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Einrichtung und Verfahren zum Hochfahren von Gasturbinensätzen Gasturbinen
können bekanntlich erst bei einer Drehzahl in der Nähe der halben Betriebsdrehzahl
arbeiten, da sie erst von dieser Drehzahl an ein ausreichendes Antriebsmoment entwickeln,
um den Maschinensatz zu beschleunigen. Es ist daher üblich, das Anwerfen derartiger
Maschinen durch einen Anwurfantrieb durchzuführen, um den Läufer gegen das' vorliandene,
drehzahlabhängige Widerstandsmoment hochzufahren.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, das Anwerfen von Gasturbinen
mit verhältnismäßig geringem Aufwand möglich zu machen, ohne daß ein mit dem Maschinensatz
gekuppelter Anwurfmotor verwendet wird. Diese Anordnung erfordert bekanntlich erhebliche
Komplikationen in der Ausbildung der Maschinensätze und hat vor allem den Nachteil,
daß der Anwurfmotor im normalen Betriebe mit der vollen Drehzahl mitgeschleppt wird,
falls nicht schaltbare Kupplungen zum Abtrennen des Anwurfmotors von dem Turbinensatz
vorgesehen sind. Es wird daher angestrebt, die vorhandenen von den Turbinen angetriebenen
Generatoren selbst für den Anwurf der Turbinen heranzuziehen. An sich ist bekannt,
diese Maschinen für Asynchronanlauf auszubilden, was aber bei den hochtourigen,
in der Regel zweipoligen Generatoren nicht ohne weiteres möglich ist und zu einer
verwickelten Spezialausbildung der Generatoren führt, da diese mit zur Erzeugung
des Anlaufmoments geeigneten, besonderen Anlaufwicklungen niedriger Polzahl versehen
sein müssen.
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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten geht die Erfindung einen anderen
Weg, indem beim Hochfahren der Generator als Synchronmaschine unter Zuführung einer
veränderlichen Frequenz von einem Frequenzumformer gespeist und vorzugsweise synchron
hochgefahren wird. Diese Anordnung bzw. dieses Verfahren hat den großen Vorzug,
daß der Generator eine normale Ausbildung erhalten kann und die Anwendung von besonderen
gegebenenfalls umschaltbaren Anlaufwicklungen vermieden ist. Besondere Vorteile
bietet die Erfindung beim Vorhandensein t:on mehreren Maschinensätzen in der Anlage,
da in diesem Fall ein und derselbe Umformer zum Anfahren der verschiedenen Maschinensätze
benutzt werden kann. Im übrigen ergibt sich durch die Erfindung der weitere Vorteil,
daß der das Anfahren ermöglichende Frequenzumformer von dem Maschinensatz völlig
getrennt in beliebigen vorhandenen Räumen untergebracht werden kann.
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Unter Anwendung des vorstehend erläuterten Erfindungsgedankens wird
weiter gemäß der Erfindung eine besonders wirtschaftliche Lösung dadurch erreicht,
daß beim Anfahren der Turbinensatz zunächst durch eine mechanische Wellendrehvorrichtung,
die für. den normalen Dreh- oder Turnbetrieb in der Regel vorhanden ist, auf eine
verhältnismäßig niedrige Drehzahl gebracht wird, wonach der über die Drehvorrichtung
angetriebene Generator mit dem Anfahrsatz bei einer entsprechenden Frequenz synchronisiert
und anschließend durch Erhöhung der Frequenz auf eine Drehzahl hochgefahren wird,
bei der ein Zünden der Gasturbine bzw. Brennkammer der Gasturbine und die Erzeugung
eines Drehmoments in der Gasturbine selbst möglich ist.
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Diese Ausbildung hat den großen Vorteil zur Folge, daiß der Frequenzumformer
nicht für das Anfahren des ,Maschinensatzes aus dem Stillstand bemessen zu werden
braucht, d. h. daß das große, beim Anfahren aus dem Stillstand erforderliche Moment
nicht durch den von dem Frequenzumformer gespeisten, motorisch arbeitenden Generator
aufgebracht werden muß. Hierdurch wird es aber möglich gemacht, den Frequenzumformer
mit wesentlich kleineren Abmessungen bzw. einer bedeutend verringerten Leistung
auszuführen, die etwa in der gleichen Größenordnung wie die eines gekuppelten Anwurfmotors
liegt.
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Die Abmessungen des Frequenzumformers können weiter dadurch gering
gehalten werden, daß die Reaktanz so klein wie möglich gehalten wird. Gleichzeitig
empfiehlt es sich, bei Anwendung eines Motorgenerators als Frequenzumformer zur
Speisung dos anzuwerfenden Generators die Erregung so zu ändern, daß die Spannung
möglichst hoch und konstant gehalten wird. Eine Regelung auf den Leistungsfaktor
ist ohne weiteres möglich.
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Erwähnt sei, daß an sich der Frequenzanlauf von . Synchronmaschinen,
die unter Abkupplung von der
Turbine als Phasenschieber betrieben
werden sollen, bekannt ist. Hierbei wird die hochzufahrende Synchronmaschine auf
den Generator eines Turbosatzes mit Dampfturbinenantrieb geschaltet, der zum Zwecke
des Anfahrens langsam angelassen wird und den abgekuppelten Generator im sogenannten
Frequenzanlauf mitnimmt. Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Einrichtung
ist nur für Dampfkraftanlagen geeignet, nicht aber für Gasturbinenanlagen, bei denen
bekanntlich das Erfordernis besteht, die Turbine aus dem Stillstand bis zur Anwurfdrehzahl
durch einen äußeren Antrieb hochzufahren.
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Die Erfindung soll näher an Hand des in der Zeichnung wiedergegebenen
Ausführungsbeispiels erläutert werden 1 bedeutet in der Zeichnung die Gasturbine,
2 einen mit dieser gekuppelten Drehstromgenerator einer größeren Leistung, z. B.
15 000 bis 25 000 kWrT. 3 ist ein Frequenzumformersatz, der aus dem Synchrongenerator
3 ca und einem beliebigen drehzahlregelbaren Motor 3 b besteht. Beim Anfahrbetrieb
kann der Generator 3 a des Frequenzumformersatzes mittels eines Schalters 5 auf
die Ständerwicklung 2a des Generators 2 geschaltet werden. Die beiden Synchronmaschinen
2 und 3 a werden in üblicher Weise mit Gleichstrom erregt. Der Welle des aus der
Turbine 1 und Generator 2 bestehenden Turbinensatzes ist als Drehvorrichtung ein
Ölturbinenrad 6 zugeordnet, welches es ermöglicht, den Maschinensatz erforderlichenfalls
mit ainer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl anzutreiben, um Formänderungen im Läufer,
und Ständer der Turbine infolge ungleicher Erwärmung zu vermeiden. Das Olturbinenrad
6 wird hierbei von Drucköl beaufschlagt. Dieses wird einer Ölpumpe des Maschinenaggregats
entnommen, welche das Schmiermittel für die Lager liefert. Zusätzlich sind die Lager
des Maschinensatzes mit Druckölentlastungseinrichtungen versehen, durch welche beim
Anfahren infolge Zuführung von unter erhöhtem Druck stehendem Öl die Welle
in den Lagerschalen angehoben wird, so daß der Widerstand beim Anfahren der Maschinenwelle
wesentlich herabgemindert werden kann. Zur Vereinfachung sind Pumpen und Ölkreise
in der Zeichnung nicht wiedergegeben. Das Anfahren des Maschinensatzes erfolgt nun
in der Weise, daß zunächst unter elektrischer Trennung des Generators 2 von dem
Anwurfgenerator 3 a die durch die Turbine 6 gebildete Wellendrehvorrichtung unter
Speisung von einer Ölpumpe das Aggregat in Drehung versetzt und auf eine verhältnismäßig
niedrige Drehzahl von 2 bis 4 Ve der Normaldrehzahl des Generators 2 bringt. Anschließend
werden die Generatoren 2, und 3 a, erregt, synchronisiert und parallel geschaltet.
Dies Vorgänge können, selbsttätig durch eine zugleich die Ölturbinensteuerung bewirkende
Schalteinrichtung gesteuert werden. Nunmehr wird durch Erhöhet der Drehzahl des
Antriebsmotors 3 b des Frequenzumformersatzes 3 die Frequenz erhöht und der Generatorsatz
mit der gekuppelten Turbine synchron auf die angestrebte Drehzahl haeefahreu. Die
Erregung der Maschine 3 a wird während des Hochfahrens in solcher Weise gczegelt
daß der Generator 3n eine möglichst hohe Spannung abgibt. Der Leistungsfaktor kann
angenähert gleich 1 gehalten werden. Sobald die Turbine ein Drehmoment entwickelt,
wird der Generator hiervon weiter beschleunigt, so daß der speisende Frequenzumformer
zweckmäßigerweise abgeschaltet wird. Die Ausschaltung kann in vorteilhafter Weise
ebenfalls selbsttätig in Abhängigkeit von der Frequenz, Drehzahl oder den elektrischen
Größen des Generators G (Strom, Spannung, Leistung) beispielsweise durch Relais
erfolgen.
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In Einzelheiten kann die beschriebene Anordnung abgeändert werden,
so ist es möglich, an Stelle einer Ölturbine 6 eine Drehvorrichtung anderer Art
bei dem Verbrennungsturbinensatz 1, 2 anzuwenden.