DE102005012167A1 - Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant - Google Patents

Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant Download PDF

Info

Publication number
DE102005012167A1
DE102005012167A1 DE200510012167 DE102005012167A DE102005012167A1 DE 102005012167 A1 DE102005012167 A1 DE 102005012167A1 DE 200510012167 DE200510012167 DE 200510012167 DE 102005012167 A DE102005012167 A DE 102005012167A DE 102005012167 A1 DE102005012167 A1 DE 102005012167A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
energy conversion
conversion machine
speed
hydrodynamic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE200510012167
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Dr. Tilscher
Bernhard Ludas
Hans Schirle
Andreas Dr. Basteck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Turbo GmbH and Co KG filed Critical Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority to DE200510012167 priority Critical patent/DE102005012167A1/en
Publication of DE102005012167A1 publication Critical patent/DE102005012167A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H37/00Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H47/00Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/06Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type
    • F16H47/08Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H37/00Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/0866Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H47/00Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/06Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type
    • F16H47/08Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion
    • F16H47/085Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion with at least two mechanical connections between the hydraulic device and the mechanical transmissions

Abstract

The train has a power branching gear (4), which is indirectly driven by a energy conversion machine with variable input speed. The gear effects a power branching on a main line and a side line. A hydrodynamic cycle (11) forms an indirect effective connection between the main and side lines. A control and/or regulating unit (15) controls the power transmission of the circuit such that the speed of the main line remains constant. An independent claim is also included for a power generation plant enclosing an energy conversion machine, which drives another energy conversion machine via a power train.

Description

Die Erfindung betrifft ein drehzahlvariables Getriebe für eine Energieerzeugungseinheit, insbesondere ein solches, welches eine variable Eingangsleistung bei unterschiedlichen Eingangsdrehzahlen von einer ersten Energiewandlungsmaschine aufnimmt und unter Aufrechterhaltung einer im Wesentlichen konstanten Ausgangsdrehzahl an eine zweite Energiewandlungsmaschine weiterleitet.The The invention relates to a variable-speed transmission for a power generation unit, in particular, one which has a variable input power receives at different input speeds from a first energy conversion machine and maintaining a substantially constant output speed to a second energy conversion machine forwards.

In Energieerzeugungsanlagen liegen oftmals Energiewandlungsmaschinen unterschiedlicher Charakteristik vor. Beispielsweise werden häufig zur elektrischen Energieerzeugung Verbrennungskraftmaschinen, etwa thermische Turbinen oder Kolbenmotoren, zum Antrieb von elektrischen Generatoren verwendet. Beispiele für letztere sind Synchron- oder Asynchrongeneratoren. Ferner sind solche elektrische Energieerzeugungsanlagen typischerweise an elektrische Verbundnetze angekoppelt. Zur Stabilisierung der Leistungsflussbilanz wird in solchen Netzen die Netzfrequenz geregelt, was zur Folge hat, dass bei einer unmittelbaren Aufschaltung des elektrischen Generators an das Verbundnetz dieser elektrische Energie mit der vorgegebenen Netzfrequenz einspeisen muss, woraus wiederum folgt, dass die rotierende elektrische Maschine in Abhängigkeit der Polpaaranzahl mit einer konstanten Umlaufdrehzahl betrieben werden muss. Kann diese Vorgabe nicht erfüllt werden, so ist es notwendig, anstatt einer unmittelbaren Ankopplung des elektrischen Generators an das Verbundnetz einen Frequenzumrichter zwischenzuschalten. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Generatorfrequenz und damit die Antriebsdrehzahl für den Generator weitestgehend frei einzustellen, nachteilig ist jedoch, dass die Verwendung von Frequenzumrichtern zu einer starken Netzrückwirkung, insbesondere im Hinblick auf die Oberschwingungsbelastung, führt. Ferner ist bei der Verwendung von Frequenzumrichtern im Falle von Leistungseinbrüchen auf dem Verbundsnetz nur eine im Vergleich zu einer direkten Kopplung schwache Stützwirkung durch den elektrischen Generator gegeben, so dass es auch im Hinblick auf die Netzstabilität wünschenswert ist, Turbomaschinensätze in unmittelbarer Leistungsverbindung zum Netz anzuschließen.In Power generation plants are often energy conversion machines different characteristics before. For example, are often used for electrical Energy generation Internal combustion engines, such as thermal turbines or piston engines, used to drive electric generators. examples for the latter are synchronous or asynchronous generators. Furthermore, such electrical power plants typically to electrical Interconnected networks. To stabilize the power flow balance In such networks, the network frequency is regulated, resulting in has that with an immediate connection of the electrical Generators connected to the grid of this electrical energy with the must feed in given network frequency, which in turn follows that the rotating electrical machine depending on the number of pole pairs must be operated at a constant rotational speed. can this requirement is not met it is necessary, rather than an immediate coupling of the electric generator to the grid a frequency converter interpose. By this measure, it is possible to Generator frequency and thus the drive speed for the generator set free as far as possible, however, is disadvantageous that the Use of frequency converters for strong network feedback, especially with regard to the harmonic load leads. Further is when using frequency converters in the case of power drops on the interconnected network only one compared to a direct coupling weak support effect given by the electric generator, so it also with regard to on the network stability desirable is, turbomachinery sets to be connected in the direct connection to the network.

Nachfolgend wird daher von einem Antriebsstrang ausgegangen, der mechanische Leistung von einer ersten Energiewandlungsmaschine aufnimmt und so zu einer zweiten Energiewandlungsmaschine weiterleitet, dass diese mit konstanter Umlaufdrehzahl angetrieben wird. Ferner sollte diese zweite Energiewandlungsmaschine durch ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment-/Leistungsverhältnis charakterisiert sein. Dies liegt im Fall von Synchotrongeneratoren vor. Auch für Asynchrongeneratoren ist diese Bedingung beim Vorliegen eines steilen Linearbereichs im Wesentlichen erfüllt.following is therefore assumed that a drive train, the mechanical Absorb power from a first energy conversion engine and so to a second energy conversion machine that forwards this is driven at a constant rotational speed. Furthermore, should this second energy conversion machine by a substantially constant Torque / power ratio characterized be. This is in the case of synchrotron generators. Also for asynchronous generators this condition is when there is a steep linear range essentially fulfilled.

Wird die voranstehend beschriebene Anforderung nun auf die erste Energiewandlungsmaschine an der Eingangsseite des Antriebsstrangs übertragen, so ergeben sich bei Verwendung eines Antriebsstrangs mit konstanter Übersetzung folgende Einschränkungen:
Wird zum Antrieb, d.h. als erste Energiewandlungsmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine verwendet und diese mit Nennleistung betrieben, so ist üblicherweise ein optimales Drehmoment-/Drehzahlpaar zugeordnet, auf das wiederum das Getriebe im nachfolgenden Antriebsstrang abgestimmt wird. Hieraus folgt, dass die Energieerzeugungsanlage lediglich eine im Wesentlichen konstante Leistung an das Netz abgeben kann und somit nur im geringen Maße als variable Energieerzeugungseinheit einsetzbar ist.
If the requirement described above is now transferred to the first energy conversion machine on the input side of the drive train, then the following restrictions apply when using a drive train with a constant ratio:
If an internal combustion engine is used for the drive, ie as the first energy conversion machine, and these are operated at rated power, an optimal torque / speed pair is usually assigned to which, in turn, the transmission in the subsequent drive train is tuned. It follows that the power generation plant can only deliver a substantially constant power to the grid and thus can be used only to a small extent as a variable power generation unit.

Wird die Variabilität bezüglich der Energieerzeugung für eine direkt an das Verbundnetz angeschlossene Energieerzeugungsanlage verlangt, so muss bei der Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine als Antrieb eines elektrischen Generators in Kauf genommen werden, dass zur Bereitstellung eines variablen Drehmoments am elektrischen Generator bei gleichzeitig konstanter Generatordrehzahl die Verbrennungskraftmaschine außerhalb der optimalen Betriebsbedingungen eingestellt werden muss, was nur innerhalb bestimmter Grenzen sinnvoll bzw. möglich ist. Eine Möglichkeit zur Umgehung dieser Problematik besteht darin, den Antriebsstrang als leistungsverzweigtes Getriebe auszubilden, wobei über einen Leistungszweig zusätzliche Hilfsmotoren oder Energiespeicher angekoppelt sind, welche dazu dienen, einen Teil der für den Leistungseintrag geforderten Variabilität unabhängig von der Hauptantriebsmaschine zu realisieren. Ein solcher Ansatz ist konstruktiv aufwendig und löst die Vorgabe des leistungsvariablen Antriebs eines unmittelbar an ein Netz angekoppelten Generators nicht vollständig. Darüber hinaus sind bei einer solchen Anordnung Wirkungsgradverluste im Antriebsstrang zu beachten.Becomes the variability in terms of of energy production for a power generation plant connected directly to the grid requires, so must when using an internal combustion engine be accepted as the drive of an electric generator, that for providing a variable torque on the electric Generator at the same time constant generator speed, the internal combustion engine outside the optimum operating conditions must be set, which only within reasonable limits is meaningful or possible. A possibility To circumvent this problem is to use the powertrain as train power split transmission, with a Power branch additional Auxiliary motors or energy storage are coupled, which in addition serve a part of for the variability required for the power input independent of the main drive machine to realize. Such an approach is structurally complex and solve the Specification of the power variable drive one directly to a network coupled generator not complete. In addition, with such a Arrangement efficiency losses in the drive train to be observed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für eine Energieerzeugungsanlage anzugeben, welcher dazu geeignet ist, zwei elektrische Energiewandlungsmaschinen unterschiedlicher Charakteristik miteinander zu verbinden, wobei der ersten Energiewandlungsmaschine auf der Eingangsseite des Antriebsstrangs eine optimale Drehzahl-/Drehmoment-Charakteristik zugeordnet ist, während für die zweite Energiewandlungsmaschine auf der Abtriebsseite des Antriebsstrangs die Vorgabe einer konstanten Umlaufdrehzahl besteht, und diese ferner durch ein konstantes Drehmoment-/Leistungsverhältnis charakterisiert ist. Die Energieerzeugungsanlage sollte eine variabel einstellbare Leistungsabgabe aufweisen, wobei der Antriebsstrang einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugungsanlage sowie eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Realisierung ermöglichen sollte.The invention has for its object to provide a drive train for a power generation plant, which is adapted to connect two electric energy conversion machines of different characteristics with each other, wherein the first energy conversion machine on the input side of the drive train is assigned an optimal speed / torque characteristic, while for the second energy conversion machine on the output side of the drive train is the specification of a constant rotational speed, and this is further characterized by a constant torque / power ratio. The power generation plant should have a variably adjustable power output, the drive train should allow the highest possible overall efficiency of the power generation plant and a structurally and manufacturing technology simple realization.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is solved by the features of the independent claims.

Zunächst haben die Erfinder erkannt, dass bei einer Vorgabe einer bestimmten Leistungsanforderung die zum Antrieb verwendete erste Energiewandlungsmaschine mit einem optimalen Drehzahl-/Drehmomentenpaar und zugleich auch die zweite Energiewandlungsmaschine mit konstanter Umlaufdrehzahl und mit einem entsprechend angepassten Drehmoment betrieben werden kann, wenn der zwischengeschaltete erfindungsgemäße Antriebsstrang, angepasst an das jeweilige Leistungserfordernis, eine variable Übersetzung bereitstellt. Erfindungsgemäß wird dies durch die Verwendung eines Leistungsverzweigungsgetriebes in Verbindung mit wenigstens einem abtriebsseitig nachfolgenden geregelten hydrodynamischen Kreislauf erreicht.First have the inventors recognized that when specifying a particular power requirement the first energy conversion machine used to drive with a optimal speed / torque pair and at the same time the second Energy conversion machine with constant circulating speed and with one adjusted torque can be operated when the intermediate drive train according to the invention, adapted to the respective service requirement, a variable translation provides. According to the invention this is through the use of a power split transmission in conjunction with at least one output side downstream controlled hydrodynamic Circulation achieved.

Das Leistungsverzweigungsgetriebe, welches beispielsweise als Planetenradgetriebe realisiert werden kann, dient der Aufteilung der zugeführten Leistung auf parallele Leistungszweige. Mit einem ersten Leistungszweig, welcher nachfolgend als Hauptstrang bezeichnet wird, steht die zweite Energiewandlungsmaschine in wenigstens mittelbarer Verbindung. Entsprechend der Vorgaben muss die Umlaufdrehzahl auf diesem Hauptstrang im Wesentlichen konstant gehalten werden. Parallel zum Hauptstrang stellt das Leistungsverzweigungsgetriebe wenigstens einen Seitenstrang zur Verfügung. Auf diesem Seitenstrang kann Leistung zur Anpassung des Übersetzungsverhältnisses dem Leistungsverzweigungsgetriebe zu- oder abgeführt werden, wobei die Einstellung der Leistungsflüsse auf dem Hauptstrang und jene auf dem Seitenstrang durch die Steuerung und/oder Regelung eines hydrodynamischen Kreislaufs bewirkt wird, welcher abtriebsseitig zum Leistungsverzweigungsgetriebe eine Wirkverbindung zwischen dem Hauptstrang und dem Seitenstrang herstellt.The Power split transmission, which, for example, as a planetary gear can be realized, serves the division of the supplied power on parallel power branches. With a first power branch, which is referred to below as the main strand, is the second Energy conversion machine in at least indirect connection. Corresponding By default, the rotational speed on this mainline must be substantially kept constant. Parallel to the main line is the power split transmission at least one side string available. On this sid string may be power to adjust the gear ratio the power split transmission to be supplied or removed, the setting the power flows on the main line and those on the side line through the control and / or regulation of a hydrodynamic circuit is effected which output side to the power split transmission an operative connection between the main strand and the side branch.

Der hydrodynamische Kreislauf besteht in wenigstens mittelbarer Wirkverbindung sowohl mit dem Hauptstrang wie auch mit dem Seitenstrang. Durch eine Steuerung und/oder Regelung des hydrodynamischen Kreislaufs, beispielsweise durch die Einstellung des Füllstandniveaus mit Arbeitsmedium oder durch eine Verstellung von Reaktionsgliedern, beispielsweise einem Stellrad im Falle eines hydrodynamischen Wandlers, kann der Leistungsfluss zwischen dem Seitenstrang und dem Hauptstrang so eingestellt werden, dass zum einen die Konstanz der Drehzahl auf dem Hauptstrang und damit eine konstante Drehzahl für die zweite Energiewandlungsmaschine, typischerweise dem elektrischen Generator, sichergestellt ist. Zum anderen ist eingangsseitig durch das entsprechend abgestimmte Übersetzungsverhältnis der geforderten Leistung eine bestimmte Eingangsdrehzahl zugeordnet. Dies heißt wiederum, dass die erste Energiewandlungsmaschine mit einem für die jeweilige Leistungsanforderung passenden Drehzahl-/Drehmomentpaar betrieben werden kann. Damit ist im Falle der Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine als erste Energiewandlungsmaschine eine Führung entlang einer optimalen Betriebskennlinie für alle an die Energieerzeugungsanlage gestellten Gesamtleistungsanforderungen möglich.Of the hydrodynamic circulation consists in at least indirect active compound both with the main strand as well as with the side strand. By a control and / or regulation of the hydrodynamic circuit, for example, by adjusting the level with working fluid or by an adjustment of reaction members, such as a Stellrad in the case of a hydrodynamic converter, the power flow be set between the side string and the main string so that on the one hand the constancy of the speed on the main line and thus a constant speed for the second energy conversion machine, typically the electric one Generator, is ensured. On the other hand, the input side the appropriately tuned gear ratio of required power assigned to a specific input speed. This means turn, that the first energy conversion machine with one for each Power requirement matching speed / torque pair operated can be. This is in the case of using an internal combustion engine as the first energy conversion machine a guide along an optimal operating characteristic for all total power requirements imposed on the power generation plant possible.

Zur entsprechend abgestimmten Steuerung und/oder Regelung des hydrodynamischen Kreislaufes ist es notwendig, dass die der ersten Energiewandlungsmaschine zugeordnete Kennlinie entsprechend abgebildet wird. Im Falle einer Verbrennungskraftmaschine wird dies im Allgemeinen eine ansteigende lineare bis parabolische Kennlinie für das optimale Drehmoment-/Drehzahlverhältnis sein. Hieraus wird eine auf die jeweilige Auslegung des Antriebsstrangs zum einen und der diesen antreibenden ersten Energiewandlungsmaschine zum anderen abgestellte Kennlinie zur Steuerung des hydrodynamischen Kreislaufes folgern. In Abhängigkeit der Leistungsanforderung wird dann eine jeweils angepasste Leistungsübertragung durch diesen hydrodynamischen Kreislauf und damit eine bestimmte Einstellung für die Wirkverbindung zwischen dem Hauptstrang und dem Seitenstrang des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs folgen. Diese Steuerung kann auch durch eine zusätzliche Regelung verbessert oder durch diese ersetzt werden, welche die eingangsseitige Drehzahl des Antriebsstrangs misst und mit den Vorgaben der jeweiligen Leistungsanforderung vergleicht und außerdem die ausgangsseitige Drehzahl konstant hält.to appropriately coordinated control and / or regulation of the hydrodynamic Circulation it is necessary that the first energy conversion machine associated characteristic is mapped accordingly. In case of a Internal combustion engine, this is generally an increasing linear to parabolic characteristic curve for the optimal torque / speed ratio. This will be a on the respective design of the powertrain on the one hand and the first energy conversion machine that drives them on the other parked characteristic for controlling the hydrodynamic Conclude circulation. Dependent on the power request then becomes a customized power transfer through this hydrodynamic cycle and thus a specific one Setting for the operative connection between the main strand and the side strand of the drive train according to the invention consequences. This control can also be improved by additional control or be replaced by this, which is the input-side speed of the powertrain and with the specifications of the respective power requirement compares and besides keeps the output speed constant.

In einer bevorzugten Ausgestaltung arbeitet die Steuerung und/oder Regelung für den hydrodynamischen Kreislauf mit einer Steuerungseinheit für die erste Energiewandlungsmaschine zusammen. Hierdurch ist es möglich, die Leistungsvorgabe an die erste Energiewandlungsmaschine, d.h. insbesondere die Einstellung eines optimalen Paars für das Drehmoment und die Drehzahl, mit der entsprechenden Justage für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang zu verbinden. Eine Verbindung zwischen diesen beiden Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten kann direkt erfolgen, etwa über eine Kommunikationsverbindung oder eine Verbindung kann mittelbar über weitere Steuergeräte, auch über ein zentrales Steuergerät, hergestellt werden. Ferner ist es auch denkbar, eine Steuerungs- und Regelungsfunktion in einer Gesamtsteuerungseinheit zusammenzufassen. Entsprechend einer Weitergestaltung besteht auch eine weitere Signalverbindung zur Steuerungseinheit für die zweite Energiewandlungsmaschine. So ist es im Falle eines an ein Verbundsnetz angeschlossenen Generators von Vorteil, wenn insbesondere für bestimmte Betriebszustände, etwa der Aufsynchronisation auf ein elektrisches Netz, eine entsprechende Nachführung der Leistungsübertragungscharakteristik durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang möglich ist.In a preferred embodiment, the control and / or regulation for the hydrodynamic circuit cooperates with a control unit for the first energy conversion machine. This makes it possible to connect the output specification to the first energy conversion machine, ie in particular the setting of an optimum pair for the torque and the speed, with the corresponding adjustment for the drive train according to the invention. A connection between these two control and / or regulating units can be made directly, for example via a communication connection or a connection can be made indirectly via other control devices, even via a central control unit. It is also conceivable to combine a control and regulation function in an overall control unit. According to a further embodiment, there is also a further signal connection to the control unit for the second energy conversion machine. Thus, in the case of a generator connected to a network, it is advantageous if, in particular for certain operating states, for example the synchronization to an electrical network, a corresponding tracking of the power transmission characteristic by the drive train according to the invention is possible.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren genauer beschrieben. Im Einzelnen ist folgendes dargestellt:following The invention will be described in more detail with reference to figures. In detail the following is shown:

1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang, welcher eine erste Energiewandlungsmaschine mit einer zweiten Energiewandlungsmaschine zur Ausbildung einer Energieerzeugungsanlage verbindet. 1 shows in a schematically simplified representation of a drive train according to the invention, which connects a first energy conversion machine with a second energy conversion machine for forming a power generation plant.

2 zeigt das wirkungsgradoptimale Drehzahl-/Drehmoment-Kennlinienfeld von unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen als erste Energiewandlungsmaschine und für die zweite Energiewandlungsmaschine das Generatorkennfeld mit konstanter Drehzahl. 2 shows the efficiency optimal speed / torque characteristic field of different internal combustion engines as a first energy conversion machine and for the second energy conversion machine, the generator map at a constant speed.

3 zeigt den Leistungs- und Wirkungsgradverlauf für ein erfindungsgemäßes Energieerzeugungssystem am Beispiel einer Gasturbine im Drehzahlbereich zwischen 7000 und 10000 U/min und einer Nennleistung von 6000 kW. 3 shows the performance and efficiency curve for an inventive power generation system using the example of a gas turbine in the speed range between 7000 and 10,000 rpm and a rated power of 6000 kW.

1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung einen Antriebsstrang 1, der eine variable mechanische Leistung von einer ersten Energiewandlungsmaschine 2 auf eine zweite Energiewandlungsmaschine 3 überträgt. Die erste Energiewandlungsmaschine 2, der Antriebsstrang 1 und die zweite Energiewandlungsmaschine 3 stellen zusammen mit im Einzelnen nicht dargestellten Steuerungseinheiten eine Energieerzeugungsanlage dar, welche an ein elektrisches Netzwerk, insbesondere ein Verbundnetz 17, unmittelbar, d.h. ohne die Verwendung von Frequenzumrichtern, angekoppelt ist. 1 shows a schematic simplified representation of a drive train 1 that provides variable mechanical power from a first energy conversion machine 2 on a second energy conversion machine 3 transfers. The first energy conversion machine 2 , the powertrain 1 and the second energy conversion machine 3 represent together with not shown in detail control units, a power generation plant, which to an electrical network, in particular a network 17 , directly, ie without the use of frequency converters, is coupled.

Bevorzugt wird als erste Energiewandlungsmaschine 2 eine Verbrennungskraftmaschine und insbesondere eine Gasturbine verwendet. Gasturbinen erfüllen aufgrund ihrer Eignung zur schnellen und dynamischen Anpassung die Erfordernisse als Antrieb für eine an ein Verbundnetz 17 aufgeschaltete Energieerzeugungsanlage mit variabel einstellbarer Leistungsabgabe. Ein optimaler Betrieb einer Gasturbine setzt jedoch voraus, dass für eine gegebene Leistungsanforderung ein optimales Paar von Drehmoment und entsprechend zugehöriger Drehzahl eingestellt werden kann und der Antriebsstrang jeweils mit dieser optimalen und entsprechend der Leistungsanforderung variablen Eingangsdrehzahl betrieben werden kann.Preference is given as the first energy conversion machine 2 an internal combustion engine and in particular a gas turbine used. Due to their suitability for fast and dynamic adaptation, gas turbines fulfill the requirements as a drive for a network to a network 17 connected power generation plant with variably adjustable power output. However, optimal operation of a gas turbine requires that for a given power demand, an optimum pair of torque and corresponding associated speed can be adjusted and the powertrain respectively operated at that optimal and variable input speed according to the power demand.

Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst ein Leistungsverzweigungsgetriebe 4, welches im vorliegenden Fall als Planetenradgetriebe ausgebildet ist und einen Planetenradträger 5, ein Hohlrad 6 und ein Sonnenrad 7 umfasst. Im vorliegenden Fall wird der Planetenradträger 5 unter Zwischenschaltung eines optionalen Zusatzgetriebes 8 von der ersten Energiewandlungsmaschine angetrieben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 bewirkt eine Aufspaltung in wenigstens zwei parallel zueinander geführte Teilleistungszweige. Ein erster Leistungszweig, welcher nachfolgend als Hauptstrang 9 bezeichnet wird, dient wenigstens mittelbar zum Antrieb einer zweiten Energiewandlungsmaschine 3, im vorliegenden Fall einer Synchronmaschine als elektrischen Generator. Ein zweiter Leistungszweig am Leistungsverzweigungsgetriebe 4 steht in wenigstens mittelbarer Verbindung zum Hohlrad 6. Dieser wird nachfolgend als Seitenstrang 10 bezeichnet. Weitere Ausgestaltungen für eine Leistungsverzweigung sind denkbar. Ferner können neben dem Leistungsverzweigungsgetriebe 4 auch noch weitere Getriebekomponenten diesem vor- oder nachgeschaltet werden oder zu einer starren Anpassung der Drehzahl im Hauptstrang 9 oder im Seitenstrang 10 verwendet werden.The drive train according to the invention comprises a power split transmission 4 which is formed in the present case as a planetary gear and a planet carrier 5 , a ring gear 6 and a sun wheel 7 includes. In the present case, the planet carrier 5 with the interposition of an optional additional gear 8th powered by the first energy conversion machine. The power split transmission 4 causes a splitting into at least two partial power branches guided parallel to one another. A first power branch, which is subsequently referred to as main line 9 is at least indirectly used to drive a second energy conversion machine 3 , In the present case a synchronous machine as an electric generator. A second power branch on the power split transmission 4 is at least indirectly connected to the ring gear 6 , This will be referred to as a page string below 10 designated. Further embodiments for a power split are conceivable. Furthermore, in addition to the power split transmission 4 even further transmission components this upstream or downstream or to a rigid adjustment of the speed in the main line 9 or in the sidestream 10 be used.

Abtriebsseitig zum Leistungsverzweigungsgetriebe 4 ist ein hydrodynamischer Kreislauf 11 angeordnet, welcher dazu dient, eine einstellbare Wirkverbindung zwischen dem Hauptstrang 9 und dem Seitenstrang 10 herzustellen. Im vorliegenden Fall wird hierzu ein regelbarer hydrodynamischer Wandler verwendet, der mit seinem Pumpenrad 12 in wenigstens mittelbarer Wirkverbindung zum Hauptstrang 9 steht. Eine entsprechend wenigstens mittelbare Wirkverbindung besteht zwischen dem Turbinenrad 13 und dem Seitenstrang 10. Zur Übertragung des Leistungsflusses zwischen dem Hauptstrang 9 und dem Seitenstrang 10 und damit zur Einstellung eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 wird der hydrodynamische Kreislauf 11 gesteuert und/oder geregelt. Im vorliegend dargestellten Fall eines hydrodynamischen Wandlers wird dies durch eine Einstellung des Stellrades 14 erreicht. In alternativen Gestaltungen ist es möglich, anstatt eines hydrodynamischen Wandlers als hydrodynamischen Kreislauf eine hydrodynamische Kupplung, einen Trilokwandler oder einen Retarder zu verwenden. Die Steuer- und/oder Regelbarkeit des hydrodynamischen Kreislaufs kann dann für die entsprechende Komponente im Rahmen des fachmännischen Könnens realisiert werden, so ist es auch denkbar, die Leistungsübertragung durch den hydrodynamischen Kreislauf über eine Einstellung des Füllstands mit Arbeitsmedium zu bewirken.On the output side to the power split transmission 4 is a hydrodynamic cycle 11 arranged, which serves to provide an adjustable operative connection between the main strand 9 and the side string 10 manufacture. In the present case, a controllable hydrodynamic converter is used for this purpose, with its impeller 12 in at least indirect operative connection to the main strand 9 stands. A corresponding at least indirect operative connection exists between the turbine wheel 13 and the side string 10 , To transfer the power flow between the main line 9 and the side string 10 and thus for setting a specific transmission ratio of the power split transmission 4 becomes the hydrodynamic cycle 11 controlled and / or regulated. In the present case of a hydrodynamic converter, this is achieved by adjusting the setting wheel 14 reached. In alternative designs, it is possible to use a hydrodynamic coupling, a triloc converter or a retarder instead of a hydrodynamic converter as the hydrodynamic circuit. The controllability and / or controllability of the hydrodynamic circuit can then for the corresponding Component can be realized within the skill of the art, it is also conceivable to effect the power transmission through the hydrodynamic circuit via an adjustment of the level with working fluid.

Zur Regelung und Steuerung des hydrodynamischen Kreislaufs 11 ist diesem eine Steuerungs- und Regelungseinheit 15 zugeordnet. Bevorzugt wird die Hinterlegung einer Kennlinie, welche entsprechend dem auf die zweite Energiewandlungsmaschine zu übertragenden Moment, bzw. entsprechend der Gesamtleistungsanforderung an die Energieerzeugungsanlage, einen bestimmten Leistungsfluss über den Seitenstrang 10 bewirkt. Dieser kann zum Leistungsverzweigungsgetriebe 4 in Form einer Blindleistung zurückgeführt werden oder von diesem kommend in den Hauptstrang 9 eingespeist werden. Durch diesen Leistungsfluss auf dem Seitenstrang 10 resultiert eine Momentenwirkung auf das Leistungsverzweigungsgetriebe 4, im vorliegenden Fall auf das Hohlrad 6, wodurch variabel das Übersetzungsverhältnis des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 angepasst wird und so entsprechend der für den hydrodynamischen Kreislauf hinterlegten Kennlinie einem vorgegebenen Antriebsmoment am Eingang des Antriebsstrangs auch eine bestimmte Drehzahl zugeordnet wird. Die Kennlinie zur Einstellung des hydrodynamischen Kreislaufs 11 ist nun so angepasst, dass sie auf die Kennliniencharakteristik der jeweils antreibenden ersten Energiewandlungsmaschine abgestellt ist. Durch diese Maßnahme wird für jede Leistungsanforderung die erste Energiewandlungsmaschine 2, im vorliegenden Fall die Gasturbine, mit einem optimalen Drehzahl-/Drehmomentpaar und damit mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben.For controlling and controlling the hydrodynamic circuit 11 this is a control and regulation unit 15 assigned. Preference is given to the deposit of a characteristic which, in accordance with the torque to be transmitted to the second energy conversion machine, or according to the total power requirement to the power generation plant, a certain power flow over the side branch 10 causes. This can be the power split transmission 4 be returned in the form of a reactive power or coming from this in the main strand 9 be fed. Through this power flow on the side string 10 results in a moment effect on the power split transmission 4 , in the present case on the ring gear 6 , Which variably the transmission ratio of the power split transmission 4 is adjusted and so according to the characteristic stored for the hydrodynamic circuit a predetermined drive torque at the input of the drive train and a certain speed is assigned. The characteristic for setting the hydrodynamic circuit 11 is now adjusted so that it is turned off on the characteristic curve of each driving first energy conversion machine. This measure makes the first energy conversion machine for each power requirement 2 , In the present case, the gas turbine, with an optimal speed / torque pair and thus operated with optimum efficiency.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zusätzlich oder alternativ zur Kennliniensteuerung für den hydrodynamischen Kreislauf eine Regelung verwendet, welche dazu dient, die Nenndrehzahl auf dem Hauptstrang 9 konstant zu halten und auf der Eingangsseite des Antriebsstrangs 1 eine an die jeweilige Gesamtleistungsanforderung angepasste Drehzahl sicherzustellen. Diese Steuerung und/oder Regelung kann wiederum in einer bevorzugten Ausgestaltung mit weiteren Steuergeräten kommunizieren. Bevorzugt wird hierfür die Steuerung der ersten Energiewandlungsmaschine 2. Dies hat den Vorteil, dass die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses des Antriebsstrangs 1 und die Leistungsabgabe der ersten Energiewandlungsmaschine 2 zum Antrieb des Antriebsstrangs 1 aufeinander abgestimmt werden können. Eine weitere Kommunikationsverbindung zwischen der Regelungs- und Steuereinheit des hydrodynamischen Kreislaufs und einer Steuerungseinheit für die zweite Energiewandlungsmaschine, im vorliegenden Fall dem Synchrongenerator, ist dann vorteilhaft, wenn besondere Betriebszustände vorliegen. Dies kann beispielsweise eine Aufsynchronisation auf ein Verbundnetz sein oder eine Reaktion auf einen Leistungsabwurf.In a preferred embodiment, in addition to or as an alternative to the characteristic control for the hydrodynamic circuit, a regulation is used which serves to set the rated speed on the main line 9 keep constant and on the input side of the powertrain 1 to ensure a speed adapted to the respective overall power requirement. This control and / or regulation can in turn communicate in a preferred embodiment with other control devices. For this purpose, the control of the first energy conversion machine is preferred 2 , This has the advantage that the adaptation of the transmission ratio of the drive train 1 and the power output of the first energy conversion machine 2 to drive the drive train 1 can be coordinated with each other. Another communication connection between the control and control unit of the hydrodynamic circuit and a control unit for the second energy conversion machine, in the present case the synchronous generator, is advantageous when special operating conditions exist. This can be, for example, a synchronization to a network or a reaction to a power loss.

In einer Weitergestaltung ist es möglich, zwei und mehr hydrodynamische Kreisläufe 11 zur Verbindung des Hauptstrangs 9 mit dem Seitenstrang 10 im erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass zwischen unterschiedlich gestalteten und dimensionierten hydrodynamischen Kreisläufen eine Auswahl getroffen werden kann bzw. ein gewichteter Betrieb möglich ist. Werden beispielsweise hydrodynamische Wandler als hydrodynamische Kreisläufe verwendet, so sind diese besonders gut durch eine Einstellung des Reaktionsglieds steuerbar. Wird stattdessen eine hydrodynamische Kupplung verwendet, so führt dies für bestimmte Drehzahlbereiche zu einem höheren Wirkungsgrad. Ein Trilokwandler wiederum verbindet für bestimmte Betriebsbereiche beide Vorteile. Ferner ist es möglich, als hydrodynamischen Kreislauf einen Retarder zu verwenden, welcher in Form einer Bremse, insbesondere für den Seitenstrang 10, Anwendung finden kann. Je nach Ausgestaltung ist es möglich, zur Anpassung der Drehzahlen auf dem Hauptstrang 9 und dem Seitenstrang 10 zusätzliche Getriebekomponenten zu verwenden. In 1 ist zur Veranschaulichung ein Standgetriebe 16 dargestellt. Ferner ist es denkbar, mehrere parallele Leistungszweige und somit zwei oder mehr Nebenstränge 10 auszubilden. Auch eine Abweichung von der in 1 dargestellten Ausgestaltung des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 als Planetenradgetriebe ist im Rahmen des fachmännischen Könnens realisierbar.In a further design, it is possible to have two or more hydrodynamic cycles 11 to the connection of the main strand 9 with the side string 10 in the drive train according to the invention 1 to use. This has the advantage that between differently designed and dimensioned hydrodynamic circuits a selection can be made or a weighted operation is possible. If, for example, hydrodynamic converters are used as hydrodynamic circuits, they can be controlled particularly well by adjusting the reaction member. If a hydrodynamic coupling is used instead, this leads to a higher efficiency for certain speed ranges. A triloc converter in turn combines both advantages for certain operating ranges. Furthermore, it is possible to use as a hydrodynamic circuit a retarder, which in the form of a brake, in particular for the side strand 10 , Can be used. Depending on the configuration, it is possible to adjust the speeds on the main line 9 and the side string 10 to use additional gear components. In 1 is illustrative a stationary gearbox 16 shown. Furthermore, it is conceivable to have several parallel power branches and thus two or more secondary lines 10 train. Also a deviation from the in 1 illustrated embodiment of the power split transmission 4 As a planetary gear is feasible within the skill of the art.

In 1 sind die Drehzahl/Drehmomentkennfelder für die erste und die zweite Energiewandlungsmaschine exemplarisch dargestellt. Die zweite Energiewandlungsmaschine ist gekennzeichnet durch ein konstantes Drehmoment- zu Leistungsverhältnis und einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl. Demnach besteht die entsprechende Drehzahl-/Drehmomentkennlinie im Wesentlichen aus einer Vertikalen. Dies ist insbesondere für einen Synchotrongenerator als zweite Energiewandlungsmaschine gegeben. Im Falle eines Asynchrongenerators wird eine steile Kennlinie, die näherungsweise eine Vertikale darstellt, folgen. In der vorliegenden Anmeldung wird auch für diesen Fall von einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl bei variabler Ausgangsleistung für die zweite Energiewandlungsmaschine gesprochen. Im Vergleich hierzu weist die erste Energiewandlungsmaschine ein abweichendes Drehzahl-/Drehmomentverhältnis auf. Dies ist in 2 exemplarisch anhand von zwei Kennlinien gezeigt. Die Kennlinie I bezieht sich auf einen im Wesentlichen parabolischen Verlauf, während die Kennlinie II einen linearen Verlauf darstellt. Die bevorzugten ersten Energiewandlungsmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, werden eine Kennliniencharakteristik aufweisen, welche durch einen linearen bis parabolischen Verlauf charakterisiert ist.In 1 the speed / torque maps for the first and the second energy conversion machine are shown by way of example. The second energy conversion machine is characterized by a constant torque to power ratio and a substantially constant speed. Accordingly, the corresponding speed / torque characteristic essentially consists of a vertical. This is given in particular for a synchotron generator as the second energy conversion machine. In the case of an asynchronous generator, a steep characteristic curve, which represents approximately a vertical, will follow. In the present application also for this case, a substantially constant speed with variable output power for the second energy conversion machine is spoken. In comparison, the first energy conversion machine has a different speed / torque ratio. This is in 2 shown by way of example with reference to two characteristics. The characteristic I relates to a substantially parabolic course, while the characteristic II represents a linear course. The preferred first energy conversion machines, in particular internal combustion engine, become one Characteristic characteristic characterized by a linear to parabolic curve.

Unter Drehzahl-/Drehmomentverhältnis wird in der vorliegenden Anmeldung die Betriebskennlinie verstanden, welche einer geforderter Leistung ein Drehzahl-/Drehmomentpaar für einen optimalen Wirkungsgrad zuordnet. Im Allgemeinen ist die Charakteristik der ersten Energiewandlungsmaschine durch eine variabel einstellbare Drehzahl und ein ansteigendes Drehzahl-/Drehmomentenverhältnis charakterisiert, so dass eine Anpassung durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang auf die Charakteristik der zweiten Energiewandlungsmaschine vollzogen wird. Exemplarisch ist hierzu in 2 die Zuordnung von drei mit runden Markern gekennzeichneten Drehzahl-/Drehmomentpaaren auf der Kennlinie I zu korrespondierenden Betriebspunkten auf der Kennlinie der zweiten Energiewandlungsmaschine dargestellt. Entsprechend ergibt sich für die Kennlinie II der ersten Energiewandlungsmaschine eine Zuordnung zwischen den mittels Quadraten markierten Drehzahl-/Drehmomentpaaren und den entsprechend markierten Betriebspunkten auf der Kennlinie der zweiten Energiewandlungsmaschine. Demnach ist es mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang möglich, unterschiedliche Kennliniencharakteristiken für die erste Energiewandlungsmaschine an die abweichende Charakteristik der zweiten Energiewandlungsmaschine anzupassen. Dies wird durch eine entsprechend veränderte Regelung für den hydrodynamischen Kreislauf des Antriebsstrangs bewirkt. Insbesondere wird hierfür eine auf die jeweilige Charakteristik der ersten Energiewandlungsmaschine abgestimmte Kennlinie zurückgegriffen. Außerdem ist es möglich, durch eine entsprechende Kommunikationsverbindung zwischen den Steuerungsgeräten für die erste Energiewandlungsmaschine und dem hydrodynamischen Kreislauf im Antriebsstrang eine verbesserte Abstimmung zu erreichen. Dies kann sowohl eine allgemeine Einstellung sein, falls durch einen Austausch der ersten Energiewandlungsmaschine die grundlegende Charakteristik auf der Eingangsseite des Antriebsstrangs verändert wird. Zum anderen ist es auch möglich, während des Betriebs im Sinne einer Regelung und/oder Steuerung für die erste Energiewandlungsmaschine und den hydrodynamischen Kreislauf eine verbesserte Abstimmung zu erzielen. Dies kann auch durch die Verwendung einer übergeordneten, d.h. auf beide Komponenten zugreifende, Regelungs- und/oder Steuerungseinheit realisiert werden.Under speed / torque ratio is understood in the present application, the operating characteristic, which assigns a required power a speed / torque pair for optimum efficiency. In general, the characteristic of the first energy conversion machine is characterized by a variably adjustable speed and an increasing speed / torque ratio, so that an adaptation by the drive train according to the invention to the characteristics of the second energy conversion machine is performed. Exemplary is this in 2 the assignment of three marked with round markers speed / torque pairs on the characteristic I to corresponding operating points on the characteristic curve of the second energy conversion machine shown. Correspondingly, for the characteristic curve II of the first energy conversion machine, an association between the speed / torque pairs marked by squares and the correspondingly marked operating points on the characteristic curve of the second energy conversion machine results. Accordingly, it is possible with the drive train according to the invention to adapt different characteristic curves for the first energy conversion machine to the deviating characteristic of the second energy conversion machine. This is effected by a correspondingly changed control for the hydrodynamic circuit of the drive train. In particular, a characteristic adapted to the respective characteristics of the first energy conversion machine is used for this purpose. In addition, it is possible to achieve improved coordination by means of a corresponding communication connection between the control devices for the first energy conversion machine and the hydrodynamic circuit in the drive train. This can be both a general setting, if the basic characteristic on the input side of the drive train is changed by an exchange of the first energy conversion machine. On the other hand, it is also possible to achieve improved tuning during operation in the sense of regulation and / or control for the first energy conversion machine and the hydrodynamic circuit. This can also be realized by the use of a superordinate, ie accessing both components, control and / or control unit.

3 zeigt beispielhaft den Leistungs- und Wirkungsgradverlauf für eine Energieerzeugungsanlage mit einer ersten Energiewandlungsmaschine in Form einer Gasturbine, wobei der Drehzahlausschnitt zwischen 7000 und 10000 U/min beachtlich ist. Über einen Leistungsbereich von 1000 kW bis 6000 kW kann die Energieerzeugungsanlage mit einem hohen Gesamtwirkungsgradverlauf betrieben werden, wobei gleichzeitig die gesamte an das elektrische Netz abgegebene Leistung variabel ist. In 1 ist die ansteigende Drehzahl- /Leistungscharakteristik dargestellt, entlang derer die Gasturbine zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrads betrieben werden sollte. Zur Darstellung der sich ergebenden Wirkungsgrade sind in 3 Muschelkurven dargestellt. Diese beziehen sich auf den jeweiligen Treibstoffverbrauch bozogen auf die erbrachte mechanische Leistung und sind somit als Relativangaben für den Wirkungsgradverlauf anzusehen. Der Antriebsstrang erlaubt es nun, diese optimale Charakteristik der Gasturbine auf die hiervon abweichende Charakteristik eines Synchrongenerators anzupassen. 3 shows by way of example the performance and efficiency curve for a power generation plant with a first energy conversion machine in the form of a gas turbine, the rotational speed cut between 7000 and 10000 U / min is considerable. Over a power range of 1000 kW to 6000 kW, the power generation plant can be operated with a high degree of overall efficiency, while at the same time the total power delivered to the electrical grid is variable. In 1 is shown the increasing speed / power characteristic along which the gas turbine should be operated for optimum efficiency. To illustrate the resulting efficiencies are in 3 Shell curves shown. These refer to the respective fuel consumption booge on the mechanical power provided and are therefore to be regarded as relative statements for the efficiency curve. The drive train now makes it possible to adapt this optimum characteristic of the gas turbine to the deviating characteristic of a synchronous generator.

Für das Gesamtsystem wirkt sich die zusätzliche Verwendung eines Leistungsverzweigungsgetriebes und des hydrodynamischen Kreislaufs nicht nachteilig aus, d.h. der Wirkungsgradgewinn durch eine variable und zugleich leistungsoptimale Führung der antreibenden ersten Energiewandlungsmaschine 2 gleicht einen kleinen Wirkungsgradsverlust im Antriebsstrang 1 aus.For the overall system, the additional use of a power split transmission and the hydrodynamic circuit does not adversely affect, ie the efficiency gain by a variable and at the same time power optimal guidance of the driving first energy conversion machine 2 equals a small loss of efficiency in the drive train 1 out.

11
Antriebsstrangpowertrain
22
erste Energiewandlungsmaschinefirst Energy Conversion Machine
33
zweite Energiewandlungsmaschinesecond Energy Conversion Machine
44
LeistungsverzweigungsgetriebePower split transmission
55
Planetenradträgerplanet
66
Hohlradring gear
77
Sonnenradsun
88th
Zusatzgetriebeadditional gear
99
Hauptstrangmain line
1010
Seitenstrangside strand
1111
hydrodynamischer Kreislaufhydrodynamic circulation
1212
Pumpenradimpeller
1313
Turbinenradturbine
1414
Stellradthumbwheel
1515
Regelungs-/Steuereinheit des hydrodynamischen KreislaufsRegulatory / control unit of the hydrodynamic cycle
1616
Standgetriebestationary gear
1717
Verbundnetzgrid system

Claims (9)

Antriebsstrang (1) zum Übertragen einer variablen mechanischen Leistung, die von einer ersten Energiewandlungsmaschine (2) erzeugt wird, auf eine zweite Energiewandlungsmaschine (3), wobei die erste Energiewandlungsmaschine (2) mit variabler Drehzahl betrieben wird und ein ansteigendes Drehzahl-/Drehmomentverhältnis aufweist und die zweite Energiewandlungsmaschine (3) im Wesentlichen mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird und ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment-/Leistungsverhältnis aufweist, umfassend 1.1 ein Leistungsverzweigungsgetriebe (4), das wenigstens mittelbar von der ersten Energiewandlungsmaschine (2) mit einer variablen Eingangsdrehzahl angetrieben wird und welches eine Leistungsverzweigung auf einen Hauptstrang (9) und wenigstens einen Seitenstrang (10) bewirkt, wobei der Hauptstrang (9) die zweite Energiewandlungsmaschine (3) wenigstens mittelbar antreibt; 1.2 mit mindestens einem hydrodynamischen Kreislauf (11), welcher abtriebsseitig zum Leistungsverzweigungsgetriebe (4) eine wenigstens mittelbare Wirkverbindung zwischen dem Hauptstrang (9) und einem Seitenstrang (10) herstellt; 1.3 mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (15), die die Leistungsübertragung des hydrodynamischen Kreislaufs (11) so beeinflusst, dass die Drehzahl des Hauptstrangs (9) im Wesentlichen konstant bleibt und das Übersetzungsverhältnis des Leistungsverzweigungsgetriebes (4) so einstellt, dass bei einem bestimmten, von der ersten Energiewandlungsmaschine (2) aufgebrachten Drehmoment eine vorgegebene Eingangsdrehzahl zugeordnet ist.Powertrain ( 1 ) for transmitting a variable mechanical power generated by a first energy conversion machine ( 2 ) is generated on a second energy conversion machine ( 3 ), the first energy conversion machine ( 2 ) is operated at variable speed and has an increasing speed / torque ratio and the second energy conversion machine ( 3 ) is operated substantially at a constant speed and a substantially constant torque 1.1 comprises a power split transmission ( 4 ), at least indirectly from the first energy conversion machine ( 2 ) is driven at a variable input speed and which is a power split to a main line ( 9 ) and at least one side strand ( 10 ), the main strand ( 9 ) the second energy conversion machine ( 3 ) drives at least indirectly; 1.2 with at least one hydrodynamic circuit ( 11 ), which on the output side to the power split transmission ( 4 ) an at least indirect operative connection between the main strand ( 9 ) and a side string ( 10 ) produces; 1.3 with a control and / or regulating device ( 15 ), the power transmission of the hydrodynamic circuit ( 11 ) is influenced so that the speed of the main line ( 9 ) remains substantially constant and the gear ratio of the power split transmission ( 4 ) so that, for a particular, from the first energy conversion engine ( 2 ) applied torque is assigned a predetermined input speed. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Kreislauf (11) ein hydrodynamischer Wandler oder ein Trilokwandler oder eine hydrodynamische Kupplung oder ein Retarder ist.Drive train according to claim 1, characterized in that the hydrodynamic circuit ( 11 ) is a hydrodynamic converter or a triloc converter or a hydrodynamic coupling or a retarder. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei hydrodynamische Kreisläufe (11) eine Wirkverbindung zwischen dem Hauptstrang (9) und wenigstens einem Seitenstrang (10) herstellen.Drive train according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least two hydrodynamic cycles ( 11 ) an active connection between the main strand ( 9 ) and at least one side string ( 10 ) produce. Antriebsstrang nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Kreislauf (11) eine Vorrichtung zur Einstellung des Füllstands des Arbeitsmediums umfasst.Drive train according to at least one of claims 1 - 3, characterized in that the hydrodynamic circuit ( 11 ) comprises a device for adjusting the level of the working medium. Antriebsstrang nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leistungsverzweigungsgetriebe ein weiteres Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis vor- oder nachgeschaltet ist oder der Hauptstrang (9) und/oder der Seitenstrang (10) ein Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis umfasst.Drive train according to at least one of claims 1 - 4, characterized in that the power branching gear another gear with constant gear ratio upstream or downstream or the main strand ( 9 ) and / or the side branch ( 10 ) comprises a transmission with constant transmission ratio. Antriebsstrang nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (15) des hydrodynamischen Kreislaufs (11) mit der Steuerung der ersten und/oder der zweiten Energiewandlungsmaschine (2, 3) kommuniziert.Drive train according to at least one of claims 1 - 5, characterized in that the control and / or control unit ( 15 ) of the hydrodynamic cycle ( 11 ) with the control of the first and / or the second energy conversion machine ( 2 . 3 ) communicates. Energieerzeugungsanlage umfassend eine erste Energiewandlungsmaschine, die über einen Antriebsstrang (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 6 eine zweite Energiewandlungsmaschine (3) antreibt.Power generation plant comprising a first energy conversion machine, which via a drive train ( 1 ) according to at least one of claims 1 - 6, a second energy conversion machine ( 3 ) drives. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiewandlungsmaschine (2) ein ansteigendes, linear bis parabolische Drehmoment-/Drehzahlverhältnis aufweist.Power generation plant according to claim 7, characterized in that the first energy conversion machine ( 2 ) has an increasing, linear to parabolic torque / speed ratio. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiewandlungsmaschine ein elektrischer Generator ist, der an ein elektrisches Verbundnetz gekoppelt ist.Power generation plant according to at least one of claims 7 or 8, characterized in that the second energy conversion machine An electric generator is connected to an electrical network is coupled.
DE200510012167 2005-03-17 2005-03-17 Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant Ceased DE102005012167A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510012167 DE102005012167A1 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510012167 DE102005012167A1 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005012167A1 true DE102005012167A1 (en) 2006-04-27

Family

ID=36129077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510012167 Ceased DE102005012167A1 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005012167A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008061263A3 (en) * 2006-11-21 2008-09-25 Windtec Consulting Gmbh Differential gear on a wind power plant and method for changing or switching the power range of said differential gear

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1981001444A1 (en) * 1979-11-14 1981-05-28 Allmaenna Ingbyran Windmill transmission and control systems
WO2004088132A1 (en) * 2003-03-31 2004-10-14 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Drive train for the transmission of a variable power

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1981001444A1 (en) * 1979-11-14 1981-05-28 Allmaenna Ingbyran Windmill transmission and control systems
WO2004088132A1 (en) * 2003-03-31 2004-10-14 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Drive train for the transmission of a variable power
DE10314757B3 (en) * 2003-03-31 2004-11-11 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Powertrain to transmit variable power

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008061263A3 (en) * 2006-11-21 2008-09-25 Windtec Consulting Gmbh Differential gear on a wind power plant and method for changing or switching the power range of said differential gear
US8206262B2 (en) 2006-11-21 2012-06-26 AMSC Austria GmbH Differential gear on a wind power plant and method for changing or switching the power range of said differential gear

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1756423B1 (en) Energy generation installation with an adjustable-speed gear
EP1608872B1 (en) Drive train for the transmission of a variable power
DE10357292B4 (en) A method of controlling a powertrain for a speed-controlled turbofan engine, power shock reduction, and short-term energy storage
AT508411B1 (en) DIFFERENTIAL GEARBOX FOR ENERGY EQUIPMENT AND METHOD FOR OPERATING
AT504395B1 (en) COMPENSATION GEAR OF A WIND POWER PLANT AND METHOD FOR MODIFYING OR SWITCHING THE PERFORMANCE OF THIS BALANCE TRANSMISSION
EP1895157B1 (en) Method for operating a wind farm with a synchronous generator and an overriding drive
AT514589B1 (en) Method of operating a drive train and drive train
DE102011087109B3 (en) Apparatus and method for recovering energy from a fluid flow
AT514396B1 (en) Method and device for starting up a drive train
AT511720B1 (en) ENERGY RECOVERY SYSTEM
EP2997284A1 (en) Method for operating a drive train, and drive train
EP2990610A1 (en) Aircraft engine and method for operating an airplane engine
WO2016059115A1 (en) Device and method for driving variable-rotational-speed working machines
DE102014210868A1 (en) Device for power transmission and machine arrangement with it
DE102011084573A1 (en) Stepless adjustable hydromechanical power-split transmission for e.g. wind power plant for converting flow energy into electric energy, has control device adjusting hydraulic pump such that output shaft exhibits constant output speed
DE102005012167A1 (en) Power train for power generation plant, has gear to effect power branching on main and side lines, and control and/or regulating unit to control power transmission of hydrodynamic circuit such that speed of main line remains constant
DE102014115191B4 (en) Apparatus and method for driving variable speed work machines
DE10318696A1 (en) Powertrain with variable input and constant output speed
EP2312720A2 (en) Device for supplying voltage to a work system
DE102004004350B3 (en) Method for reducing the speed of a drive train in a wind turbine and wind turbine with at least two rated speeds
DE102011008061A1 (en) Wind-power plant i.e. off-shore-system, for power generation, has generator with low power causing rotation speed reduction for another generator with high power, where generators are coupled with each other and commonly driven
DE102019114253A1 (en) Drive train for a fluid machine with auxiliary energy generation
EP2342455A2 (en) Wind power station
DE102009037522A1 (en) Wind energy plant for use in wind farm, has rotor and transmission unit with torque converter, where electric generator is drivable by rotor over transmission unit
DE202015100515U1 (en) Device for driving variable speed work machines

Legal Events

Date Code Title Description
OAV Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection