Anlage mit einer Kraftmaschine und einer elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Kraft maschine und einer zeitweise als Phasenschieber, zeit weise als Stromerzeuger arbeitenden, in ihrer Drehzahl an eine Netzfrequenz gebundenen, elektrischen Ma schine.
Derartige Anlagen haben den Zweck, innerhalb eines Energieversorgungsnetzes in Zeiten geringer oder normaler Belastung des Netzes die notwendige Phasenregulierung durch die als Phasenschieber laufende, elektrische Maschine vorzunehmen, während bei Belastungsspitzen vom Phasenschieberbetrieb auf Stromerzeugungsbetrieb übergegangen wird, wobei der Antrieb der elektrischen Maschine durch die Kraftmaschine erfolgt.
Zu diesem Zweck muss die Kraftmaschine, bei spielsweise eine Gasturbine, angelassen werden, wo für bei Gasturbinenanlagen im allgemeinen ein ge sonderter Anlassmotor angeordnet ist, dessen Leistung ausreichend sein muss, um die Turbine mindestens auf diejenige Drehzahl zu bringen, die zum selbstständi gen Laufen derselben notwendig ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, anstelle eines gesonderten Anlassmotors die als Phasenschieber laufende, elektrische Maschine zum Anlassen der Gas turbine zu verwenden. Die Erfindung ist demgemäss gekennzeichnet durch eine für die übertragung der Betriebsleistung von der Kraftmaschine auf die als Generator laufende, elektrische Maschine bestimmte Kupplung und eine für die übertragung der Anfahr- leistung von der als Motor laufenden elektrischen Maschine auf die Kraftmaschine bestimmte hydrau lische Kupplung.
Bei einer zweckmässigen Ausführung der Erfin dung kann ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Anfahrleistung der als Motor laufenden elektrischen Maschine mit veränderter Drehzahl auf die anzufahrende Kraftmaschine über tragen wird.
Hierbei ist es zweckmässig, wenn eine ein- und ausrückbare, mechanische Kupplung zwischen Kraft maschine und Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist, welche es gestattet, mindestens einen Teil des Unter setzungsgetriebes nach Beendigung des Anlassvor- ganges im Normalbetrieb der Anlage auszurücken und stillzusetzen.
Eine besonders zweckmässige Anordnung ergibt sich hierbei, wenn das Untersetzungsgetriebe zwischen der ein- und ausrückbaren mechanischen Kupplung und der hydraulischen Kupplung angeordnet ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Anlage nach der Erfindung kann die ein- und ausrückbare mecha nische Kupplung auch eine überholungskupplung sein, welche als Freilauf wirkt, sobald der mit der Kraftmaschinenwelle in Eingriff befindliche Teil der Kupplung schneller läuft als der mit der elektrischen Maschine in Eingriff befindliche Teil.
In den beigefügten Zeichnungen sind Beispiele der Erfindung vereinfacht, das heisst im Prinzip dar gestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einer Turbine 1 als Kraftmaschine und einer elektrischen Maschine 2 sowie mit einer die Wellenenden 3 und 4 der beiden Maschinen verbindenden magnetischen Kupplung 5, welche beim Kraftbetrieb eingeschaltet ist und die volle Leistung der Turbine 1 auf die als Generator laufende, elektrische Maschine 2 überträgt. Um die magnetische Kupplung 5 herum ist eine hydraulische Kupplung 6, bestehend aus den beiden Kupplungs hälften 7 und 8, angeordnet.
Beide Kupplungshälften 7 und 8 sind mit den Wellenenden 3 und 4 fest ver bunden und übertragen während des Anlassvorganges der Turbine die Anlassleistung von der als Motor laufenden elektrischen Maschine' 2 auf die Turbine 1. Weil die Geschwindigkeit der Turbine während des Anlassvorganges längere Zeit hindurch im Ver hältnis zur Synchrongeschwindigkeit sehr gering ist, geht ein erheblicher Teil der Anlassleistung in der hydraulischen Kupplung 6 durch gleitende Reibung der Kupplungshälften infolge Umwandlung von me chanischer Energie in Wärme verloren.
Entsprechende Vorkehrungen müssen dann getroffen sein, um den Ölinhalt der hydraulischen Kupplung genügend zu kühlen.
Diese Nachteile werden mindestens teilweise be seitigt durch eine Anordnung nach Fig. 2, bei welcher zwischen der als Anlassmotor laufenden, elektrischen Maschine 2 und der Turbine 1 ein Untersetzungsge- triebe in Form eines Vorgeleges, bestehend aus den Zahnrädern 10, 11, 12, 13 und der Welle 9, einge schaltet ist, welches die Anfahrleistung des Elektro motors 2 mit verringerter Drehzahl, beispielsweise mit der halben Drehzahl, auf die Turbine 1 über trägt.
Dies hat den Vorteil, dass das von der hydrau lischen Kupplung 6 übertragene Drehmoment herab gesetzt wird, wodurch die Geschwindigkeitsdifferenz der Kupplungshälften 7 und 8 während der Anlass- periode beispielsweise auf die Hälfte reduziert wird, und bereits in dem Moment praktisch ausgeglichen ist, in welchem die Turbine die zum selbständigen Laufen notwendige Mindestdrehzahl, beispielsweise die Hälfte der Nenndrehzahl, erreicht hat.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist zwischen dem Teil 9' der Vorgelegewelle 9 und dem Teil 9" eine als Freilauf wirkende überholungskupplung 14 an geordnet. Die Freilaufwirkung tritt ein, wenn der Teil 9" der Welle 9 schneller läuft als der Teil 9'.
Die Anordnung nach Fig.2 besitzt immer noch den Nachteil, dass die Vorgelegezahnräder 10, 11, 12, 13 während der Betriebsdauer beider Maschinen 1 und 2 dauernd in Eingriff befindlich sind und wenn auch ohne Leistungsübertragung - mitlaufen. Hierdurch entstehen Geräusche und Verschleiss.
Eine diesbezügliche Verbesserung stellt die Aus führung der Anlage nach Fig. 3 dar, wobei das Un- tersetzungsgetriebe zwischen einer ein- und ausrück- baren, mechanischen Kupplung 17 und der hydrau lischen Kupplung 6 angeordnet ist. Hierbei ist der Teil 8 der hydraulischen Kupplung 6 mit dem Wellen teil 4 der elektrischen Maschine 2 fest verbunden. Der Teil 7 der hydraulischen Kupplung 6 dagegen ist mit dem Vorgelegerad 10 starr verbunden und beide laufen auf einer gemeinsamen Lagerbuchse 15 frei auf dem Wellenende 4.
Das Vorgelegezahnrad 13 ist ebenfalls auf einem Lager, beziehungsweise einer Gleitbuchse 16 frei drehend auf dem Wellenteil 3 der Turbine 1 angeordnet und überträgt am Anlass- vorgang das Anlassdrehmoment über die Klauen kupplung 17 auf die Turbinenwelle 3.
Schliesslich zeigt Fig. 4 ein weiteres Ausführungs- beispiel der Erfindung, bei welchem wie in Fig. 1 die hydraulische Kupplung 6 die magnetische Kupplung 5 übergreift. Bei dieser Anordnung ist zwischen der Kupplungshälfte 7 und dem Wellenteil 3 der Kraft- maschine 1 ein Planetenradgetriebe 18 angeordnet, dessen Sonnenrad 19 mit der Kupplungshälfte 7 starr verbunden ist. Beide sind mit einem gemein samen Lager 16' drehbar auf dem Wellenteil 3 an geordnet, während die Planetenräder 20 das auf sie einwirkende Drehmoment über das Joch 21 an den Wellenteil 3 der Turbine übertragen.
Der innenver zahnte Ring 23 ist ähnlich wie das Sonnenrad 19 und die Kupplungshälfte 7 mit dem Lager 22 um die Welle 3 drehbar angeordnet.
An der Peripherie des Ringes 23 ist eine Brems vorrichtung 24 angeordnet, mit deren Hilfe der Ring 23 gebremst werden kann, wodurch der Kraftschluss zwischen dem Kupplungsteil 7 und der Welle 3 her gestellt wird.
Die Wirkungsweise aller vier schematisch gezeigten Anordnungen nach Fig. 1 bis 4 ist im Prinzip gleich und etwa die folgende: Im Normalbetriebszustand, wenn also die elektrische Maschine 2 von der Kraft maschine 1 mit der Nennleistung angetrieben wird, ist die magnetische Kupplung eingeschaltet. Die Kraft übertragung geht in diesem Falle von der Kraft maschine 1 über den Wellenteil 3 durch die fest ver riegelte magnetische Kupplung 5 und den Wellen teil 4 zum Generator 2.
Während des Phasenschieberbetriebes steht die Kraftmaschine 1 still und die elektrische Maschine 2 läuft im Leerlauf mit Synchrondrehzahl am Netz. Die Wellenteile 3 und 4 sind nach Entriegelung der Ma gnetkupplung 5 gegeneinander frei, Wellenteil 4 dreht sich mit Synchrondrehzahl, Wellenteil 3 steht still, während die Kupplungshälfte 8 der hydrau lischen Kupplung 6 ebenfalls mit Synchrondrehzahl, beziehungsweise bei der Anlage nach Fig.2 mit der Drehzahl der Vorgelegewelle 9 leer mitläuft.
Soll nun die stillstehende Kraftmaschine ange lassen werden, so wird die hydraulische Kupplung 6 allmählich mit Öl gefüllt, wodurch von der mit der elektrischen Maschine verbundenen Kupplungshälfte 8 in mit zunehmender Ölfüllung steigendem Masse ein Drehmoment auf die Kupplungshälfte 7 übertragen wird. Hierbei ist bei der Anlage nach der Fig. 3 die Klauenkupplung 17 in Eingriff und in der Anlage nach Fig. 4 der Aussenring 23 mittels der Bremse 24 blockiert.
Allmählich läuft die Turbine 1 bis zur Anlass- drehzahl, welche beispielsweise in der Gegend der halben Nenndrehzahl liegt, an. Bei Erreichen der selben läuft die Turbine 1 nunmehr aus eigener Kraft weiter im Leerlauf bis auf Nenndrehzahl hoch. Wäh rend dieser zweiten Phase des Anlassvorganges ist die hydraulische Kupplung 6 wieder entleert und über trägt daher keine Leistung.
Bei der Anlage gemäss Fig.3 wird überdies die Klauenkupplung 17 ausge rückt, so dass die Zahnräder 10, 11, 12, 13 des Vor geleges stillstehen, während bei der Anlage gemäss Fig.4 die Bremsvorrichtung 24 gelöst wird und den Ring 23 freigibt, welcher mit dem gesamten Planeten- radgetriebe sowie der Kupplungshälfte 7 mit der Welle 3 umläuft, so dass das Planetenradgetriebe in sich stillsteht.
Wenn die Kraftmaschine annähernd die Synchron drehzahl erreicht hat, wird die Magnetkupplung erregt, welche im Augenblick der Drehzahldifferenz Null beide Wellenteile 3 und 4 kraftschlüssig kuppelt. Nunmehr ist die Anlassperiode beendet, und die ver riegelte Magnetkupplung überträgt die Nennleistung von der Kraftmaschine auf die als Generator laufende elektrische Maschine 2.