以航空燃机为动力的悬挂式工业泵.pdf

本发明涉及一种航空燃气轮机的二次开发利用，确切地说，涉及一种以航空燃机为动力直接带动机械设备做功的新型机械。
    各种工业泵广泛应用于石油、化工、冶金、机械、发电、纺织等许多行业，是一种通用动力机械。目前，一般大功率的工业泵从结构上可分为动力机和工作机两个独立的机电设备，动力机及其负载-工作机（即工业泵主机）-有着各自独立的基础和操作控制系统，两者通常通过联轴节和联合地基连成整体。作为工业基础设备的工业泵，目前大都由交流恒速电机作驱动动力源，这些泵在国民经济生产领域中消耗的电能总量是极其可观的。为了减少对电网的压力，也由于有些工业泵的应用环境远离城市或者远离发电厂周围电网所能覆盖的能源集中区域，例如油田、矿山。这些部门通常需要自己配备动力装置，由于燃气轮机功率大，结构紧凑，便于移装，适于在野外环境使用而受到人们青睐，已被石油行业普遍采用。

    燃气轮机是一种高技术产品，尤其是航空用的涡轮发动机，经过多年的研究和改进其效率和寿命都已经达到很高的技术水平。但是世界各国航空公司为了竞争，仍不断对民航客机的推进动力设备进行更新，这就造成有些涡轮发动机还有相当长的使用寿命时就提前退役，这些发动机如何在地面或船舶上获得新的利用，也成为人们潜心研究的新的课题。

    本发明地目的是要对航空涡轮发动机进行二次开发，把它改装成为可在地面直接使用的一种新型机械设备一悬挂式工业机泵。

    本发明的结构简图如图1所示：它由燃气气轮机、工业泵和控制设备组成，其特点在于燃气轮机1为涡轮螺旋浆或涡轮轴发动机，其后端安装的体内减速器部件被拆移，而在安装减速器部件的原来位置上装上高速离心式工业泵2的部件，泵的叶片3装在燃机的弹性轴上，泵的转子4则与燃机的转轴同轴联接，使泵体与发动机连成一体，整个机组仍以航空型式的支架5作为悬挂式支承，在机组近旁有标准工业控制介面6，在标准工业控制介面6中插有控制输入适配模块7A和测量输入适配模块7B，在涡轮发动机和工业泵的相应位置上装有分别与上述适配模块相连的控制执行元件8A和测量传感元件8B，标准工业控制介面通过串行通讯接口与为整个系统所共有的中央控制计算机9相连。

    本发明是利用原有的涡轮发动机为核心，仍采用原来的悬挂式悬架支承，把体内减速器部件移拆后换装上与发动机匹配的高速离心式工业泵部件，泵的转子直接与燃机的转轴相连接，再辅以机电一体化的工业自动控制技术，使技术已相当成熟的航空燃机与高速工业泵合成一体，成为双重一体化（机电一体化和动力机（燃机）与工作机（泵）一体化）的新型机电设备，这样，既保持了原发动机的高性能特点，又毋须消耗紧缺的电能，结构简化、造价降低、特别适宜在油田、矿山等野外流动作业性强的场所使用。

    本发明可以选用的高性能涡轮发动机可以是苏制An-20、An-24，美制K501、K570、K571和国产涡浆六、涡浆五等型号的燃机。用它们作为动力部分，而工业泵部件安装在原来燃机安装体内减速器的部位上，泵的部件还应由专业工厂根据不同用户的要求和发动机作匹配设计，以取得最佳效能。泵的叶片则由原先的燃机另件弹性轴带动旋转，整个机组仍采用航空型式的悬挂支承，不需要另外设计基础，既减少土建工程投资，又便于今后的移装，航空悬挂支承的部件均采用原来航空使用的设备，同时将工业泵也一起固定悬挂，因此，整个机组与涡轮螺旋浆式飞机发动机吊轮相类似，实际上，本发明也只是把燃机的负载由螺旋浆改为工业泵，它们的负载特性是非常相似的。

    本发明采用机电一体化的控制手段，对发动机、工业泵及其他附属设备的监测和控制都通过中央控制计算机9来执行的。中央控制计算机通过监测整个机组的参数，使用专家系统软件进行实时决策控制。使本发明可始终工作在最佳性能状态。本发明的控制执行元件都是一些完成单一功能的执行元件，如燃机油流量控制阀，燃机启动控制，静子叶片调节控制等，它们与插入标准工业控制介面（简称RTU）中的控制适配模块相连，RTU通过串行通讯接口与中央控制计算机相连。计算机要对某个控制执行元件进行操作时，先发出地址选通命令，RTU选通相对应的控制输入适配模块，然后中央控制计算机发出操作指令，控制输入适配模块把它变成控制执行元件所需的电信号，控制其控制执行元件的动作执行。同样，在对机组参数进行测试时，也是由计算机-RTU-测量输入适配模块-测量传感元件组成一个双向实时数据流的链路来进行测试的。因RTU就近放置在机组近旁，各种测试、控制器件与适配模块的连线大为缩短和减少，采用RTU进行控制还便于维修和扩充，而中央控制计算机既可为整个机组的独占，也可为几台机组，甚至整个油田共用一台大型控制计算机进行群控和总体控制，可以解决整个作业场所的协调和平衡问题。