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Verfahren und Einrichtung zum Hochfahren von Gasturbinensätzen
Gasturbinen können bekanntlich erst bei einer Drehzahl in der Nähe der halben Betriebsdrehzahl arbeiten, da sie erst von dieser Drehzahl an ein ausreichendes Antriebsmoment entwickeln, um den Maschinensatz zu beschleunigen. Es ist daher üblich, das Anwerfen derartiger Maschinen durch einen Anwurfantrieb durchzuführen, um den Läufer gegen das vorhandene, drehzahlabhängige Widerstandsmoment hochzufahren.
Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, das Anwerfen eines aus einem elektrischen Generator und einer Gasturbine bestehenden Maschinensatzes mit verhältnismässig geringem Aufwand möglich zu machen, ohne dass ein mit dem Maschinensatz gekuppelter Anwurfmotor verwendet wird. Diese Anordnung erfordert bekanntlich erhebliche Komplikationen in der Ausbildung der Maschinensätze und hat vor allem den Nachteil, dass der Anwurfmotor im normalen Betriebe mit der vollen Drehzahl mitgeschleppt wird, falls nicht schaltbare Kupplungen zum Abtrennen des Anwurfmotors von dem Trubinensatz vorgesehen sind.
Es wird daher angestrebt, die vorhandenen von den Turbinen angetriebenen Generatoren selbst für den Anwurf der Turbine heranzuziehen. An sich ist bekannt, diese Maschinen für Asynchronlauf auszubilden, was aber bei den hochtourigen, in der Regel zweipoligen Generatoren nicht ohne weiteres möglich ist und zu einer verwickelten Spezialausbildung der Generatoren führt, da diese mit zur Erzeugung des Anlaufmomentes geeigneten, besonderen Anlaufwicklungen niedriger Polzahl versehen sein müssen.
Man könnte, wie an sich allgemein bekannt ist, einen Anwurf des Maschinensatzes durch Speisung des Generators mit einer variablen Frequenz erzielen, die dem Generator von einem Frequenzumformer z. B. ei- nem Motorgeneratorsatz mit Synchronmaschine zugefUhrt wird. Ein. solches Verfahren würde ermöglichen, ohne weiteres den Gasturbinengenerator als Anwurfmotor zu benutzen. Die Erfindung geht davon aus, dass jedoch bei Anwendung eines derartigen Verfahrens sich eine sehr ungünstige Bemessung des Frequenzumformers ergibt, wenn der Maschinensatz aus dem Stillstand im Frequenzanlauf hochgefahren werden soll.
Die Erfindung besteht darin, unter Ausnutzung der für andere Zwecke vorhandenen Wellendrehvorrichtung des Maschinensatzes wesentlich günstigere Verhältnisse beim Anfahren dadurch zu erzielen, dass der Maschinensatz zunächst durch die Drehvorrichtung z. B. eine kleine Ölturbine od. dgl. auf eine kleine Drehzahl gebracht, danach der Generator mit dem eine entsprechend niedrige Frequenz erzeugenden Umformersatz synchronisiert wird, und dass daran anschliessend der Maschinensatz durch Zuführung einer steigenden Frequenz durch den motorisch arbeitenden Generator hochgefahren wird, wobei zweckmässig während des Frequenzanlaufes der Generator des Frequenzumformers in seiner Erregung so geregelt wird, dass er mit grösstmöglicher Spannung arbeitet.
Dieses Verfahren hat den grossen Vorteil zu Folge, dass der Frequenzumformer nicht für das Anfahren des Maschinensatzes aus dem Stillstand bemessen zu werden braucht, d. h. dass das grosse, beim Anfahren aus dem Stillstand erforderliche Moment nicht durch den von dem Frequenzumformer gespeisten, motorisch arbeitenden Generator aufgebracht werden muss. Hiedurch wird es aber möglich gemacht, den Frequenzumformer mit wesentlich kleineren Abmessungen bzw. einer bedeutend verringerten Leistung auszuführen, die etwa in der gleicher Grössenordnungwie die eines gekuppelten Anwurfmotors liegt.
Die Abmessungen des Frequenzumformers könnenweiter dadurch gering gehalten werden, dass die Reaktanz so klein wie möglich gehalten wird. Gleichzeitig empfiehlt es sich, bei Anwendung eines Motorgenerators als Frequenzumformer zur Speisung das anzuwerfenden Generators die Erregung so zu ändern, dass
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die Spannung möglichst hoch und konstant gehalten wird. Eine Regelung auf den Leistungsfaktor ist ohne weiteres möglich.
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beispieles erläutert werden :
1 bedeutet in der Figur der Zeichnung die Gasturbine, 2 einen mit dieser geluppeltenDrehstrom-Generator einer grösseren Leistung z. B. von 15 bis 25000 kVA. 3 Ist ein Frequenzumformersatz, der aus dem Synchrongemuator 3a und einem beliebigen drehzahlregelbaren Motor 3b besteht.
Beim Anfahrbetrieb kann der Generator 3a desFrequenzumformersatzes mittels eines Schalters 5 auf die Ständerwicklung 2a des Generators geschaltet werden. Die beiden Synchronmaschinen 2 und 3a werden in üblicher Weise mit Gleichstrom erregt. Der Welle des aus der Turbine 1 und Generator 2 bestehenden Turbinensatzes ist als Drehvorrichtung ein Ölturbinenrad 6 zugeordnet, welches es ermöglicht, den Maschinensatz erforderlichenfalls
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der Turbine infolge ungleicher Erwärmung zu vermeiden. Das Ölturbinenrad 6 wird hiebei von Drucköl beaufschlagt. Dieses wird einer Ölpumpe des Maschinenaggregates entnommen, welche das Schmiermittel für die Lager liefert.
Zusätzlich sind die Lager des Maschinensatzes mitDracköl-Entlastungseinrichtun- gen versehen, durch welche beim Anfahren infolge Zuführung von unter erhöhtem Druck stehendem Öl die Welle in den Lagerschalen angehoben wird, so dass der Widerstand beim Anfahren der Maschinenwelle wesentlich herabgemindert werden kann. Zur Vereinfachung sind Pumpen und Ölkreise in der Zeichnung nicht wiedergegeben.
Das Anfahren des Maschinensatzes erfolgt nun in der Weise, dass zunächst unter elektrischer Trennung des Generators 2 von dem Anwurf generator 3a die durch die Turbine 6 gebildete Wellendrehvorrichtung unter Speisung von einer Ölpumpe das Aggregat in Drehung versetzt und auf eine verhält- nismässig niedrige Drehzahl von 2 bis 41o der Normaldrehzahl des Generators 2 bringt. Anschliessend werden die Generatoren 2 und 3. erregt, synchronisiert und parallel geschaltet. Diese Vorgänge können selbsttätig durch eine zugleich die Ölturbinensteuerung bewirkende Schalteinrichtung gesteuert werden.
Nunmehr wird durch Erhöhen der Drehzahl des Antriebsmotors Sb des Frequenzumfolrnersatzes 3 die Frequenz erhöht und der Generatorsatz mit der gekuppelten Turbine synchron auf die angestrebte Drehzahl hochgefahren. Die Erregung der Maschine 3a 1 wird während des Hochfahren in solcher Weise geregelt, dass der Generator 3a eine möglichst hohe Spannung abgibt. Der Leistungsfaktor kann aimiherad gleich 1 gehalten werden. Sobald die Turbine einen Drehmoment entwickelt, wird der Generator hieven weiter beschleunigt, so dass der speisende Frequenzumformer zweckmässigerweise abgeschaltet wird.
Die Ausschaltung kann in vorteilhafter Weise ebenfalls selbsttätig in Abhängigkeit von der Frequenz, Drehzahl oder den elektrischen Grössen des Generators G (Strom, Spannung, Leistung) beispielsweise durch Relais erfolgen.
In Einzelheiten kann die beschriebene Anordnung abgeändert werden ; so ist es möglich, an Stelle einer Ölturbine 6 eine Drehvorrichtung anderer Art bei dem VerbrennungsturMnensatz 1, 2 anzuwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Anwerfen eines aus einem elektrischen Generator und einer Gasturbine bestehenden Maschinensatzes. dessen Welle eine Drehvorrichtung zugeordnet ist, unter Benutzung des Generators als Antriebsmaschine zum Hochfahren des Maschinensatzes, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinensatz
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durch den motorisch arbeitenden Generator hochgefahren wird, wobei zweckmässigwährend des Frequenzanlaufes der Generator (3a) des Frequenzumformers (3) in seiner Erregung so geregelt wird, dass er mit grösstmöglicher Spannung arbeitet.
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