DE1426297C - Kleingasturbinenanlage mit einem Elektrogenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kleingasturbinenanlage mit einem Elektrogenerator, bei der in einem starr mit einem Turbinengehäuse verbundenen Lagergehäuse eine Welle in zwei Lagern gelagert ist und die Welle in der Nähe des einen Lagers an ihrem freien Ende innerhalb des Turbinengehäuses ein Turbinenrad mit Verdichterrad trägt.

Es ist bekannt, Gas- oder Dampfturbinen zum Antrieb von Elektrogeneratoren zu benutzen, wobei die Turbinenwelle ohne Zwischengetriebe direkt die Welle des Generators antreibt and ein für die Abstützung der Turbinen- bzw. Generatorwelle vorgesehenes Lagergehäuse einerseits direkt an das Turbinengehäuse und andererseits an den Stator des Generators angeflanscht ist (deutsche Patentschrift 865 842, französische Patentschrift 444 546). Bei diesen turbinengetriebenen Generatorsätzen handelt es sich meist um schwere, stationäre Anlagen von erheblichem Platzbcdarf, was zum Teil darauf zurückgeht, daß sowohl die Welle des Turbinenrades als auch die Welle des Rotors des Generators in Lagern umlaufen, die jeweils zu beiden Seiten des Turbinenrades bzw. des Rotors angeordnet sind.

Es sind darüber hinaus auch bereits transportable Kleingasturbinen zum Antrieb von Elektrogeneratoren von relativ geringer Leistung, beispielsweise 50 kW oder geringer, bekannt, die insbesondere als Notstromaggregate Verwendung finden können (»The Engineer« 1955, S. 678). Bei solchen und anderen größeren Turbinen wurden auch schon an einem freien Wcllcnende fliegend gelagerte Turbinen-Verdichtcrrad-Kombinationen verwendet. Die bekannten Klcingasturbinen haben jedoch den Nachteil, daß wegen der auftictenden großen Drehzahlen, die in der Größenordnung von 35 000 bis 80 000 U/Min. liegen können, zwischen Turbinenweile und dem Rotor des Generators, der im allgemeinen Drehzahlen zwischen 3000 und 12 000 U/Min, besitzt, ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen werden muß. Solche Getriebe sind jedoch sperrig und meistens schwerer als die eigentliche Gasturbine, so daß der Zweck, eine kompakte, leicht transportable Einheit von geringem Gewicht zu schaffen, nicht erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kleingasturbincnanlagc zum Antrieb eines Elektrogenerators zu schaffen, bei der Turbine und Generator ohne Zwischenschaltung von Getriebemitteln eine starre, kompakte Einheit von geringem Gewicht bilden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise an der dem Turbinengehäuse gegcnübcrlicgcni'cn Seite des Lagergehäuses der Stator des Elektrogenerators angeflanscht ist und daß die Welle in der Nähe des anderen Lagers an ihrem Ende den Rotor des Generators trägt.

Durch die Anordnung des Rotors des Generators am Ende der Welle — was in der Technik auch als »fliegende Lagerung« bezeichnet wird — wird der Vorteil erreicht, daß ein weiteres Lager jenseits des Rotors entfallen und somit an Platz und Gewicht gespart werden kann. Außerdem wurde in überraschender Weise gefunden, daß bei einer solchen Anordnung ein Getriebe zwischen Turbine und Generator trotz der hohen Umdrehungszahl der Kleingasturbine entbehrlich ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turbinenanlage mit Elektrogenerator,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Brennstoffversorgung und Steuerung der erfindungsgemäßen Maschine,

F i g. 3 eine Vorrichtung zum Anlassen der erfindungsgemäßen Maschine.

Die in F i g. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kleingasturbinenanlage mit Elektrogenerator weist ein Lagergehäuse 1 mit einem Flansch 1 α und einem gewölbten Gehäuseteil Ib auf. An seinem einen Ende bildet das Lagergehäuse 1 eine Halterung 2 für ein Lager 3. Am anderen Ende des Lagergehäuses 1 ist ein Gewinde 4 vorgesehen, auf welches ein Ring 5 zur Halterung eines zweiten Lagers 6 aufgeschraubt ist. Die beiden Lager 3 und 6 dienen der Abstützung einer Welle 7, deren Enden mit la und Ib bezeichnet sind. Das Ende la dient zum Antrieb des Rotors 8 eines Elektrogenerators 9, während das Ende 7 b mit der eigentlichen Turbine verbunden ist.

Der Elektrogenerator 9, beispielsweise ein Wechselstromgenerator, besitzt einen Stator 10 beliebiger Ausführung, der am Flansch la des Lagergehäuses 1 befestigt ist.

Das Ende7fc der Welle 7 ist als Flansch 11 mit Bohrungen 12 ausgebildet, in die Spannbolzen 13 eingeschraubt sind. Die Bolzen 13 verbinden ein Turbinenrad 14 mit Schaufeln 14 a und ein Verdichterrad 15 mit Schaufeln 15 a miteinander und verankern gleichzeitig die beiden Räder drehfest am Flansch 11 der Welle 7.

Turbinenrad 14 und Verdichterrad 15 sind im Inneren eines Turbinengehäuses 16 angeordnet, das mit dem Lagergehäuse 1 durch quer verlaufende Streben 17 verbunden ist. Das Turbinengehäuse 16 begrenzt zusammen mit der Außenwand des gewölbten Teiles 1 b des Lagergehäuses 1 einen Lufteinlaßkanal 18, dessen Querschnitt allmählich abnimmt. Weiterhin bildet das Turbinengehäuse 16 am Ende der Schaufeln 15 a des Verdichterrads 15 einen Kanal 19, in dem Diffusoren 20 angeordnet sind.

Darüber hinaus bildet das Turbinengehäuse 16 zwischen Turbinenrad 14 und Verdichterrad 15 eine Trennwand 21 und jenseits dieser eine Wand 22, die mit der Trennwand 21 Kanäle begrenzt, in welchen Düsen 23 angeordnet sind. Diese Düsen liegen dem ihnen zugewandten Rand der Schaufeln 14α des Turbinenrads 14 gegenüber.

Ein äußerer Umfangsrand 16 α des Gehäuses 16 stützt eine ringförmige Umhüllung 24 ab, die z. B. aus nichtrostendem Stahlblech hergestellt ist. Die Umhüllung 24 ist mit einem Diffusor 25 verbunden, der vorzugsweise ebenfalls aus nichtrostendem Blech gefertigt und an der Wand 22 des Gehäuses 16 befestigt ist. Der Diffusor 25 dient als Sammle für die aus den Schaufeln 14a des Turbinenrades 14 austretenden Abgase. Der Diffusor 25 und die Umhüllung 24 begrenzen eine Ringkammer 26, in der eine ringförmige Hülse 27 angeordnet ist, die vorzugsweise ebenfalls aus nichtrostendem Blech hergestellt ist. Die Hülse 27 wird durch den äußeren Umfangsrand der Wand 22 des Gehäuses 16 und durch den äußeren Umfangsrand der Trennwand 21, die ebenfalls durch das vorgenannte Gehäuse bestimmt ist, gebildet, so daß das Innere der Hülse 27, das eine Brennkammer 28 bildet, mit den Kanälen in Verbindung steht, in

Claims (4)

1. 3 ' 4

   denen sich die als Entspannungsdüsen wirkenden von einem Elektromotor 37 angetrieben, der seiner- ■

   Düsen 23 befinden, die zu den Schaufeln 14 a des seits vom Generator 9 gespeist wird.

   Turbinenrades 14 führen. Zwischen dem Kanal 33 und der Leitung 35 ist ein

   Die Brennkammer 28 steht mit dem Innern der Regler 38 vorgesehen, der daau dient, die Menge des

   Kammer 26 über Bohrungen 29 in Verbindung. Zahl 5 von der Pumpe 34 zu den Brennern gepumpten

   und Querschnitt dieser Bohrungen sind so gewählt, Brennstoffes zu regulieren. Ein Körper des Reglers

   daß der Druckabfall der vom Austritt aus dem Ver- 38 enthält einen Zylinder 39, dessen Ende an den

   dichterrad 15 bis zum Innern der Brennkammer 28 Kanal 33 über ein Rohr 40 angeschlossen ist und

   strömenden Luft so klein wie möglich ist und bei- dessen Seite über eine weiteres Rohr 41 mit der

   spielsweise in der Größenordnung von 0,05 kg/cm² io Leitung 35 verbunden ist. Das Innere des Zylinders

   liegt. 39 enthält einen Kolben 42, der mit einem Schaft 43

   Die Brennkammer 28 enthält Brenner oder Injek- fest verbunden ist. Auf den Schaft 43 ist eine Feder

   toren 30, denen Brennstoff über Leitungen 31 züge- aufgewickelt, die sich einerseits gegen den Kolben

   führt wird. Die Leitungen 31 stehen mit einer Sam- und andererseits gegen eine Ringkappe 45 abstützt,

   mel.'eitung 32 in Verbindung, die ihrerseits über einen 15 die z. B. in den Zylinder eingeschraubt sein kann und

   Kanal 33 gespeist wird. mit Hilfe eines Rändelknopfes 46 od. dgl. verstellt

   Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, werden kann.

   sind das Turbinenrad 14, das Verdichterrad 15 und Der Kolben 42 ist normalerweise zwischen der der Rotor 18 des Elektrogenerators 9 mit der Welle 7 Mündung des Rohres 40 und der Mündung des Rohfest verbunden, die von den beiden Lagern 3 und 6 ao res 41 angeordnet. Auf diese Weise wird die durch des Lagergehäuses 1 abgestützt wird. Demzufolge die Pumpe 34 herausgeführte Brennstollmenge norbildet diese Einheit ein außerordentlich starres Ganzes, malerweise durch den Kanal 33 zu den Brennern das nur wenig Raum in Anspruch nimmt. gefördert, jedoch drückt der Druck im Kanal 33,

   Obwohl in der Zeichnung die Lager 3 und 6 als welcher gleichzeitig auch im Innern des Zylinders 39

   Rollen- oder Kugellager dargestellt sind, können 25 herrscht, sobald er einen ausreichend hohen Wert er-

   diese Lager auch in anderer Weise ausgebildet sein, reicht hat, den Kolben 42 zurück. Demzufolge kann

   z. B. als Gleitlager oder als sogenannte »fluide Lager«, ein Teil des herausgedrückten Brennstoffes zum Rohr

   d. h. Lager mit hydraulischer oder pneumatischer 41 abgezweigt werden, welches diesen Brennstoff

   Wirkung. zum Ausgangsstutzen der Pumpe 34 zurückführt.

   Während des Arbcitens der beschriebenen Anord- 30 Wenn man den Rändelknopf 46 in der einen oder nung treibt das umlaufende Turbinenrad 14 das Ver- anderen Richtung dreht, verändert man die Stellung dichtenad 15 an, das die Luft in den Kanal 18 ein- des Kolbens 42 und demzufolge den Druck, den der saugt. Die Mündung des Kanals ist vorzugsweise mit Brennstoff erreichen muß, um den Kolben zurückzucinem Luftfilter 18a verschen. Die vom Verdichter- schieben. Der Kolben kann selbstverständlich auch rad 15 angesaugte und anschließend verdichtete Luft 35 von Hand in eine Stellung übergeführt werden, in der wird durch den Kanal 19 über die Diffusoren 20 so er die Mündung des Rohres 41 freigibt, wodurch die ausgestoßen, daß sie in die Kammer 26 eintritt, wo- Speisung der Brenner unterbrochen wird,
   bei sie die Wände der Brennkammer 28 bestreicht. Es ist vorteilhaft, den die Brennstoffpumpe antrei-Dadurch ist eine Kühlung der Brennkammer und benden Elektromotor 37 gleichzeitig auch zum Angleichzeitig auch die Erwärmung der durch die Boh- 40 trieb einer Schmiermittelpumpe 47 zu verwenden, die rungen 29 in die Brennkammer eintretenden Luft ge- ein Schmiermittel aus einem Vorratsbehälter 48 anwährleistet. saugt und es über eine Leitung 49 an die zu schmie-

   Dadurch, daß die Kammer 26 zum Teil durch die renden Teile, insbesondere die Lager 3, 6, befördert, als Auslaßdüse wirkende Düse 25 begrenzt ist, ergibt Da die erfindungsgemäße Maschine, z. B. wenn sie sich außerdem noch die Wirkung, daß zwischen den 45 als Notstromaggregat verwendet wird, nicht dauernd Abgasen und der in der Kammer 26 enthaltenen arbeiten muß, sondern lediglich intermittierend in Luft ein Wärmeaustausch stattfindet. Dieser Wärme- Betrieb zu sein braucht, ist es erforderlich, Anlaßaustausch kann im übrigen noch, falls erwünscht, mittel vorzusehen, die dem jeweiligen Verwendungsdadurch verbessert werden, daß die Düse 25 mit zweck der Maschine angepaßt sind. F i g. 3 zeigt eine Rippen oder Flügeln verschen wird, die in die Kam- 50 besonders rationelle Anlaßmöglichkeit, bei welcher mer 26 und/oder in den Innenraum des Diflusors 25 der Elektrogenerator 9 als Motor eingesetzt wird. Zu vorspringen. diesem Zweck werden die Klemmen des Generators

   Die in die Brennkammer 28 einströmende Luft über einen aus Zellen 50 und 51 bestehenden Gleichdient in an sich bekannter Weise zur Verbrennung richter mit den Klemmen eines Oszillators 52 verdes aus den Brennern 30 austretenden Brennstoffs. 55 bunden, der von einer Batterie 53 gespeist wird.
   Die dabei entstehenden Abgase treten durch die Meistens ist es vorteilhaft, wenn die Zubehörteile Düsen 23 hindurch, die zum Einlaß des Turbinenrads des Turbinen-Gencrator-Satzes unabhängig von lctz-14 führen. terem sind. Dieser Fall ist in Fig. 2 dargestellt und

   Der Rotor 8 des Generators 9 dreht sich mit der oben beschrieben. Brennstoff- und Schmiermittelgleichen Geschwindigkeit wie die Turbinenrad-Ver- 60 pumpe 34 bzw. 47, die vom Elektromotor 37 angedichtcrrad-Kombination. trieben werden, können an einer beliebigen Stelle an-

   Um die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine zu geordnet sein, die auch von der eigentlichen Maschine

   regulieren, ist es vorteilhaft, eine Anordnung zu ver- räumlich entfernt sein kann,
   wenden, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist. Der zu der

   Sammelleitung 32 führende Kanal 33 ist an den Aus- 65 Patentansprüche:
   laß einer Brennstoffpumpe 34 angeschlossen, die über

   eine Leitung 35 mit einem Vorratsbehälter 36 in Ver- 1. Klcingasturbinenanlage mit einem Elektro-

   bindung steht. Die Pumpe 34 wird vorteilhafterweise generator, bei der in einem starr mit einem Tür-

   binengehäuse verbundenen Lagergehäuse eine Welle in zwei Lagern gelagert ist und die Welle in der Nähe des einen Lagers an ihrem freien Ende innerhalb des Turbinengehäuses ein Turbinenrad mit Verdichterrad trägt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise an der dem Turbinengehäuse (16) gegenüberliegenden Seite des Lagergehäuses (1) der Stator (10) des Elektrogenerators (9) angeflanscht ist und daß die Welle (7) in der Nähe des anderen Lagers (3) an ihrem Ende (7 α) den Rotor (8) des Generators trägt.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß die Wände des Lagergehäuses (1) und des Turbinengehäuses (16) einen Lufteinlaßkanal (18) begrenzen.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlassen der Turbine der Generator (9) als Motorgenerator mit einem Gleichrichter (50, 51) einem Oszillator (52) und einer Batterie (53) verbunden ist.
4. 4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (9) einen Elektromotor (37) zum Antrieb einer Brennstoffpumpe (34) für die Turbine und/ oder einer Schmiermittelpumpe (47) speist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen