CH275240A - Gas turbine plant. - Google Patents

Gas turbine plant.

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CH275240A
CH275240A CH275240DA CH275240A CH 275240 A CH275240 A CH 275240A CH 275240D A CH275240D A CH 275240DA CH 275240 A CH275240 A CH 275240A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
gas turbine
clutch
compressor
coupling
turbine
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German (de)
Inventor
Thomson Bowden Andrew
Muller Alfred
Kolb Paul
Zadnick Otto
C A Parsons Company Limited
Original Assignee
Thomson Bowden Andrew
Muller Alfred
Kolb Paul
Zadnick Otto
Parsons & Co Ltd C A
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/36Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user

Description

  

  Gasturbinenanlage.    Die Erfindung bezieht sieh auf eine Gas  turbinenanlage, bei weleher das Arbeits  fluidum aus festen, flüssigen oder     gasförmui-          gen    Stoffen, wie Gas, Öl oder Kohle erzeugt  werden kann, und zwar innerhalb oder ausser  halb der Anlage.  



  Die Erfindung bezieht sieh speziell auf  eine Gasturbinenanlage, bei welcher eine Ar  beitsturbine und mindestens ein bei     Normal-          betrieb    von dieser unabhängig laufender  Kompressor vorhanden sind.  



  Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art  mit einem Kompressor, der von einer mit der  Arbeitsturbine in Serie geschalteten Turbine  z ange trieben wird, hängt die Drehzahl der Ar  beitsturbine nicht nur vom Betriebszustand  des Kompressors ab, sondern     aueh    von der  Grösse der Belastung, so dass für einen gege  benen Betriebszustand des Kompressors die  Drehzahl der     Arbeitsturbine    ansteigt, wenn  die Belastung an der Arbeitswelle abnimmt.  



  Wenn die Belastung ganz aufhört, wie  dies bei Fahrzeugantrieben bei     Crangweehsel     vorkommen kann, könnte die Arbeitsturbine  sieh beispielsweise bis auf die doppelte nor  male Arbeitsdrehzahl beschleunigen. Unter  normalen Umständen würde .diese     Cesehwin-          digkeit    genügen, um das Turbinenrad infolge  der übermässigen mechanischen     Beanspru-          ehungen    zerspringen zu lassen.  



  Es gibt verschiedene Verfahren, um die  Drehzahl der Arbeitsturbine zu beherrschen,    wie beispielsweise mittels     hydrauliseher    Mittel  oder     dureh    permanentes Ankuppeln einer der       Kompressorstufen    an die Arbeitsturbine. In  den Fällen jedoch, wo die Arbeitsturbine  nahe bei der maximal zulässigen Drehzahl ar  beitet, und in den Fällen, wo die Belastung  der Arbeitsturbine plötzlich verschwinden  kann, ist es notwendig, die Drehzahl der Ar  beitsturbine sicher zu beherrschen.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung ist  zwischen der     Arbeitsturbine    und dem Kom  pressor eine Kupplung angeordnet, derart,  dass der Kompressor bei eingeschalteter Kupp  lung als Bremse zur Begrenzung der Dreh  zahl der Arbeitsturbine wirken kann.  



  Diese Kupplung arbeitet vorzugsweise  vollautomatisch.  



  Ein Vorzug der Erfindung liegt darin,  dass der     Kompressor    als Bremse verwendet  werden und über die Arbeitsturbine äussere  Energie absorbieren kann. Zweckmässig wird  bei     eingerüekter    Kupplung eine     Reduktion    der  Energiezufuhr zur Turbine vorgenommen,  z. B. durch Veränderung der Einstellung  eines Ventils, das die Energiezufuhr regelt.  Es ist     vorteilhaft,    eine automatische Steue  rung der     Energiezufuhr    zur Turbine vorzu  sehen, um zu verhindern, dass .die mit dem       Kompressor        gekuppelte    Arbeitsturbine unter       dem    Einfluss übermässiger äusserer Energie  durchbrennen kann.

        In der Zeichnung ist schematisch ein Aus  führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes  dargestellt.  



  Ein Kompressor a ist über eine Welle b  mit einer Kompressorturbine c gekuppelt,  deren Leistung nur zum Antrieb des     Kom-          pressors    a verwendet wird. Das Arbeitsgas  wird nach dem Verlassen der Kompr     essor-          turbine    c durch die Arbeitsturbine d geführt,  wo es einen weiteren Teil seiner Energie ab  gibt. Die Arbeitsturbine ist über eine Welle c  und das Getriebe f an eine Arbeitswelle     g    an  geschlossen, welche eine Kupplung h besitzt,  an welcher die Welle i angeschlossen ist, die  beispielsweise die Räder eines Fahrzeuges an  treibt, auf welchem die Gasturbinenanlage  montiert ist.  



  Wenn die Belastung an der Welle i ge  ringer wird oder wenn die Kupplung hc aus  gerückt wird, wird die Turbine d beschleu  nigt. Wenn die Drehzahl der Arbeitsturbine       d    in einem gewissen Verhältnis zur Drehzahl  der     Kompressorgruppe    a, c grösser wird, wird  die Kupplung j, k eingerückt. Die Kupplung  ist derart gebaut, dass die eine Hälfte j auf  der Arbeitswelle g sitzt, während die andere  Hälfte der Kupplung koaxial zur ersten  Hälfte j montiert ist, sieh jedoch frei bewe  gen kann, derart, dass sie normalerweise frei  vom ersten Teil j laufen kann und damit frei  von der Arbeitswelle g. Der Teil k der Kupp  lung ist mechanisch mit der Welle b der  Kompressorgruppe a, c verbunden, und zwar  über ein Zahnrad l, die Zwischenwelle m und  weitere Zahnräder n und o.  



  Die Kupplung<I>j,</I>     k    kann eine handels  übliche Freilaufkupplung sein, bei welcher  die beiden Hälften dann eingerückt werden  und ein festes Ganzes bilden, wenn der Teil ,j  anfängt rascher zu rotieren als der Teil k.  



  Die Funktionsweise der Einheit ist fol  gende:  Bei normalen Belastungsverhältnissen ist  die Kupplung<I>j,</I>     k    nicht eingeschaltet, und die  Drehzahlen der verschiedenen Wellen können       beispielsweise    bei der Tourenzahl N pro Mi  nute der Arbeitsturbinenwelle e die folgenden  sein: Für die Arbeitswelle g = 2/25 N 'Um-    drehungen pro Minute, für die Kompressor  turbinenwelle b = 8/5 N Umdrehungen pro  Minute und für die Zwischenwelle mn = N/2  Umdrehungen pro Minute, wobei die Zahn  räder entsprechend dimensioniert sind, um  diese Zahlen zu ergeben. Bei dieser Anord  nung sollten die Belastungsverhältnisse der  art sein, dass, wenn die Drehzahl der Arbeits  welle absinkt, dies auf die Kupplung<I>j, k</I>  keinen Einfluss ausübt.

   Wenn sieh die Be  lastung sverhältnisse der Arbeitswelle g je  doch derart     ändern,    dass die Drehzahl     dieser     Welle N übersteigt, fällt die Kupplung  j,k ein und der Kompressor wirkt als Bremse,  wodurch die Drehzahl der Arbeitswelle     g    und  der Arbeitsturbine e auf 2/5 N bzw. N redu  ziert wird. Wenn die Drehzahl der Arbeits  welle unter 2/5 N abfällt, gelangt die Freilauf  kupplung j, k ausser Wirkung und die Ar  beitsturbine d läuft wiederum unabhängig  von der Kompressor-Turbineneinheit a, b, c.  



  Statt einer mechanischen     Freilaufkupp-          lung    könnte eine     h.##draulisehe,    pneumatische,  elektrische oder     inagnetisehe    Kupplung vor  gesehen werden.  



  Im Falle einer     hvdraulisehen    Kupplung  ist im Prinzip der Teil j durch ein Pumpen  rad und der Teil     k    durch ein Turbinenrad  einer solchen     Kupplun-    ersetzt. Das Ein- und  Ausschalten der hydraulischen Kupplung er  folgt dann in an sich bekannter Weise durch  eine Regulierung der     Flüssigkeitsmenge    in  der Kupplung.  



  Unter einer pneumatischen Kupplung  wird hier eine mechanische     Kupplung    ver  standen, die auf     pneumatischem    Wege     ein-          und        ausrückbar    ist.  



  Bei der     Ausführungsform    mit einer elek  trischen Kupplung kann z. B. der Wirbel  stromeffekt ausgenützt werden, während bei  einer magnetischen Kupplung z. B. eine Mehr  scheibenkupplung mittels magnetischer Kraft  ein- und ausgekuppelt wird.



  Gas turbine plant. The invention relates to a gas turbine system in which the working fluid can be generated from solid, liquid or gaseous substances, such as gas, oil or coal, inside or outside the system.



  The invention relates specifically to a gas turbine system in which there is a working turbine and at least one compressor that runs independently of this during normal operation.



  In known devices of this type with a compressor which is driven by a turbine connected in series with the turbine z, the speed of the work turbine depends not only on the operating state of the compressor, but also on the size of the load, so that for one Given the operating state of the compressor, the speed of the power turbine increases when the load on the output shaft decreases.



  If the load ceases completely, as can happen with vehicle drives at Crangweehsel, the power turbine could, for example, accelerate to twice the normal working speed. Under normal circumstances, this speed would be sufficient to cause the turbine wheel to burst as a result of the excessive mechanical stresses.



  There are various methods of controlling the speed of the power turbine, for example by means of hydraulic means or by permanently coupling one of the compressor stages to the power turbine. However, in those cases where the power turbine is working close to the maximum permissible speed ar, and in those cases where the load on the power turbine can suddenly disappear, it is necessary to safely control the speed of the power turbine.



  According to the present invention, a clutch is arranged between the power turbine and the compressor in such a way that the compressor can act as a brake when the clutch is switched on to limit the speed of the power turbine.



  This clutch works preferably fully automatically.



  One advantage of the invention is that the compressor can be used as a brake and can absorb external energy via the power turbine. It is advisable to reduce the energy supply to the turbine when the clutch is engaged, e.g. B. by changing the setting of a valve that regulates the energy supply. It is advantageous to provide automatic control of the energy supply to the turbine in order to prevent the power turbine coupled to the compressor from burning out under the influence of excessive external energy.

        In the drawing, an exemplary embodiment from the subject of the invention is shown schematically.



  A compressor a is coupled via a shaft b to a compressor turbine c, the power of which is only used to drive the compressor a. After leaving the compressor turbine c, the working gas is passed through the working turbine d, where it gives off a further part of its energy. The power turbine is connected to a power shaft g via a shaft c and the gearbox f, which has a clutch h to which the shaft i is connected, which drives, for example, the wheels of a vehicle on which the gas turbine system is mounted.



  When the load on the shaft i is reduced or when the clutch hc is disengaged, the turbine d is accelerated. When the speed of the power turbine d increases in a certain ratio to the speed of the compressor group a, c, the clutch j, k is engaged. The coupling is constructed in such a way that one half j sits on the output shaft g, while the other half of the coupling is mounted coaxially to the first half j, but can move freely, so that it can normally run freely from the first part j and thus free from the working shaft g. The part k of the hitch ment is mechanically connected to the shaft b of the compressor group a, c, via a gear l, the intermediate shaft m and other gears n and o.



  The clutch <I> j, </I> k can be a commercially available one-way clutch, in which the two halves are then engaged and form a solid whole when part, j begins to rotate faster than part k.



  The function of the unit is as follows: Under normal load conditions, the clutch <I> j, </I> k is not switched on, and the speeds of the various shafts can be the following, for example with the number of revolutions N per minute of the power turbine shaft e: For the working shaft g = 2/25 N 'revolutions per minute, for the compressor turbine shaft b = 8/5 N revolutions per minute and for the intermediate shaft mn = N / 2 revolutions per minute, the gears being dimensioned accordingly to give these numbers. With this arrangement, the load conditions should be such that if the speed of the working shaft drops, this has no influence on the clutch <I> j, k </I>.

   If you see the loading ratios of the working shaft g but change such that the speed of this shaft exceeds N, the clutch j, k is applied and the compressor acts as a brake, whereby the speed of the working shaft g and the power turbine e to 2/5 N or N is reduced. If the speed of the working shaft falls below 2/5 N, the overrunning clutch j, k is out of action and the Ar beitsturbine d again runs independently of the compressor-turbine unit a, b, c.



  Instead of a mechanical freewheel clutch, a hydraulic, pneumatic, electrical or magnetic clutch could be provided.



  In the case of a hydraulic clutch, part j is in principle replaced by a pump wheel and part k by a turbine wheel of such a clutch. The switching on and off of the hydraulic clutch he then follows in a known manner by regulating the amount of fluid in the clutch.



  A pneumatic clutch is understood here to mean a mechanical clutch that can be engaged and disengaged pneumatically.



  In the embodiment with an elec tric clutch, for. B. the eddy current effect can be exploited, while with a magnetic coupling z. B. a multi-disc clutch is engaged and disengaged by means of magnetic force.

 

Claims (1)

PATENT ANSPRUCII Gasturbinenanlage, gekennzeichnet durch eine zwischen einer Arbeitsturbine und min destens einem bei Normalbetrieb von der Ar- beitsturbine unabhängig laufenden Kompres sor angeordnete Kupplung, derart, dass der Kompressor bei eingeschalteter Kupplung als Bremse zur Begrenzung der Drehzahl der Arbeitsturbine wirken kann. UNTERANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine mechanische Kupplung ist. Gasturbinenanlage nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Freilaufkupplung ist. 3. PATENT ANSPRUCII Gas turbine system, characterized by a clutch arranged between a power turbine and at least one compressor running independently of the power turbine during normal operation, such that the compressor can act as a brake to limit the speed of the power turbine when the clutch is engaged. SUBClaims: 1. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the coupling is a mechanical coupling. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the clutch is an overrunning clutch. 3. Gasturbinenanlage nach Patentan- spruech dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine hydraulische Kupplung ist. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine pneumatische Kupplung ist. 5. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine elektrische Kupplung ist. 6. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine magnetische Kupplung ist. 7. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch für Landfahrzeuge, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kompressor von einer mit der Arbeitsturbine in Serie geschalteten Tur bine angetrieben wird. Gas turbine plant according to patent claim, characterized in that the clutch is a hydraulic clutch. Gas turbine plant according to patent claim, characterized in that the coupling is a pneumatic coupling. 5. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the coupling is an electrical coupling. 6. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the coupling is a magnetic coupling. 7. Gas turbine system according to patent claim for land vehicles, characterized in that the compressor is driven by a turbine connected in series with the power turbine. B. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, an einem Fahrzeug, dadurch gekenn zeichnet, dass der Zeitraum des Zusammen laufens und der gegenseitigen Trennung der Kompressor- und der Arbeitsgruppe von der Belastung des Fahrzeuges bestimmt wird. 9. Gasturbinenanlage nach Patent.an- sprueh, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum des Zusammenlaufens und der ge genseitigen Trennung der Kompressor- und der Arbeitsgruppe durch automatische Mittel bestimmt wird. B. gas turbine system according to patent claim on a vehicle, characterized in that the period of convergence and mutual separation of the compressor and the work group is determined by the load on the vehicle. 9. Gas turbine plant according to Patent.an- sprueh, characterized in that the period of convergence and the mutual separation of the compressor and the working group is determined by automatic means. 10. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum des Zusammenlaufens und der ge genseitigen Trennung der Kompressor- und der Arbeitsgruppe von einer Differenz der Drehzahlen dieser beiden Gruppen bestimmt wird. 10. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the period of convergence and the mutual separation of the compressor and the working group is determined by a difference in the speeds of these two groups.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1280011B (en) * 1962-10-05 1968-10-10 Bendix Corp Control device for a gas turbine plant
DE1426384B1 (en) * 1963-07-16 1970-07-16 Wickmann Axel Charles Gas turbine engine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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