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.