專利名稱：一種航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)地面動(dòng)力裝置的制作方法
一種航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)地面動(dòng)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?xì)獍l(fā)生器提供氣體動(dòng)能，作為熱風(fēng)源提供熱能以及帶動(dòng)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(duì)其加熱。一般油田都處于遠(yuǎn)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(dòng)力裝置。由于燃?xì)饣瘷C(jī)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(dòng)力源被普遍采用。
燃?xì)廨啓C(jī)是一種高技術(shù)產(chǎn)品，特別是航空用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究試驗(yàn)和消耗了大量的研制經(jīng)費(fèi)之后，才得到今天這樣的高水下。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(dòng)力裝置。但如果要求航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在地面直接輸出機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)對(duì)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(jì)和其與原發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配都是相當(dāng)困難的，在國(guó)外，一個(gè)成功的發(fā)動(dòng)機(jī)改型，通常要花費(fèi)十年的時(shí)間和數(shù)億美元的資金。
現(xiàn)在各國(guó)航空公司為了改善自身的竟?fàn)幍匚唬粩鄬?duì)使用的民航客機(jī)進(jìn)行更新，這往往造成所用的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命時(shí)就被提前退役，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的利用，特別是地面或船舶利用，就成了人們關(guān)心的問題。
本發(fā)明的目的就是利用現(xiàn)在的航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)，改裝成可在地面使用的一種新型動(dòng)力源。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它由燃?xì)廨啓C(jī)(1)、發(fā)電機(jī)(2)和控制設(shè)備組成，其特征在于燃?xì)廨啓C(jī)(1)為渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其外函道(3)口處有一環(huán)形堵板(4)把外函道(3)堵住，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片(5)被切除其頂部，使風(fēng)扇直徑減為只與內(nèi)函道口部尺寸相應(yīng)，風(fēng)扇軸前端延長(zhǎng)以便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(2)，在發(fā)動(dòng)機(jī)組近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測(cè)量適配模塊(9)，在渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和發(fā)電機(jī)(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測(cè)量適配模塊(9)相連的控制執(zhí)行元件(10)和測(cè)量傳感元件(11)，有可以為整個(gè)系統(tǒng)共用的中央控制計(jì)算機(jī)(12)，中央控制計(jì)算機(jī)(12)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面相連。
本發(fā)明是利用原有的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(1)為核心，通過對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片(5)的外函部分切頂，而且把風(fēng)扇靜子葉片的外函道口處堵住，變?yōu)橐慌_(tái)只有內(nèi)函道部分工作的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。由于風(fēng)扇的外函部分不再做功，因而通過在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子前端加接一臺(tái)發(fā)電機(jī)(2)，吸收相應(yīng)部分的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的工作參數(shù)基本沒有變化，達(dá)到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)做最小的改動(dòng)，保持原發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能的目的。
本發(fā)明中的發(fā)電機(jī)(2)可以是稀土永磁發(fā)電機(jī)，在稀土永磁發(fā)電機(jī)輸出端接有整流逆變裝置(6)。使用稀土永磁發(fā)電機(jī)是為了可直接與風(fēng)扇軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由于采用整流及逆變裝置(6)進(jìn)行變換，發(fā)電機(jī)沒有同步轉(zhuǎn)速問題，可以隨發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的調(diào)整而變化。此外使用稀土永磁材料做發(fā)電機(jī)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?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)和電刷，減化了結(jié)構(gòu)，又由于轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度增加而使其極限轉(zhuǎn)速可以提高，可不用減速機(jī)構(gòu)而直接與網(wǎng)扇軸連接。
本發(fā)明中，采用機(jī)電一體化的控制手段，發(fā)動(dòng)機(jī)(1)、發(fā)電機(jī)(2)以及其它設(shè)備的控制和各種參數(shù)的檢測(cè)都通過中央控制計(jì)算機(jī)(12)來進(jìn)行，中央控制計(jì)算機(jī)(12)可通過檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)，使用專家系統(tǒng)軟件進(jìn)行決策，使本發(fā)明始終工作在最佳工作狀態(tài)。本發(fā)明中的控制執(zhí)行元件(10)都是一些完成單一功能的執(zhí)行元件，如燃?xì)庥土髁靠刂崎y，靜子葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，它以各自與插入標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)(12)相連，中央控制計(jì)算機(jī)(12)要對(duì)某個(gè)控制執(zhí)行元件(10)進(jìn)行操作時(shí)，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(jì)算機(jī)(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(hào)，控制其控制執(zhí)行元件(10)的執(zhí)行。同樣，在對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)(12)也是發(fā)出地址選通指令，RTU(7)選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊(9)，測(cè)量適配模塊(9)把測(cè)量傳感元件(11)得到的物理量經(jīng)模/數(shù)變化后送回計(jì)算機(jī)(12)。計(jì)算機(jī)通過掃描不斷采集系統(tǒng)各種參數(shù)，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，并對(duì)其進(jìn)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(cè)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(jìn)行控制便于維修和擴(kuò)充。擴(kuò)充時(shí)，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(cè)量元件即可。RTU(7)與中央控制計(jì)算機(jī)之間是用串行通訊的方式連接，因?yàn)楫?dāng)RTU中的插槽不夠時(shí)，可以通過串入更多的RTU來解決。由于中央控制計(jì)算機(jī)(12)是為整個(gè)系統(tǒng)共有的，可以幾臺(tái)機(jī)組、甚至整個(gè)電站共用一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行群控和總體控制，解決了各個(gè)部分的協(xié)調(diào)問題。
本發(fā)明作為一種動(dòng)力源，除在風(fēng)扇軸前端接有的發(fā)電機(jī)(2)可以輸出一部分電力外，其渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(1)后部尾噴管處還可以輸出有較高溫度的大流量燃?xì)猓梢宰鳛橐粋€(gè)燃?xì)獍l(fā)生器使用。為提高整體的能量利用率，在本發(fā)明中，可以在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的尾部接有一蒸氣鍋爐，在本發(fā)明提供電能的同時(shí)提供過熱蒸汽，以供其它裝備使用。
本發(fā)明以國(guó)內(nèi)將在1991年退役的MK512渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例，經(jīng)改裝后，在發(fā)動(dòng)機(jī)前端可接一臺(tái)發(fā)電機(jī)，其容量為3500千瓦，而且發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管處還有絕對(duì)溫度為900度、流量為每秒50公斤的燃?xì)廨敵觯蠹s相當(dāng)于6000-7000千瓦的氣體動(dòng)勢(shì)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(fēng)源。而在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部帶蒸汽鍋爐時(shí)，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(dòng)機(jī)地面動(dòng)力裝置，它由燃?xì)廨啓C(jī)(1)、發(fā)電機(jī)(2)、和控制設(shè)備組成，其特征在于燃?xì)廨啓C(jī)(1)為渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其外函道(3)口處有一環(huán)形堵板(4)把外函道(3)堵住，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片(5)被切除其頂部，使風(fēng)扇直徑減為只與內(nèi)函道口部尺寸相應(yīng)，風(fēng)扇軸前端延長(zhǎng)以便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(2)，在發(fā)動(dòng)機(jī)組旁近有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測(cè)量適配模塊(9)，在渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和發(fā)電機(jī)(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測(cè)量適配模塊(9)相連的控制執(zhí)行元件(10)和測(cè)量傳感元件(11)，有可以為整個(gè)系統(tǒng)共用的中央控制計(jì)算機(jī)(12)，中央控制計(jì)算機(jī)(12)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)地同動(dòng)力裝置，其特征在于發(fā)電機(jī)(2)為稀土永磁發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)輸出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(dòng)機(jī)地面動(dòng)力裝置，其特征在于在發(fā)動(dòng)機(jī)(1)尾部接有利用熱燃?xì)獾恼羝仩t。
全文摘要
一種航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)地面動(dòng)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(dòng)機(jī)堵住風(fēng)扇靜葉的外函道部分，并把風(fēng)扇轉(zhuǎn)葉對(duì)應(yīng)外函部分的葉尖截掉，在其軸前端接一稀土永磁發(fā)電機(jī)，吸收由于去掉外函后風(fēng)扇軸的多余功率以保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)不變。發(fā)電機(jī)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(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)后部輸出的高氣流可用于蒸汽鍋爐，加熱爐等，整個(gè)裝置用機(jī)電一體化控制技術(shù)控制。
文檔編號(hào)F02C6/18GK1052169SQ8910861
公開日1991年6月12日 申請(qǐng)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, 石行 申請(qǐng)人:北京市西城新開通用試驗(yàn)廠