Факультет N 3. "Системы управления, информатика и электроэнергетика", МАИ Сайт Московского авиационного института (государственного технического университета) Вы попали на страницу кафедры 310, "Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы", МАИ. Вы попали на страницу кафедры 310, "Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы", МАИ. Вы попали на страницу кафедры 310, "Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы", МАИ.
История кафедры
О специализации 181002
О специализации 181105
О специализации 190603
Новости
Контактная информация
Карта сайта
Преподаватели
Абитуриенту
Направления
центр СЭМиУ
отдел ЭПКТС
НПФ РЭЛМА
ИСФТТ
OAO АВЭКС
НИИЭМ
ФПГ НТТ
ТС поддержки КиД
Мед. колледж N 1
Труды кафедры
Книги
Статьи
Метод. литература

Л/р N 00106 :: Исследование автономной системы генерирования электроэнергии

 
 Библиотека   >   Метод. литература   >   Л/р N 00106 :: АСГ   >   

Оригинал: Учебное пособие к лабораторным работам "Системы генерирования и преобразования энергии ЛА" / Под ред. Д.А. Бута. - М.: Изд-во МАИ, 1990. с. 82-89.
Автор: П.В. Васюкевич
Аудитория: 001Г

Задание

  1. Ознакомиться с конструкцией автономной системы генерирования (АСГ) и ее паспортными данными.
  2. По представленным на стенде чертежам составить перечень основных узлов ACГ и кратко описать их назначение.
  3. Определить и изобразить в виде диаграммы основные ступени преобразования энергии в ACГ. Оценить полный КПД АСГ.
  4. Определить стартовую массу АСГ на заданное число циклов, а также удельную конструктивную массу и удельную энергию АСГ.

Теоретическая часть

      Автономная система генерирования предназначена для генерирования электроэнергии переменного трехфазного напряжения 230 В с частотой 400 Гц и мощностью 75 кВт и постоянного напряжения 27 В мощностью 1 кВт (от стартера). Она использует в качестве первичного источника энергии химическое углеводородное топливо. В состав АСГ входит газотурбинный двигатель (ГТД) и синхронный генератор (СГ).

Рис. 1. Автономная система электроснабжения (функциональная схема)
Рис. 1.

Рис. 2. Кинематическая схема АСГ
Рис. 2.

Рис. 3. Схема газотурбинного двигателя
Рис. 3.

Рис. 4. Схема синхронного генератора с возбудителем
Рис. 4.

Рис. 5. Упрощенная схема синхронного генератора и регулятора напряжения
Рис. 5.

      На рис. 1 приведена автономная система электроснабжения (функциональная схема), на рис. 2 - кинематическая схема АСГ, на рис. 3 - схема газотурбинного двигателя, на рис. 4 - схема синхронного генератора с возбудителем, на рис. 5 - упрощенная схема синхронного генератора и регулятора напряжения. На рисунках приняты следующие обозначения:

  • 1 - газотурбинный двигатель:
    • 1.1 - компрессор
      • 1.1.1. - входной направляющий аппарат;
      • 1.1.2 - крыльчатка;
      • 1.1.3 - радиальный диффузор;
      • 1.1.4 - осевой диффузор;
    • 1.2 - камера сгорания
      • 1.2.1 - жаровая труба;
      • 1.2.2 - газосборник;
    • 1.3 - турбина
      • 1.3.1 - сопловой аппарат;
      • 1.3.2 - колесо турбины;
      • 1.3.3 - газосборник;
    • 1.4 - редуктор
      • 1.4.1 - торсион;
      • 1.4.2 - торсион;
      • 1.4.3 - выходной вал;
      • 1.4.4 - торсион;
      • 1.4.5 - шлицевая муфта;
    • 1.5 - система очистки воздуха;
    • 1.6 - система смазки
      • 1.6.1 - масляный насос;
    • 1.7 - система регулирования и питания топливом
      • 1.7.1 - насос-регулятор;
    • 1.8 - система электрооборудования двигателя
      • 1.8.1 - стартер-генератор;
      • 1.8.2 - аккумуляторная батарея;
      • 1.8.3 - датчик тахометра;
  • 2 - синхронный генератор:
    • 2.1 - регулятор напряжения
      • 2.1.1 - магнитный усилитель;
      • 2.1.2 - измерительный орган;
      • 2.1.3 - мост жесткой обратной связи;
      • 2.1.4 - нелинейное сопротивление;
      • 2.1.5 - цепь жесткой обратной связи;
      • 2.1.6 - цепь гибкой обратной связи;
    • 2.2 - обмотка якоря синхронного генератора;
    • 2.3 - обмотка возбуждения синхронного генератора;
    • 2.4 - кремниевые выпрямители;
    • 2.5 - обмотка якоря возбудителя;
    • 2.6 - обмотка возбуждения возбудителя;
    • 2.7 - станина статора синхронного генератора;
    • 2.8 - сердечник статора (якоря СГ);
    • 2.9 - ротор генератора;
    • 2.10 - вал;
    • 2.11 - диск;
    • 2.12 - вентилятор;
    • 2.13 - подшипники;
    • 2.14 - подшипниковый щит;
    • 2.15 - корпус возбудителя.

      Термодинамический цикл ГТД состоит из процессов сжатия всасываемого атмосферного воздуха в компрессоре 1.1 (степень сжатия 2,6 - 3,4; расход воздуха 1,8 кг/с), подвода к нему тепла, выделяемого при сгорании топлива в камере сгорания 1.2, и расширения горячих газов в турбине 1.3 (см. рис. 10.3). Воздух всасывается в компрессор через входной направляющий аппарат 1.1.1, формируется в нем и крыльчаткой 1.1.2 за счет центробежных сил отбрасывается в направлении диффузоров 1.1.3 и 1.1.4. В диффузорах большая часть кинетической энергии воздушного потока преобразуется в потенциальную энергию давления, и сжатый до (3 - 4)•105 Па воздух поступает в полость "А" корпуса двигателя. В жаровую трубу 1.2.1 сжатый воздух поступает двумя потоками. Поток "Б" (25 - 30% от общего расхода), смешиваясь в камере сгорания с распыленным топливом, образует топливно-воздушную смесь, которая при запуске воспламеняется от свечи, и в дальнейшем ее горение поддерживается возникшим факелом пламени. В результате сгорания смеси образуются газы с высокой температурой, которые, смешиваясь с воздушным потоком "В", догорают и охлаждаются перед входом в турбину до 700 - 800oС. Из газосборника 1.2.2 горячие газы поступают в сопловой аппарат 1.3.1, где их давление понижается, а скорость истечения увеличивается. Происходит преобразование тепловой энергии в кинетическую. Газовый поток направляется на лопатки колеса 1.3.2 турбины, где происходит превращение большей части энергии газового потока в механическую энергию вращения турбины. Отработавшие газы собираются в газосборнике 1.3.3 и направляются в эжектор выходящих газов системы очистки воздуха 1.5, в воздушном фильтре которой атмосферный воздух очищается от пыли и направляется в компрессор.

      Система смазки 1.6 предназначена для смазывания и охлаждения подшипников компрессора, турбины и редуктора синтетическим маслом, а также для смазывания шестерен редуктора. Система настроена на давление (5 - 0,2)•105 Па и нижний аварийный предел 0,45•105 Па.

      Система регулирования и питания топливом 1.7 предназначена для подачи и распыления топлива в камере сгорания в количестве, необходимом для работы на режиме запуска и любом эксплуатационном режиме. Она обеспечивает регулирование оборотов ГТД.

      Система электрооборудования двигателя 1.8 обеспечивает дистанционное управление двигателем и контроль основных параметров (числа оборотов, температуры выходящих газов, температуры и давления масла) на всех режимах работы. Источником питания при запуске ГТД является аккумуляторная батарея 1.8.2, возможно использование постоянного напряжения внешней сети 27,5+-1 В. В АСГ по постоянному току применена однопроводная система, корпус установки служит минусовым токопроводом.

      Кинематическая схема АСГ (см. рис. 2) представляет собой упрощенное условное изображение узлов и агрегатов газотурбинного двигателя и их механических связей с синхронным генератором. Вращающий момент турбины ГТД 1.3 передается валу СГ 2 через торсион 1.4.1, шестерни Z1 и Z2, торсион 1.4.2, шестерни Z3 и Z4, торсион 1.4.4 и шлицевую муфту 1.4.5. Основные и дополнительные валы редуктора 1.4 установлены в подшипниках качения.

      На выходном валу 1.4.3 установлена коническая шестерня Z, соединенная с ведомой конической шестерней Z. Через это соединение передается вращающий момент на валы редуктора, осуществляющие привод масляного насоса 1.6.1 системы смазки, насоса-регулятора 1.7.1 подачи топлива в камеру сгорания 1.2, датчика тахометра 1.8.3 дистанционного измерения числа оборотов двигателя, стартер-генератора 1.8.1 мощностью 1 кВт, осуществляющего раскрутку турбины при запуске и генерирование постоянного напряжения 27 В в рабочем режиме.

      Бесконтактный СГ с явнополюсным индуктором на роторе в качестве возбудителя содержит синхронный генератор обращенного типа (см. рис. 4 и 5). Регулятор напряжения 2.1 обеспечивает поддержание напряжения СГ на заданном уровне при изменении величины коэффициента мощности нагрузки. Автоматическое поддержание напряжения регулятор осуществляет изменением тока в обмотке возбуждения СГ 2.3. Измерительный орган 2.1.2 содержит трансформаторы и выпрямители и служит для питания измерительного госта 2.1.3 постоянным напряжением 33 - 36 В, величина которого меняется при изменении напряжения на зажимах СГ. Измерительный мост 2.1.3 имеет в одном плече кремниевые стабилитроны, включенные в непроводящем направлении. Потенциалы выходных зажимов измерительного моста меняются при достижении на стабилитронах напряжения отпирания. Магнитный усилитель 2.1.1 предназначен для увеличения мощности сигнала управления измерительного органа 2.1.2.

      При увеличении напряжения на зажимах СГ 2 через цепь жесткой обратной связи 2.1.5 увеличивается нелинейное сопротивление 2.1.4. При этом ток в обмотке возбуждения возбудителя 2.6 уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС обмотки якоря возбудителя 2.5 и выпрямленного тока в обмотке возбуждения СГ 2.3. В результате ЭДС СГ уменьшается. При уменьшении напряжения на зажимах СГ значение нелинейного сопротивления 2.1.4 уменьшается.

      Цепь гибкой обратной связи 2.1.6 содержит конденсаторы и сопротивление и формирует управляющий сигнал 2.1.4, пропорциональный скорости изменения напряжения на зажимах СГ. Фазы сигналов в обоих каналах обратной связи сдвинуты на 180o, что повышает устойчивость системы регулирования напряжения.

      Важным показателем АСГ является стартовая масса

Мс = Мк + Мф ,      (1)

где Мк - конструктивная мacca ; Мф - масса функционирования, включающая в себя массу дополнительных компонентов, необходимых для работы устройства (топливо, смазочные материалы и т.п.). Если N - число расчетных запусков АСГ, Тi - время непрерывной работы, c, а mт - расход топлива, кг/с, то

Мс = Мк + N Тi mт.      (2)

Порядок выполнения работы

  1. Все агрегаты АСГ (газотурбинный двигатель, синхронный генератор, стартер-генератор постоянного тока и т.д.) смонтированы в виде единого конструктивного транспортабельного блока размерами 1,8х0,7х0,5 м3 и конструктивной массой Мк = 470 кг. Топливо в ГТД подается из бака, емкость которого рассчитана на требуемое число запусков АСГ (на стенде отсутствует). Основные элементы АСГ на стенде имеют маркировку согласно принятым в тексте обозначениям. Условия работы АСГ и паспортные данные приведены на стенде. Основными из них являются: часовой расход топлива - 100 л; продолжительность запуска ГТД (выход на устойчивый режим) - не более 110 с; продолжительность непрерывной работы, ограниченная объемом топливного бака - не более 32 ч; расход воздуха на охлаждение СГ - не более 0,3 м3/с; КПД СГ при коэффициенте мощности 0,8 - не менее 86%; точность поддержания числа оборотов при неизменной нагрузке +-1%; теплота сгорания химического топлива - qт =4,2•104 кДж/кг, его плотность g = 900 кг/м3.
  2. Энергетическая диаграмма АСГ строится произвольно. На ней необходимо указать основные потоки энергии и потери, а также ориентировочные значения КПД на каждом этапе преобразования энергии. На диаграмме можно изобразить поток энергии, движущийся сверху вниз, который уменьшается за счет потерь на различных ступенях преобразования энергии. На входе АСГ мощность энергетического потока P = mт qт кВт, на выходе - электрическая мощность СГ при номинальной нагрузке Pэл . Полный КПД АСГ h = Pэл/P.

          Диаграмму можно строить также в виде графа, ребра которого соответствуют энергетическим потодам, а узлы - преобразователям энергии.

  3. Стартовую массу рассчитать по уравнению (2). Для заданного значения Тi по двум точкам для различных N построить график Mс = f(N). Построения повторить для двух других заданных значений Тi. Удельную конструктивную массу АСГ рассчитать по формуле mуд = Mк/Pэл, кг/кВт, а удельную энергию - по формуле Wуд =N W / Mc(N) кДж/кг, где W = Рэл Тi, кДж - средняя электрическая энергия, генерируемая в течение одного запуска.

HotLog AllBest.Ru

Страница создана и поддерживается с помощью оригинального интерфейса управления
web_k310@mail.ru

Последнее обновление 21.06.2004 г.