，可调导叶对燃气的速度和方向进行调节；

25、经可调导叶排出后的燃气驱动单级双列复速级涡轮旋转，单级双列复速级涡轮的旋转带动发电机轴旋转，输出交流电能。

26、进一步的，输出的交流电能稳定后，关闭启动电机。

27、进一步的，燃气涡轮发电机还包括输出端子、控制器和燃油调节阀；

28、燃油调节阀设于用于连通环形燃烧室内部的燃油喷嘴与外部油箱的管路上，输出端子用于获取发电机轴的转速信息，并将转速信息输出至控制器，控制器根据转速信息控制燃油调节阀和可调导叶，实现燃气涡轮发电机功率的控制。

29、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

30、(1)本发明创造性的提出一种燃气涡轮发电机，将涡轮发电机中核心的涡轮压缩机轴系与涡轮发电机轴系分开设计，涡轮压缩机轴系只负责参与燃烧部分的工作产生燃气，涡轮发电机部分轴系只负责转换能量，将燃气动能转换为交流电能，燃烧部分与发电部分之间无机械连接，通过工作介质燃气实现软连接，中间再设置可调角度的导叶，最终实现最佳效率匹配；

31、(2)本发明涡轮压缩机轴系采用中空结构设计，涡轮发电机轴系从涡轮压缩机轴系中心穿过，涡轮发电机轴系采用三轴承支撑结构形式，此结构方案轴系结构简单，转动惯量小，可实现快速启动响应，容易调节；

32、(3)本发明发电机置于压缩机外侧，能够有效避免涡轮高温排气对发电机定子的影响。

技术特征：

1.一种燃气涡轮发电机，其特征在于，包括整机壳体(23)和设于整机壳体(23)内部的发电机轴(2)、发电机定子(3)、启动电机(22)、压气机叶轮(4)、空心轴(21)、环形燃烧室(5)、第一级导叶(6)、第一级涡轮(7)、可调导叶(8)和双列复速级涡轮(9)；

2.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，发电机轴(2)利用3个轴承支撑于整机壳体(23)内部，3个轴承分别位于发电机定子(3)的前方、后方以及双列复速级涡轮(9)的后方。

3.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，环形燃烧室(5)和第一级导叶(6)固定安装于整机壳体(23)上；

4.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，环形燃烧室(5)内部安装有燃油喷嘴(16)和点火器(13)；

5.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，整机壳体(23)所设空气入口处设有空气过滤网(1)。

6.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，整机壳体(23)所设空气入口≥1处。

7.根据权利要求4所述的一种燃气涡轮发电机，其特征在于，还包括输出端子(19)、控制器(17)和燃油调节阀(15)；

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种燃气涡轮发电机的工作方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种燃气涡轮发电机的工作方法，其特征在于，输出的交流电能稳定后，关闭启动电机(22)。

10.根据权利要求8所述的一种燃气涡轮发电机的工作方法，其特征在于，燃气涡轮发电机还包括输出端子(19)、控制器(17)和燃油调节阀(15)；

技术总结
本发明公开了一种燃气涡轮发电机，启动电机、压气机叶轮和第一级涡轮依次同轴安装于空心轴上；环形燃烧室和第一级导叶设于压气机叶轮和第一级涡轮之间；外部空气在压气机叶轮的作用下吸入并压缩至环形燃烧室，燃气驱动第一级涡轮旋转；发电机轴穿过空心轴内部，发电机轴后端安装双列复速级涡轮，前端设于发电机定子内部；可调导叶设于第一级涡轮和双列复速级涡轮之间。本发明还公开了燃气涡轮发电机的工作方法，第一级涡轮带动压气机叶轮旋转，外部空气在压气机叶轮的转动作用下不断吸入并压缩至环形燃烧室，环形燃烧室不断产生燃气；经可调导叶后的燃气驱动双列复速级涡轮旋转，带动发电机轴旋转。本发明能有效避免振动耦合，实现最佳效率匹配。

技术研发人员：郝小龙,张明根,赵经明,唐慧慧,解俊良,王志峰,刘群
受保护的技术使用者：北京精密机电控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12