Автономный ЭнергоСервис
Микротурбины / Принцип работы микротурбины

1. Турбогенератор
Турбогенератор является основной, и наиболее наукоёмкой и трудоёмкой частью установки.
В отличие от компаний, которые для сокращения затрат на разработку, используют в качестве первичного двигателя - авиационные двигатели, специалисты компании Elliott, используя богатый опыт в создании вспомогательных энергоустановок, разработали турбогенератор с «чистого листа», максимально учитывая особенности эксплуатации энергетических установок в наземных условиях.
В результате получился турбогенератор, который принципиально отличается от агрегатов на основе авиационных двигателей.
Это проявляется:

  • в простоте конструкции (значительно сокращено количество высокоточных и очень трудоёмких в изготовлении деталей, узлов и агрегатов)
  • в снижении степени повышения давления на выходе из компрессора
  • в применении в конструкции решений, которые традиционно используются в силовых установках наземного применения таких как: гидродинамический подшипник скольжения, металлокерамические материалы, рекуператор, низкоэмиссионная камера сгорания
  • в более низком расходе маслаТурбогенератор в разрезе
  • в более низких затратах на техническое обслуживание
  • в более высоком назначенном и межремонтном ресурсе

Общий вид турбогенератора в разрезе показан на рисунке

(нажмите для увеличения)

 

Что представляет собой турбогенератор?
Это высокооборотный одновальный агрегат с частотой вращения ротора 68000 об/мин. Конструктивно он выполнен в едином корпусе, в котором устанавливается ротор. К корпусу со стороны турбины пристыковывается камера сгорания, представляющая собой отдельный самостоятельный узел.
Ротор является наиболее ответственной частью турбогенератора. На одном валу, который изготовлен из нержавеющей стали, последовательно размещены:

  • напрессованная на вал втулка высокоскоростного генератора с 2-мя постоянными магнитами
  • колесо одноступенчатого центробежного компрессора из нержавеющей стали, которое закреплено на роторе при помощи сварки трением
  • колесо одноступенчатой центростремительной турбины, выполненное из термопрочного сплава, с низким коэффициентом ползучести, также закреплённое при помощи сварки трением.

В статоре, ротор устанавливается на двух опорах: первая опора перед передним торцом втулки генератора, а вторая - между втулкой генератора и колесом компрессора.
Первой опорой является подшипник качения с керамическими шариками с плавающими кольцами, второй – упорный гидродинамический подшипник. Оба подшипника охлаждаются и смазываются высококачественным синтетическим маслом.


Использование подшипника качения позволило сократить в 2..3 раза прокачку масла через опору по сравнению с подшипником скольжения.
Гидродинамический подшипник между втулкой генератора и колесом компрессора, позволил уменьшить размеры ступицы колеса, сделать плавным вход воздуха в колесо, снизить потери и как следствие, повысить КПД и запасы газодинамической устойчивости компрессора.
Отличительной особенностью конструкции ротора является консольная схема размещения колёс компрессора и турбины.
 
Такое конструкторское решение позволило вынести все подшипники из горячей зоны. В результате удалось:

  • значительно уменьшить безвозвратные потери масла (около 0,003 гр/ кВт час против 0,3 гр/ кВт час у ГПА)
  • уменьшить производительность насоса маслосистемы
  • увеличить сроки замены масла и масляных фильтров (один раз в 24000 ч против 750…1000);

Использование высокоскоростного генератора позволило избавиться от «ахиллесовой пяты» большинства газовых турбин малой мощности – редуктора.