Газовая турбина и способ отключения газовой турбины при обнаружении разрушения ее вала - RU2376479C2

Описание

Настоящее изобретение относится к газовой турбине согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к способу отключения газовой турбины при обнаружении разрушения ее вала согласно ограничительной части п.6 формулы изобретения.

Газовые турбины, используемые, например, в качестве авиационных двигателей, наряду с камерой сгорания имеют по меньшей мере один компрессор и по меньшей мере одну турбину. В газовых турбинах только с одним компрессором и с одной турбиной компрессор и турбина соединены между собой единственным вращающимся валом. В газовой же турбине с двумя компрессорами и двумя турбинами, а именно: с компрессором низкого давления, с компрессором высокого давления, с турбиной высокого давления и с турбиной низкого давления, компрессор низкого давления и турбина низкого давления соединены между собой первым валом, а компрессор высокого давления и турбина высокого давления соединены между собой вторым валом. Оба этих вала обычно расположены соосно друг другу один в другом.

При разрушении вала газовой турбины необходимо надежно предотвращать ее вращение с завышенной частотой. При разрушении вала газовой турбины соединенный с ним компрессор перестает отбирать мощность от соответствующей турбины, которая в результате начинает вращаться с частотой, превышающей максимально допустимую. Поскольку подобное вращение турбины с завышенной частотой может привести к значительным повреждениям газовой турбины, должно обеспечиться надежное обнаружение, соответственно выявление разрушения вала газовой турбины в целях ее максимально быстрого отключения в качестве ответной меры на обнаружение подобной неполадки.

В DE 19524992 C1 описан способ регулирования двигателя с помощью микроконтроллера с контролем за работой двигателя для обнаружения разрушения вала и обнаружения повышения частоты вращения сверх максимально допустимой. В соответствии с описанным в указанной публикации способом с помощью соответствующих датчиков измеряют частоту вращения, результаты измерения которой позволяют проверять двигатель на предмет разрушения вала и повышения частоты вращения сверх максимально допустимой. При обнаружении подобных неполадок прекращают подачу топлива в камеру сгорания, в результате чего газовая турбина останавливается.

Согласно описанному в DE 19524992 C1 способу необходимо определять разность между частотой вращения обращенного к компрессору конца, соответственно участка вала газовой турбины и частотой вращения обращенного к турбине конца, соответственно участка вала газовой турбины. В соответствии с этим частоту вращения необходимо измерять по меньшей мере в двух точках - в первой точке, расположенной со стороны компрессора, и во второй точке, расположенной со стороны турбины. Измерение частоты вращения прежде всего в горячей зоне, где находится турбина, требует принятия сложных и дорогостоящих мер, из-за чего известный из уровня техники способ связан с высокими затратами на его реализацию и сложен в осуществлении. Помимо этого известный из DE 19524992 C1 способ может использоваться применительно только к одно-, соответственно двухвальным газовым турбинам. Использовать же этот известный из уровня техники способ применительно к многовальным газовым турбинам невозможно. Сказанное относится прежде всего к газовым турбинам с тремя и более валами, поскольку находящийся внутри вращающихся валов вал не столь просто связать с неподвижной системой координат.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать новую газовую турбину и предложить новый способ отключения газовой турбины при обнаружении разрушения ее вала.

Указанная задача решается с помощью газовой турбины, заявленной в п.1 формулы изобретения. Согласно изобретению на валу расположен по меньшей мере один проводник тока, который представляет собой компонент системы электропитания топливного насоса или компонент системы электропитания системы управления топливным насосом, при этом целостность проводника тока или каждого проводника тока контролируют таким образом, что при нарушении целостности проводника тока или каждого проводника тока подача электроэнергии на привод топливного насоса или в систему управления топливным насосом прерывается с самостоятельным, соответственно автоматическим отключением газовой турбины.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет надежным и простым путем обнаруживать разрушение вала в газовой турбине. В отличие от уровня техники в предлагаемой в изобретении газовой турбине не требуется использовать отдельное устройство для отключения газовой турбины при разрушении ее вала. Более того, согласно изобретению газовая турбина может отключаться непосредственно при нарушении целостности проводника тока или каждого проводника тока. Благодаря этому повышается надежность обнаружения разрушения вала газовой турбины и сокращаются связанные с этим расходы.

Предлагаемый в изобретении способ отключения газовой турбины при обнаружении разрушения ее вала заявлен в независимом п.6 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения и более подробно рассмотрены в последующем описании.

В простейшем варианте осуществления настоящего изобретения в нем предлагается газовая турбина с компрессором и турбиной, соединенными между собой валом, и с камерой сгорания, в которую топливным насосом подается топливо. С целью обеспечить отключение газовой турбины во избежание повышения частоты вращения ее турбины сверх максимально допустимой при обнаружении разрушения вала, соединяющего между собой компрессор и турбину, согласно настоящему изобретению предлагается размещать на валу по меньшей мере один проводник тока. При наличии топливного насоса с электроприводом такой проводник тока представляет собой непосредственно компонент системы электропитания подобного топливного насоса. При наличии же топливного насоса с механическим приводом, управляемого соответствующей системой управления, указанный проводник тока представляет собой компонент системы электропитания системы управления топливным насосом.

При разрушении вала предлагаемой в изобретении газовой турбины нарушается также целостность проводника тока или каждого проводника тока, в результате чего автоматически разрывается цепь электропитания топливного насоса, соответственно цепь электропитания системы управления топливным насосом, и газовая турбина отключается. Когда проводник тока представляет собой компонент системы электропитания топливного насоса, то при разрушении вала, а тем самым и при разрушении проводника тока непосредственно прекращается подача электроэнергии на электропривод топливного насоса. Когда же проводник тока представляет собой компонент системы электропитания системы управления топливным насосом, то при разрушении вала, а тем самым и при разрушении проводника тока непосредственно прекращается подача электроэнергии в систему управления топливным насосом. В результате в обоих случаях обеспечивается возможность непосредственного, т.е. не требующего применения никакого дополнительного устройства, отключения газовой турбины.

В соответствии со сказанным выше основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы размещать на по меньшей мере одном контролируемом вале по меньшей мере один проводник электрического тока, представляющий собой компонент электрической цепи. Повреждение проводника тока или каждого проводника тока, происходящее при разрушении вала, сопровождается разрывом соответствующей электрической цепи и непосредственным прекращением подачи топлива в камеру сгорания. Благодаря этому обеспечивается простое, а также надежное отключение газовой турбины при разрушении ее вала.

Необходимо отметить, что размещенный на вращающемся валу проводник тока или каждый проводник тока частично может располагаться внутри, а также частично может располагаться снаружи вала. Так, в частности, проводники тока могут быть проложены вдоль вала с его внутренней или с его наружной стороны.

Предлагаемый в изобретении принцип может быть простым путем реализован и применительно к многовальным газовым турбинам. Для этого каждый вал газовой турбины снабжают по меньшей мере одним проводником тока.

Настоящее изобретение обеспечивает надежное обнаружение разрушения вала газовой турбины. Благодаря этому можно уменьшить размеры и, как следствие, массу различных узлов газовой турбины, например, ее роторов, и в результате, во-первых, снизить вес газовой турбины в целом и, во-вторых, сэкономить на издержках. Для обнаружения разрушения вала газовой турбины требуется лишь сравнительно небольшое количество компонентов. Предлагаемая в изобретении система имеет компактное исполнение и позволяет непосредственно обнаруживать разрушение вала, не требуя применения дополнительных механизмов. При реализации настоящего изобретения можно с помощью простых средств обеспечить резервирование. Для этого необходимо лишь в несколько раз увеличить количество применяемых проводников тока. В многовальных газовых турбинах предлагаемое в изобретение решение позволяет простым и надежным путем обнаруживать разрушение вала газовой турбины и, как следствие, непосредственно прекращать подачу топлива в ее камеру сгорания.

Реферат

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к отключению турбин в экстренных случаях. Предложена газовая турбина, имеющая компрессор, турбину и камеру сгорания, в которую топливо подается топливным насосом, и отключаемая при обнаружении разрушения ее вала, соединяющего компрессор с турбиной. На валу газовой турбины расположен проводник тока, который представляет собой компонент системы электропитания топливного насоса или компонент системы электропитания системы управления топливным насосом, при нарушении целостности проводника тока подача электроэнергии на привод топливного насоса или в систему управления топливным насосом прерывается, что приводит к автоматическому отключению газовой турбины. Также предложен способ отключения турбины, согласно которому целостность вала турбины контролируют таким образом, что при нарушении целостности проводника тока, установленного на валу турбины, подача электроэнергии на привод топливного насоса или в систему управления топливным насосом прерывается с автоматическим отключением газовой турбины. Изобретение позволяет надежным и простым путем отключать турбину в случае разрушения ее вала. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

Формула