專利名稱：一種航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置，它適用于油田開發(fā)、石油化工以及冶金、發(fā)電、紡織、造船等部門。它不僅可以提供部分電能，還可以綜合提供其它形式的能量，例如可作為燃氣發(fā)生器提供氣體動能，作為熱風源提供熱能以及帶動蒸氣發(fā)生器等。
在石油的開采以及石油加工過程中，需要大量的能量，不僅需要電能，還需要諸如熱能等其它形式的能量，用以在石油輸送過程中為防止石油的凝固而對其加熱。一般油田都處于遠離城市或是發(fā)電廠周圍電網(wǎng)所能覆蓋的能源集中區(qū)域，需要自己配備動力裝置。由于燃氣化機功率大，結(jié)構(gòu)輕便緊湊，很適于油田等野外環(huán)境使用，因此它已作為石油行業(yè)的動力源被普遍采用。
燃氣輪機是一種高技術(shù)產(chǎn)品，特別是航空用的渦輪風扇發(fā)動機，在經(jīng)過長時間的研究試驗和消耗了大量的研制經(jīng)費之后，才得到今天這樣的高水平。它不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且效率、壽命都有很大提高，有的已高于其它動力裝置。但如果要求航空渦輪發(fā)動機在地面直接輸出機械能去驅(qū)動發(fā)電機等驅(qū)動對象，需要增加自由渦輪部分。為了得到較高的效率和壽命，要做大量的工作。自由渦輪的設(shè)計和其與原發(fā)動機的匹配都是相當困難的，在國外，一個成功的發(fā)動機改型，通常要花費十年的時間和數(shù)億美元的資金。
現(xiàn)在各國航空公司為了改善自身的竟爭地位，不斷對使用的民航客機進行更新，這往往造成所用的渦輪發(fā)動機還有相當長的使用壽命時就被提前退役，這些發(fā)動機的利用，特別是地面或船舶利用，就成了人們關(guān)心的問題。
本實用新型的目的就是利用現(xiàn)在的航空渦扇發(fā)動機進行二次開發(fā)，改裝成可在地面使用的一種新型動力源。
本實用新型的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，它由燃氣輪機(1)、發(fā)電機(2)和控制設(shè)備組成，其特征在于燃氣輪機(1)為渦輪風扇發(fā)動機，其外函道(3)口處有一環(huán)形堵板(4)把外函道(3)堵住，風扇轉(zhuǎn)子葉片(5)被切除其頂部，使風扇直徑減為只與內(nèi)函道口部尺寸相應(yīng)，風扇軸前端延長以便帶動發(fā)電機(2)，在發(fā)動機組近旁有標準工業(yè)控制介面(7)，在標準工業(yè)控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)，在渦輪風扇發(fā)動機(1)和發(fā)電機(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)相連的控制執(zhí)行元件(10)和測量傳感元件(11)，有可以為整個系統(tǒng)共用的中央控制計算機(12)，中央控制計算機(12)通過串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面相連。
本實用新型是利用原有的渦輪風扇發(fā)動機(1)為核心，通過對風扇轉(zhuǎn)子葉片(5)的外函部分切頂，而且把風扇靜子葉片的外函道口處堵住，變?yōu)橐慌_只有內(nèi)函道部分工作的渦輪發(fā)動機。由于風扇的外函部分不再做功，因而通過在風扇轉(zhuǎn)子前端加接一臺發(fā)電機(2)，吸收相應(yīng)部分的功率，使發(fā)動機(1)的工作參數(shù)基本沒有變化，達到對發(fā)動機(1)做最小的改動，保持原發(fā)動機的高性能的目的。
本實用新型中的發(fā)電機(2)可以是稀土永磁發(fā)電機，在稀土永磁發(fā)電機輸出端接有整流逆變裝置(6)。使用稀土永磁發(fā)電機是為了可直接與風扇軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由于采用整流及逆變裝置(6)進行變換，發(fā)電機沒有同步轉(zhuǎn)速問題，可以隨發(fā)動機(2)的調(diào)整而變化。此外使用稀土永磁材料做發(fā)電機轉(zhuǎn)子，可不用開鑲嵌轉(zhuǎn)子線圈的槽，也沒有轉(zhuǎn)子線圈，這樣，既不需要勵磁系統(tǒng)和電刷，減化了結(jié)構(gòu)，又由于轉(zhuǎn)子的強度增加而使其極限轉(zhuǎn)速可以提高，可不用減速機構(gòu)而直接與網(wǎng)扇軸連接。
本實用新型中，采用機電一體化的控制手段，發(fā)動機(1)、發(fā)電機(2)以及其它設(shè)備的控制和各種參數(shù)的檢測都通過中央控制計算機(12)來進行，中央控制計算機(12)可通過檢測整個系統(tǒng)的參數(shù)，使用專家系統(tǒng)軟件進行決策，使本實用新型始終工作在最佳工作狀態(tài)。本實用新型中的控制執(zhí)行元件(10)都是一些完成單一功能的執(zhí)行元件，如燃氣油流量控制閥，靜子葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)等，它以各自與插入標準工業(yè)控制介面(簡稱RTU)(7)的控制適配模塊(8)相連，RTU(7)通過串行通訊接口與中央控制計算機(12)相連，中央控制計算機(12)要對某個控制執(zhí)行元件(10)進行操作時，選發(fā)出地址選通指令，RTU(7)選通相應(yīng)的控制適配模塊(8)，然后中央控制計算機(12)發(fā)出操作指令，控制適配模塊(8)把它變?yōu)榭刂茍?zhí)行元件(10)所需的電信號，控制其控制執(zhí)行元件(10)的執(zhí)行。同樣，在對系統(tǒng)參數(shù)進行測量時，中央控制計算機(12)也是發(fā)出地址選通指令，RTU(7)選通相應(yīng)的測量適配模塊(9)，測量適配模塊(9)把測量傳感元件(11)得到的物理經(jīng)模／數(shù)變化后送回計算機(12)。計算機通過掃描不斷采集系統(tǒng)各種參數(shù)，形成實時數(shù)據(jù)流，并對其進行處理。由于RTU(7)就近放置于被控設(shè)備旁邊，各種控制執(zhí)行元件(10)和各種測量傳感元件(11)與相應(yīng)的適配模塊的連線不用引入控制室中，使連線大大減少和縮短。此外，采用RTU(7)進行控制便于維修和擴充。擴充時，只須在空閑的RTU(7)插槽中插入相應(yīng)的適配模塊，并接上相應(yīng)的執(zhí)行／測量元件即可。RTU(7)與中央控制計算機之間是用串行通訊的方式連接，因為當RTU中的插槽不夠時，可以通過串入更多的RTU來解決。由于中央控制計算機(12)是為整個系統(tǒng)共有的，可以幾臺機組、甚至整個電站共用一臺控制計算機進行群控和總體控制，解決了各個部分的協(xié)調(diào)問題。
本實用新型作為一種動力源，除在風扇軸前端接有的發(fā)電機(2)可以輸出一部分電力外，其渦扇發(fā)動機(1)后部尾噴管處還可以輸出有較高溫度的大流量燃氣，可以作為一個燃氣發(fā)生器使用。為提高整體的能量利用率，在本實用新型中，可以在渦扇發(fā)動機(1)的尾部接有一蒸氣鍋爐，在本實用新型提供電能的同時提供過熱蒸汽，以供其它裝備使用。
本實用新型以國內(nèi)將在1991年退役的MK512渦扇發(fā)動機為例，經(jīng)改裝后，在發(fā)動機前端可接一臺發(fā)電機，其容量為3500千瓦，而且發(fā)動機尾噴管處還有絕對溫度為900度、流量為每秒50公斤的燃氣輸出，大約相當于6000－－7000千瓦的氣體動勢能，可以用于做煉油廠、化工廠、冶煉廠的加熱爐熱源或是燃燒爐的熱風源。而在發(fā)動機尾部帶蒸汽鍋爐時，可輸出壓力為3.9兆帕、溫度為440℃的過熱蒸汽。
權(quán)利要求1.一種航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置，它由燃氣輪機(1)、發(fā)電機(2)、和控制設(shè)備組成，其特征在于燃氣輪機(1)為渦輪風扇發(fā)動機，其外函道(3)口處有一環(huán)形堵板(4)把外函道(3)堵住，風扇轉(zhuǎn)子葉片(5)被切除其頂部，使風扇直徑減為只與內(nèi)函道口部尺寸相應(yīng)，風扇軸前端延長以便帶動發(fā)電機(2)，在發(fā)動機組旁近有標準工業(yè)控制介面(7)，在標準工業(yè)控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)，在渦輪風扇發(fā)動機(1)和發(fā)電機(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)相連的控制執(zhí)行元件(10)和測量傳感元件(11)，有可以為整個系統(tǒng)共用的中央控制計算機(12)，中央控制計算機(12)通過串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面相連。
2.如權(quán)利要求1所述的航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置，其特征在于發(fā)電機(2)為稀土永磁發(fā)電機，在發(fā)電機端接有整流逆變裝置(6)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置，其特征在于在發(fā)動機(1)尾部接有利用熱燃氣的蒸汽鍋爐。
專利摘要一種航空渦輪發(fā)動機地面動力裝置，它適用于石油、化工及冶金等行業(yè)。它由普遍航空渦扇發(fā)動機堵住風扇靜葉的外涵道部分，并把風扇轉(zhuǎn)葉對應(yīng)外涵部分的葉尖截掉，在其軸前端接一稀土永磁發(fā)電機，吸收由于去掉外涵后風扇軸的多余功率以保持發(fā)動機運行參數(shù)不變。發(fā)電機通過整流及逆變裝置輸出，不受同步轉(zhuǎn)速限制，直接偶合而省去減速機構(gòu)。發(fā)動機后部輸出的高氣流可用于蒸汽鍋爐，加熱爐等，整個裝置用機電一體化控制技術(shù)控制。
文檔編號F02C6/00GK2064419SQ8921983
公開日1990年10月24日 申請日期1989年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月21日
發(fā)明者吳仲華 申請人:北京市西城新開通用試驗廠