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CN115013165A - 燃气轮机直流启动系统 - Google Patents

燃气轮机直流启动系统 Download PDF

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CN115013165A CN202210607247.4A CN202210607247A CN115013165A CN 115013165 A CN115013165 A CN 115013165A CN 202210607247 A CN202210607247 A CN 202210607247A CN 115013165 A CN115013165 A CN 115013165A
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李宝
高闯
戴云凡
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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机直流启动系统，燃气轮机需要启动时，控制启动电源开关接通，直流启动电机加电工作带动齿轮箱主齿轮、燃气轮机及主发电机旋转；齿轮箱中主齿轮转速上升到燃气轮机的点火转速后，燃气轮机点火，直流启动电机及燃气轮机二者同时做功，推动齿轮箱中主齿轮转速继续上升；当齿轮箱中主齿轮转速高于直流启动电机额定转速后，超速脱扣装置动作使直流启动电机脱离与齿轮箱的机械连接，燃气轮机直流启动完成。该燃气轮机直流启动系统，使用蓄电池组作为带动直流启动电机的启动动力源，燃气轮机启动时不需要外接市电交流电源，扩展了燃气轮机的使用场景，提高了燃气轮机的启动可靠性，并且缩短了燃气轮机启动准备时间。

Description

燃气轮机直流启动系统
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机直流启动系统。
背景技术
燃气轮机被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，在舰船动力、工业驱动、发电等领域得到了广泛应用。燃气轮机启动过程需要外部提供能源。目前，燃气轮机机组大多位于厂房、分布式能源站等固定位置，启动时使用市电直接带动电动机或液压站等作为动力源。
当燃气轮机机组需要在无市电供应的场景使用，比如用于移动应急电源、紧急排水设备时，常常需要临时接动力电源，或使用小型柴油发电机机组作为启动动力，大大限制了燃气轮机的使用，降低了燃气轮机机组使用的可靠性，并且启动准备时间也较长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃气轮机直流启动系统，燃气轮机启动时不需要外接市电交流电源，扩展了燃气轮机的使用场景，提高了燃气轮机的启动可靠性，并且缩短了燃气轮机启动准备时间。
为解决上述技术问题，本发明提供的燃气轮机直流启动系统，其包括启动电源开关Q3、直流启动电机6、燃气轮机7、齿轮箱8、主发电机9、蓄电池组11；
所述蓄电池组11正端连接到母线10，负端接地；
所述直流启动电机6，其电源接入正端经启动电源开关Q3接所述母线10，其输出轴通过超速脱扣装置连接齿轮箱8；
所述燃气轮机7输出轴与齿轮箱8机械连接；
所述主发电机9转子与齿轮箱8机械连接；
当齿轮箱8主齿轮转速低于或等于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置处在初始位置使直流启动电机6输出轴与齿轮箱8机械连接，直流启动电机6加电工作时其输出轴能带动齿轮箱8主齿轮旋转，齿轮箱8主齿轮旋转能带动燃气轮机7输出轴及主发电机9转子旋转；
当齿轮箱8主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机6输出轴与齿轮箱8脱离机械连接；
当燃气轮机7输出轴转速大于点火转速，燃气轮机7点火；点火转速小于直流启动电机额定转速。
较佳的，所述燃气轮机直流启动系统还包括控制器；
所述启动电源开关Q3为常闭开关；
所述控制器，当齿轮箱8主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机6脱离与齿轮箱8的机械连接时，控制所述启动电源开关Q3断开。
较佳的，所述燃气轮机直流启动系统还包括内部充电开关Q2、内部充电器3、永磁发电机5；
所述永磁发电机5的转子与主发电机9的转子同轴旋转，用于发出单相交流电；
所述内部充电器3，用于将永磁发电机5发出的单相交流电源转换为电压与蓄电池组11相符合的直流电，其输入端接永磁发电机5发出的单相交流电源，其输出端经内部充电开关Q2接所述母线10。
较佳的，所述永磁发电机5安装在主发电机9内。
较佳的，所述燃气轮机直流启动系统还包括自动励磁机4；
所述自动励磁机4，用于给主发电机9的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，其电源接入端接永磁发电机5发出的单相交流电源，其输出端接主发电机9的励磁绕组；
所述控制器，当主发电机9的转子转速达到主发电机额定转速后，控制所述自动励磁机4开始工作，给主发电机9的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，使主发电机9输出电压达到设定值并保持稳定；否则禁止自动励磁机4工作；
主发电机额定转速大于直流启动电机额定转速。
较佳的，所述燃气轮机直流启动系统还包括外部充电器2及外部充电开关Q1；
所述外部充电器2，其外部充电接口1用于接外部市电交流电源，其输出端经所述外部充电开关Q1接所述母线10，用于将市电交流电源转换为电压与蓄电池组相符合的直流电；
所述外部充电开关Q1为常开开关。
较佳的，所述蓄电池组11正端经蓄电池组开关Q4接所述母线10。
较佳的，所述蓄电池组开关Q4为常闭开关。
本发明的燃气轮机直流启动系统，燃气轮机7需要启动时，控制启动电源开关Q3接通，直流启动电机6加电工作带动齿轮箱8主齿轮、燃气轮机7及主发电机9旋转；齿轮箱8中主齿轮转速上升到燃气轮机7的点火转速后，燃气轮机7点火，喷入燃料，直流启动电机6及燃气轮机7二者同时做功，推动齿轮箱8中主齿轮转速继续上升；当齿轮箱8中主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速后，超速脱扣装置动作使直流启动电机6脱离与齿轮箱8的机械连接，燃气轮机直流启动完成。该燃气轮机直流启动系统，使用蓄电池组11作为带动直流启动电机6的启动动力源，实现燃气轮机7的启动，燃气轮机7启动时不需要外接市电交流电源，扩展了燃气轮机7的使用场景，提高了燃气轮机7的启动可靠性，并且缩短了燃气轮机7启动准备时间，适用于燃气轮机7的直流黑启动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的燃气轮机直流启动系统一实施例结构示意图。
附图标记说明：
Q4蓄电池组开关；Q3启动电源开关；Q2内部充电开关；Q1外部充电开关；1外部充电接口；2外部充电器；3内部充电器；4自动励磁机；5永磁发电机；6直流启动电机；7燃气轮机；8齿轮箱；9主发电机；10母线；11蓄电池组；12发电机电力出口。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，燃气轮机直流启动系统包括启动电源开关Q3、直流启动电机6、燃气轮机7、齿轮箱8、主发电机9、蓄电池组11；
所述蓄电池组11正端连接到母线10，负端接地；
所述直流启动电机6，其电源接入正端经启动电源开关Q3接所述母线10，其输出轴通过超速脱扣装置连接齿轮箱8；
所述燃气轮机7输出轴与齿轮箱8机械连接；
所述主发电机9转子与齿轮箱8机械连接；
当齿轮箱8主齿轮转速低于或等于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置处在初始位置使直流启动电机6输出轴与齿轮箱8机械连接，直流启动电机6加电工作时其输出轴能带动齿轮箱8主齿轮旋转，齿轮箱8主齿轮旋转能带动燃气轮机7输出轴及主发电机9转子旋转；
当齿轮箱8主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机6输出轴与齿轮箱8脱离机械连接；
当燃气轮机7输出轴转速大于点火转速，燃气轮机7点火；点火转速小于直流启动电机额定转速。
实施例一的燃气轮机直流启动系统，启动电源开关Q3用于控制启动直流电机电6路的起停；直流启动电机6用于在燃气轮机7启动时提供动力；燃气轮机7是原动机械，用于驱动主发电机9；齿轮箱8用于将燃气轮机9的动力传递给主发电机9，并使主发电机9得到设计的转速；主发电机9用于将燃气轮机9的机械能转换成电能，并输出额定电压；主发电机9所产生的电功率通过发电机电力出口12输出。
实施例一的燃气轮机直流启动系统，燃气轮机7需要启动时，控制启动电源开关Q3接通，直流启动电机6加电工作带动齿轮箱8主齿轮、燃气轮机7及主发电机9旋转；齿轮箱8中主齿轮转速上升到燃气轮机7的点火转速后，燃气轮机7点火，喷入燃料，直流启动电机6及燃气轮机7二者同时做功，推动齿轮箱8中主齿轮转速继续上升；当齿轮箱8中主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速后，超速脱扣装置动作使直流启动电机6脱离与齿轮箱8的机械连接，燃气轮机直流启动完成。
实施例一的燃气轮机直流启动系统，使用蓄电池组11作为带动直流启动电机6的启动动力源，实现燃气轮机7的启动，燃气轮机7启动时不需要外接市电交流电源，扩展了燃气轮机7的使用场景，提高了燃气轮机7的启动可靠性，并且缩短了燃气轮机7启动准备时间，适用于燃气轮机7的直流黑启动。
实施例二
基于实施例一，所述燃气轮机直流启动系统还包括控制器；
所述启动电源开关Q3为常闭开关；
所述控制器，当齿轮箱8主齿轮转速高于直流启动电机6额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机6脱离与齿轮箱8的机械连接时，控制所述启动电源开关Q3断开。
实施例三
基于实施例二，所述燃气轮机直流启动系统还包括内部充电开关Q2、内部充电器3、永磁发电机(PMG)5；
所述永磁发电机(PMG)5的转子与主发电机9的转子同轴旋转，用于发出单相交流电；
所述内部充电器3，用于将永磁发电机(PMG)5发出的单相交流电源转换为电压与蓄电池组11相符合的直流电，其输入端接永磁发电机(PMG)5发出的单相交流电源，其输出端经内部充电开关Q2接所述母线10。
较佳的，所述永磁发电机5安装在主发电机9内。
实施例三的燃气轮机直流启动系统，内部充电开关Q2用于控制内部充电电路的通断；内部充电器3将永磁发电机(PMG)5发出的单相交流电源转换为电压与蓄电池组11相符合的直流电，给蓄电池组11充电。
实施例四
基于实施例三的燃气轮机直流启动系统，所述燃气轮机直流启动系统还包括自动励磁机(AVR)4；
所述自动励磁机(AVR)4，用于给主发电机9的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，其电源接入端接永磁发电机(PMG)5发出的单相交流电源，其输出端接主发电机9的励磁绕组；
所述控制器，当主发电机9的转子转速达到主发电机额定转速后，控制所述自动励磁机(AVR)4开始工作，给主发电机9的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，使主发电机9输出电压达到设定值并保持稳定；否则禁止自动励磁机(AVR)4工作；
主发电机额定转速大于直流启动电机额定转速。
实施例四的燃气轮机直流启动系统，永磁发电机(PMG)5经内部充电器3给蓄电池组11充电，同时给自动励磁机(AVR)4提供电源。燃气轮机7点火成功后，会自动加速到燃气轮机额定转速，此时齿轮箱8带动主发电机9也达到主发电机额定转速，永磁发电机(PMG)5也同样达到永磁发电机额定转速，发出单相交流电源，给自动励磁机(AVR)4供电，提供励磁电源。自动励磁机4给主发电机9励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，使主发电机9输出电压达到设定值并保持稳定，通过发电机电力出口10，输出主发电机9所产生的电功率。
实施例五
基于实施例三，所述燃气轮机直流启动系统还包括外部充电器2、外部充电开关Q1；
所述外部充电器2，其外部充电接口1用于接外部市电交流电源，其输出端经所述外部充电开关Q1接所述母线10，用于将市电交流电源转换为电压与蓄电池组相符合的直流电；
所述外部充电开关Q1为常开开关。
实施例五的燃气轮机直流启动系统，外部充电开关Q1用于控制外部充电电路的通断，当需要为给蓄电池组11充电时，接通外部充电开关Q1，并断开内部充电开关Q2、启动电源开关Q3。若蓄电池组11首次使用或长时间未使用时，可以先通过将外部充电器2的外部充电接口1连接市电交流电源，经外部充电器2将市电电源电压转换为与蓄电池组11相符合的直流电给蓄电池组11充电。
实施例六
基于实施例一的燃气轮机直流黑启动系统，所述蓄电池组11正端经蓄电池组开关Q4接所述母线10。
较佳的，所述蓄电池组开关Q4为常闭开关。
实施例六的燃气轮机直流黑启动系统，蓄电池组开关Q4用于控制蓄电池组11输出电路的通断，燃气轮机直流启动系统使用前接通蓄电池组开关Q4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种燃气轮机直流启动系统，其特征在于，其包括启动电源开关(Q3)、直流启动电机(6)、燃气轮机(7)、齿轮箱(8)、主发电机(9)、蓄电池组(11)；
所述蓄电池组(11)正端连接到母线(10)，负端接地；
所述直流启动电机(6)，其电源接入正端经启动电源开关(Q3)接所述母线(10)，其输出轴通过超速脱扣装置连接齿轮箱(8)；
所述燃气轮机(7)输出轴与齿轮箱(8)机械连接；
所述主发电机(9)转子与齿轮箱(8)机械连接；
当齿轮箱(8)主齿轮转速低于或等于直流启动电机(6)额定转速，超速脱扣装置处在初始位置使直流启动电机(6)输出轴与齿轮箱(8)机械连接，直流启动电机(6)加电工作时其输出轴能带动齿轮箱(8)主齿轮旋转，齿轮箱(8)主齿轮旋转能带动燃气轮机(7)输出轴及主发电机(9)转子旋转；
当齿轮箱(8)主齿轮转速高于直流启动电机(6)额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机(6)输出轴与齿轮箱(8)脱离机械连接；
当燃气轮机(7)输出轴转速大于点火转速，燃气轮机(7)点火；点火转速小于直流启动电机额定转速。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述燃气轮机直流启动系统还包括控制器；
所述启动电源开关(Q3)为常闭开关；
所述控制器，当齿轮箱(8)主齿轮转速高于直流启动电机(6)额定转速，超速脱扣装置动作使直流启动电机(6)脱离与齿轮箱(8)的机械连接时，控制所述启动电源开关(Q3)断开。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述燃气轮机直流启动系统还包括内部充电开关(Q2)、内部充电器(3)、永磁发电机(5)；
所述永磁发电机(5)的转子与主发电机(9)的转子同轴旋转，用于发出单相交流电；
所述内部充电器(3)，用于将永磁发电机(5)发出的单相交流电源转换为电压与蓄电池组(11)相符合的直流电，其输入端接永磁发电机(5)发出的单相交流电源，其输出端经内部充电开关(Q2)接所述母线(10)。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述永磁发电机(5)安装在主发电机(9)内。
5.根据权利要求3所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述燃气轮机直流启动系统还包括自动励磁机(4)；
所述自动励磁机(4)，用于给主发电机(9)的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，其电源接入端接永磁发电机(5)发出的单相交流电源，其输出端接主发电机(9)的励磁绕组；
所述控制器，当主发电机(9)的转子转速达到主发电机额定转速后，控制所述自动励磁机(4)开始工作，给主发电机(9)的励磁绕组提供励磁电压、励磁电流，使主发电机(9)输出电压达到设定值并保持稳定；否则禁止自动励磁机(4)工作；
主发电机额定转速大于直流启动电机额定转速。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述燃气轮机直流启动系统还包括外部充电器(2)及外部充电开关(Q1)；
所述外部充电器(2)，其外部充电接口(1)用于接外部市电交流电源，其输出端经所述外部充电开关(Q1)接所述母线(10)，用于将市电交流电源转换为电压与蓄电池组相符合的直流电；
所述外部充电开关(Q1)为常开开关。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述蓄电池组(11)正端经蓄电池组开关(Q4)接所述母线(10)。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机直流启动系统，其特征在于，
所述蓄电池组开关(Q4)为常闭开关。
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