DE10017548B4 - Generatorgetriebe - Google Patents

Abstract

Generatorgetriebe (1) zur Anpassung der Drehzahl einer Gasturbine (2) an einen Stromgenerator (3), wobei der Antrieb von der Gasturbine (2) mit einem Sonnenritzel (8) in Planetenräder (11) einer ersten Planetengetriebestufe (8, 11) eingeleitet wird und über weitere Planetenräder (18) einer zweiten Planetengetriebestufe (18, 4), die jeweils mit den Planetenrädern (11) der ersten Getriebestufe auf einer gemeinsamen Planetenräderwelle (9) angeordnet sind, mit einem Hohlrad (4) auf den Generator (3) abgetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräderwellen (9) in Buchsen (19) gelagert sind, die jeweils komplett mit den Planetenrädern (11, 18) in Öffnungen an einer Tragwand (15) des Getriebes einsetzbar sind, wobei die Planetenräderwellen (9) mit den angefrästen Planetenrädern (18) mit ihren Lagern (5, 13) in den Buchsen (19) als Baugruppe vormontiert sind in die Bohrung an der Tragwand (15) einbracht und befestigt sind und die Buchsen (19) an ihren, in die Bohrung eingebrachten, Mantelflächen jeweils eine Umfangsnut (17) aufweisen, die mit einer Ölversorgungsbohrung (16) in der Tragwand (15) zur Deckung kommt und die Planetenräder (11, 18) bezüglich ihrer Abstände (A, B) zum Lager (13) so auf der Planetenräderwelle (9) angeordnet sind, daß sich die aus den Umfangskräften resultierenden Momente um das Lager (13) herum im wesentlichen gegeneinander aufheben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein schnellaufendes Generatorgetriebe zur Anpassung der Drehzahl einer Gasturbine an einen Stromgenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus Ehrlenspiel, Klaus: ”Überlegungen zur Konstruktionsarbeit am Beispiel eines Turboplanetengetriebes” (VDI-Z, Bd. 113, 1971, Nr. 2, S.106–110, Bild 6.5) bekannt ist.
• Es ist allgemein bekannt zwischen der Abtriebswelle einer Gasturbine und einem Stromgenerator ein zweistufiges Planetengetriebe anzuordnen, um die hohe Ausgangsdrehzahl der Gasturbine zu untersetzen und an den Stromgenerator anzupassen. Dazu sind zwei Planetengetriebestufen nacheinander angeordnet und durch eine Kupplung miteinander verbunden. Die Planetenräder sind dabei in einem Planetenträger entweder beidseitig in Käfigform oder bei kleinen Leistungen auch fliegend gelagert. Bekannt sind auch sogenannte reduzierte Planetengetriebe, die mit einer reduzierten Anzahl von Elementen auskommen. Ein Sonnenritzel greift dabei in Planetenräder ein, auf deren Wellen jeweils axial versetzt ein weiteres Planetenrad angeordnet ist und zusammen einen weiteren Planetensatz bilden, der mit einem Hohlrad kämmt. Die Planetenträger der beiden Planetenradsätze sind jeweils in Käfigform ausgeführt und werden zu einem gemeinsamen Steg zusammengebaut. Diese teure und kompliziert zu montierende zweiteilige Ausführung ist notwendig, um die Zahneingriffskräfte der Planetenräder im Hohlrad über die im Planetenträger montierten Lager abstützen zu können. Durch diese Bauform wird auch der Service an der Getriebeanlage erschwert.
• Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung ein einfach aufgebautes zweistufiges Planetengetriebe bereitzustellen, das einfach zu montieren ist und einen leichten Service der Anlage ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Durch die besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung können die Zahnräder der beiden Planetenradsätze auf der gemeinsamen Welle vormontiert werden und in einer Montagevorrichtung können die Zahnflanken einfach aufeinander eingerichtet werden, so daß die komplizierte Einstellung beim Zusammenbau entfällt. Dadurch ist eine besonders einfache und unkomplizierte Montage des Getriebes möglich.
• Durch die erfindungsgemäße Anordnung können die Momente der Umfangskräfte der beiden Planetensätze um das Mittenlager herum gegeneinander ausgeglichen werden, wodurch an den Wellen der Planetenräder nur noch ein kleines Lager zum Abfangen der Radialkräfte vorgesehen werden muß.
• Durch den erfindungsgemäßen besonders vorteilhaften Aufbau wird die Montage, die Wartung, die Ersatzteilhaltung sowie der Austausch von im wesentlichen einfachen standardisierten Teilen bzw. komplett vormontierten Baueinheiten besonders vereinfacht.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Die 1 zeigt einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels in der Ebene einer Planetenräderwelle (9).
• In symbolischer Darstellung sind eine herkömmliche und daher nicht näher beschriebene Gasturbine (2) und ein ebenfalls nicht näher erläuterter herkömmlicher Stromgenerator (3) mit etwa 100 bis 120 Kilowatt elektrischer Leistung gezeigt. Die Gasturbine (2) und der Generator (3) sind in allgemein üblicher Weise über Wellenkupplungen oder sonstige Mittel mit dem Generatorgetriebe (1) verbunden.
• Von der, mit der Gasturbine (2) verbundenen, Eingangswelle des Generatorgetriebes (1) wird die Antriebsleistung über ein Sonnenritzel (8) in mehrere Planetenräder (11) einer ersten Getriebestufe eingetrieben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden vorzugsweise drei Planetenräder (11) verwendet. Bei Realisierung anderer Übersetzungsverhältnisse ist es auch möglich vier oder auch mehr Planetenräder einzusetzen, wodurch die Leistung in kleinere Beträge aufgeteilt wird und die einzelnen Bauteile daher kleiner dimensioniert und günstiger hergestellt werden können, so daß sich insgesamt ein wirtschaftlichere Konstruktion ergibt.
• Die Planetenräder (11) sind vorzugsweise mit einer reibschlüssigen Welle-Naben-Verbindung, beispielsweise mit einem Ringfederspannsatz, an einem Ende einer Planetenräderwelle (9) angeordnet. Auf diesen Planetenräderwellen (9) ist jeweils ein weiteres Planetenrad (18) einer weiteren Übersetzungsstufe angeordnet. Die Planetenräder (18) dieser weiteren Getriebestufe kämmen in einem Hohlrad (4) über welches die Antriebsleistung auf den Generator (3) abgegeben wird. Das Hohlrad (4) kann beispielsweise direkt auf der Eingangswelle des Generators (3) angeordnet sein, so daß auf eine eigene Lagerung der Hohlradwelle verzichtet werden kann. Es ist jedoch auch möglich für das Hohlrad (4) bzw. die Hohlradwelle eine eigene Lagerung vorzusehen. Das Sonnenritzel (8) ist vorzugsweise fliegend zwischen den Planetenrädern (11) gelagert.
• Die Planetenräderwelle (9) ist zwischen den Planetenrädern (11, 18) mit einem Lager (13) gestützt, das in eine Buchse (19) eingebracht ist und über einen Zwischenring (14) mit einem Sicherungsring befestigt ist. Die Abstände der Planetenräder (11, 18) zur Mittelebene des Lagers (13) sind so gewählt, daß sich die Momente, die sich aus den verschiedenen Umfangskräften an den Zahneingriffen (8, 11; 18, 4) welche an Hebelarmen (A, B) wirken, im wesentlichen gegeneinander aufheben. Am, dem Hohlrad (4) zugewendeten, Ende der Planetenräderwelle (9) ist ein Lager (5) vorgesehen, das nur noch die Radialkräfte der Zahneingriffe (8, 11; 18, 4) und ggf. ein kleines Restmoment aus den Umfangskräften aufnehmen muß. Dieses Lager (5) weist aufgrund seiner verhältnismäßig kleinen Belastung einen sehr kleinen Außendurchmesser auf und benötigt auch nur eine kleine Halterung. Deshalb kann in besonders vorteilhafter Weise auf einen Planetenträger an dieser Stelle verzichtet werden und das Lager (5) kann in der gleichen Buchse (19) aufgenommen werden, die auch das Lager (13) trägt.
• Die Buchsen (19) werden mit ihren zylindrischen Außenformen in Bohrungen an einer Tragwand (15) des Getriebegehäuses eingepaßt und jeweils mit einem Flansch seitlich an der Tragwand (15) fixiert. Je nach Größe des Getriebes kann es erforderlich sein die zentrisch einander zugewendeten Bereiche der Flansche auszusparen. Die Buchsen (19) weisen an ihren, in die Bohrung eingebrachten, Mantelflächen jeweils eine Umfangsnut (17) auf, die mit einer Ölversorgungsbohrung (16) in der Tragwand (15) zur Deckung kommt.
• Vorzugsweise konzentrisch zum Außenumfang weist die Buchse (19) eine zylindrische Öffnung zur Aufnahme des Lagers (13) auf und an der zum Hohlrad (4) zugewendeten Seite ist die Buchse (19) mit einem Kragarm verlängert, der das kleine Lager (5) stützt. Die einzelnen Buchsen (19) sind bezüglich ihrer Drehrichtung so in die Öffnungen an der Tragwand (15) eingebaut, daß ihre Kragarme jeweils radial zur Hauptachse (Z) des Generatorgetriebes (1) zugewendet sind. Die Kragarme sind so gestaltet, daß sie dem Lager (5) ausreichend Stütze geben und das Hohlrad (4) darüber hinweg aufgeschoben werden und mit den Planetenrädern (18) kämmen kann.
• Im Kragarm sind außerdem Schmierölbohrungen (6) vorgesehen, die über die Umfangsnut (17) und die Ölzufuhrbohrung (16) mit Schmieröl versorgt werden. Die Schmierölbohrungen (6) weisen an den Lagerstellen (5, 13), an der dem Planetenrad (18) zugewendeten Seite sowie in Richtung zum Zahneingriff zwischen dem Sonnenritzel (8) und dem jeweiligen Planetenrad (11) jeweils Öffnungen bzw. Düsen auf, durch welche diesen Schmierstellen Öl zugeführt wird. Die Ölverteilung auf alle, um die Getriebehauptachse (Z) herum angeordneten, Buchsen (19) erfolgt über eine Bohrung (20) in der Tragwand (15), deren offenes Ende mit einem Stopfen verschlossen ist und auf die von jeder Buchse (19) her eine Querbohrung zuläuft. Eine weitere Ölversorgungsbohrung (7) kann ausgehend von der Bohrung (20) weitere Schmierstellen innerhalb des Getriebegehäuses mit der zentralen Ölversorgung verbinden.
• Durch die vorteilhafte Anordnung der Planetenräder (11, 18) auf der Planetenräderwelle (9) kann auf einen teuren Planetenträger verzichtet werden, denn das relativ kleine Lager (5) kann in der Buchse (19) aufgenommen werden. Die Planetenräderwellen (9) mit den vorzugsweise angefrästen Planetenrädern (18) können mit ihren Lagern (5, 13) in den Buchsen (19) vormontiert, das zweite Planetenrad (11) kann jeweils eingestellt und beispielsweise mit einem Ringfederspannsatz befestigt werden. Diese Baugruppe kann dann komplett ohne weitere Einstellarbeit jeweils in die Bohrung an der Tragwand (15) eingebracht und befestigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Tragwand (15) drei entsprechende Bohrungen gleichmäßig um die Getriebehauptachse (Z) geteilt angeordnet, in die jeweils eine solche vormontierte Baugruppe eingebracht wird.
• Je nach Übersetzung und Auslegung ist es jedoch auch möglich eine größere Anzahl von entsprechend vormontierten Buchsen (19) in Bohrungen an der Tragwand (15) vorzusehen.
• Um an allen Zahneingriffen der beiden Planetengetriebestufen ein gleichmäßiges Tragbild der Planetenräder (11, 18) zu Erreichen wird vorzugsweise eine Montage-Vorrichtung verwendet, welche die entsprechende Relativlage der Zahnflanken des ersten (11) und zweiten Planetenrades (18) auf der Planetenräderwelle (9) fixiert, während der Preßverband am montierten Planetenrad (11) hergestellt wird. Bei den in Käfigform ausgeführten Planetengetrieben muß diese Einstellarbeit bei fixiertem Hohlrad während des Zusammenbaus innerhalb des Getriebegehäuses vorgenommen werden, was einen großen Aufwand darstellt.
• Bei dem dargestellten erfindungsgemäß gestalteten Ausführungsbeispiel kann das Hohlrad (4) ohne Montageaufwand axial abgezogen werden. Dadurch ist es möglich das Hohlrad (4) direkt am Wellenende des Generators (3), beispielsweise an einem Flansch anzuordnen, das Generatorgetriebe (1) mit den Planetenerädern (18) einzuschieben und am Gehäuse des Generators (3) zu befestigen.
• Die Montage, die Wartung, die Ersatzteilhaltung und der Austausch von Teilen wird durch den besonders vorteilhaften Aufbau aus einfachen standardisierten Teilen bzw. vormontierten Baueinheiten, wie beispielsweise die Buchsen (19) mit den voreingestellten Planetenrädern (11, 18), wesentlich vereinfacht.
• Mit dem dargestellten Generatorgetriebe (1) wird eine Übersetzung von 15, 16:1 realisiert, wodurch eine Drehzahl von etwa 55.000 Umdrehungen/Minute der Gasturbine (2) auf 3.600 Umdrehungen/Minute für den Generator (3) angepaßt wird, der einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 60 Hertz erzeugt.
• Denkbar sind jedoch auch Eingangsdrehzahlen bis über 100.000 Umdrehungen/Minute und Übersetzungen von 6 bis 20 zu 1 sowie Ausgangsdrehzahlen von 3.000 oder 1.500 Umdrehungen/Minute um einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz zu erzeugen.
• Für die Lager (5, 13) können sowohl Gleit- als auch Wälzlager vorgesehen werden.
• Bezugszeichenliste

1

Generatorgetriebe

2

Gasturbine

3

Generator

4

Hohlrad

5

Lager

6

Schmierölbohrung

7

Ölversorgungsbohrung

8

Sonnenritzel

9

Planetenräderwelle

10

Preßverband

11

Planetenrad

12

Sicherungsring

13

Lager

14

Zwischenring

15

Tragwand

16

Ölzufuhrbohrung

17

Umfangsnut

18

Planetenrad

19

Buchse

20

Bohrung

A

Hebelarm der Zahnkräfte des Planetenrades (18)

B

Hebelarm der Zahnkräfte des Planetenrades (11)

Z

Getriebehauptachse

Claims (1)

1. Generatorgetriebe (1) zur Anpassung der Drehzahl einer Gasturbine (2) an einen Stromgenerator (3), wobei der Antrieb von der Gasturbine (2) mit einem Sonnenritzel (8) in Planetenräder (11) einer ersten Planetengetriebestufe (8, 11) eingeleitet wird und über weitere Planetenräder (18) einer zweiten Planetengetriebestufe (18, 4), die jeweils mit den Planetenrädern (11) der ersten Getriebestufe auf einer gemeinsamen Planetenräderwelle (9) angeordnet sind, mit einem Hohlrad (4) auf den Generator (3) abgetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräderwellen (9) in Buchsen (19) gelagert sind, die jeweils komplett mit den Planetenrädern (11, 18) in Öffnungen an einer Tragwand (15) des Getriebes einsetzbar sind, wobei die Planetenräderwellen (9) mit den angefrästen Planetenrädern (18) mit ihren Lagern (5, 13) in den Buchsen (19) als Baugruppe vormontiert sind in die Bohrung an der Tragwand (15) einbracht und befestigt sind und die Buchsen (19) an ihren, in die Bohrung eingebrachten, Mantelflächen jeweils eine Umfangsnut (17) aufweisen, die mit einer Ölversorgungsbohrung (16) in der Tragwand (15) zur Deckung kommt und die Planetenräder (11, 18) bezüglich ihrer Abstände (A, B) zum Lager (13) so auf der Planetenräderwelle (9) angeordnet sind, daß sich die aus den Umfangskräften resultierenden Momente um das Lager (13) herum im wesentlichen gegeneinander aufheben.

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