專利名稱：一種航空渦輪發動機地面動力裝置的制作方法
一種航空渦輪發動機地面動力裝置，它適用于油田開發、石油化工以及冶金、發電、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，例如可作為燃氣發生器提供氣體動能，作為熱風源提供熱能以及帶動蒸氣發生器等。
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電廠周圍電網所能覆蓋的能源集中區域，需要自己配備動力裝置。由于燃氣化機功率大，結構輕便緊湊，很適于油田等野外環境使用，因此它已作為石油行業的動力源被普遍采用。
燃氣輪機是一種高技術產品，特別是航空用的渦輪風扇發動機，在經過長時間的研究試驗和消耗了大量的研制經費之后，才得到今天這樣的高水下。它不僅結構緊湊，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動機在地面直接輸出機械能去驅動發電機等驅動對象，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。自由渦輪的設計和其與原發動機的匹配都是相當困難的，在國外，一個成功的發動機改型，通常要花費十年的時間和數億美元的資金。
現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動機還有相當長的使用壽命時就被提前退役，這些發動機的利用，特別是地面或船舶利用，就成了人們關心的問題。
本發明的目的就是利用現在的航空渦扇發動機進行二次開發，改裝成可在地面使用的一種新型動力源。
本發明的結構如附
圖1所示，它由燃氣輪機(1)、發電機(2)和控制設備組成，其特征在于燃氣輪機(1)為渦輪風扇發動機，其外函道(3)口處有一環形堵板(4)把外函道(3)堵住，風扇轉子葉片(5)被切除其頂部，使風扇直徑減為只與內函道口部尺寸相應，風扇軸前端延長以便帶動發電機(2)，在發動機組近旁有標準工業控制介面(7)，在標準工業控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)，在渦輪風扇發動機(1)和發電機(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)相連的控制執行元件(10)和測量傳感元件(11)，有可以為整個系統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控制介面相連。
本發明是利用原有的渦輪風扇發動機(1)為核心，通過對風扇轉子葉片(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，變為一臺只有內函道部分工作的渦輪發動機。由于風扇的外函部分不再做功，因而通過在風扇轉子前端加接一臺發電機(2)，吸收相應部分的功率，使發動機(1)的工作參數基本沒有變化，達到對發動機(1)做最小的改動，保持原發動機的高性能的目的。
本發明中的發電機(2)可以是稀土永磁發電機，在稀土永磁發電機輸出端接有整流逆變裝置(6)。使用稀土永磁發電機是為了可直接與風扇軸的轉速相匹配。由于采用整流及逆變裝置(6)進行變換，發電機沒有同步轉速問題，可以隨發動機(2)的調整而變化。此外使用稀土永磁材料做發電機轉子，可不用開鑲嵌轉子線圈的槽，也沒有轉子線圈，這樣，既不需要勵磁系統和電刷，減化了結構，又由于轉子的強度增加而使其極限轉速可以提高，可不用減速機構而直接與網扇軸連接。
本發明中，采用機電一體化的控制手段，發動機(1)、發電機(2)以及其它設備的控制和各種參數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的參數，使用專家系統軟件進行決策，使本發明始終工作在最佳工作狀態。本發明中的控制執行元件(10)都是一些完成單一功能的執行元件，如燃氣油流量控制閥，靜子葉片調節機構等，它以各自與插入標準工業控制介面(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)要對某個控制執行元件(10)進行操作時，選發出地址選通指令，RTU(7)選通相應的控制適配模塊(8)，然后中央控制計算機(12)發出操作指令，控制適配模塊(8)把它變為控制執行元件(10)所需的電信號，控制其控制執行元件(10)的執行。同樣，在對系統參數進行測量時，中央控制計算機(12)也是發出地址選通指令，RTU(7)選通相應的測量適配模塊(9)，測量適配模塊(9)把測量傳感元件(11)得到的物理量經模/數變化后送回計算機(12)。計算機通過掃描不斷采集系統各種參數，形成實時數據流，并對其進行處理。由于RTU(7)就近放置于被控設備旁邊，各種控制執行元件(10)和各種測量傳感元件(11)與相應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)插槽中插入相應的適配模塊，并接上相應的執行/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調問題。
本發明作為一種動力源，除在風扇軸前端接有的發電機(2)可以輸出一部分電力外，其渦扇發動機(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生器使用。為提高整體的能量利用率，在本發明中，可以在渦扇發動機(1)的尾部接有一蒸氣鍋爐，在本發明提供電能的同時提供過熱蒸汽，以供其它裝備使用。
本發明以國內將在1991年退役的MK512渦扇發動機為例，經改裝后，在發動機前端可接一臺發電機，其容量為3500千瓦，而且發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。
權利要求
1.一種航空渦輪發動機地面動力裝置，它由燃氣輪機(1)、發電機(2)、和控制設備組成，其特征在于燃氣輪機(1)為渦輪風扇發動機，其外函道(3)口處有一環形堵板(4)把外函道(3)堵住，風扇轉子葉片(5)被切除其頂部，使風扇直徑減為只與內函道口部尺寸相應，風扇軸前端延長以便帶動發電機(2)，在發動機組旁近有標準工業控制介面(7)，在標準工業控制介面(7)中插有控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)，在渦輪風扇發動機(1)和發電機(2)上裝有分別與控制適配模塊(8)和測量適配模塊(9)相連的控制執行元件(10)和測量傳感元件(11)，有可以為整個系統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控制介面相連。
2.如權利要求1所述的航空渦輪發動機地同動力裝置，其特征在于發電機(2)為稀土永磁發電機，在發電機輸出端接有整流逆變裝置(6)。
3.如權利要求1或2所述的航空渦輪發動機地面動力裝置，其特征在于在發動機(1)尾部接有利用熱燃氣的蒸汽鍋爐。
全文摘要
一種航空渦輪發動機地面動力裝置，它適用于石油、化工及冶金等行業。它由普遍航空渦扇發動機堵住風扇靜葉的外函道部分，并把風扇轉葉對應外函部分的葉尖截掉，在其軸前端接一稀土永磁發電機，吸收由于去掉外函后風扇軸的多余功率以保持發動機運行參數不變。發電機通過整流及逆變裝置輸出，不受同步轉速限制，直接偶合而省去減速機構，發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控制。
文檔編號F02C6/18GK1052169SQ8910861
公開日1991年6月12日 申請日期1989年11月21日 優先權日1989年11月21日
發明者吳仲華, 石行 申請人:北京市西城新開通用試驗廠