DE1488867C3 - Notstromaggregat - Google Patents

Description

Patentansprüche:

1. Notstromaggregat, bestehend aus einer durch Gas oder Dampf angetriebenen Arbeitsturbine, einem Gas- oder Dampferzeuger, einem Elektrogenerator, einem zwischen Turbine und Generator geschalteten Planetengetriebe sowie einem damit in treibender Verbindung stehenden, unabhängig von der Turbinenwelle und der Generatorwelle gelagerten Schwungrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (22) auf einer die Generatorwelle (3) umgebenden und auf dieser drehbar gelagerten hohlen Nabe (18) befestigt ist und über mindestens eine durch das Getriebegehäuse (4) führende Vorgelegewelle (16) mit dem drehbar gelagerten Innenzahnrad (8) des Planetengetriebes verbunden ist.

2. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (22) aus mehreren Teilstücken besteht.

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Notstromaggregat, bestehend aus einer durch Gas oder Dampf angetriebenen Arbeitsturbine, einem Elektrogenerator, einem zwischen Turbine und Generator geschalteten Planetengetriebe sowie einem damit in treibender Verbindung stehenden, unabhängig von der Turbinenwelle und der Generatorwelle gelagerten Schwungrad, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Schwungrad (22) auf einer die Generatorwelle (3) umgebenden und gegenüber dieser drehbar gelagerten hohlen Nabe (18) befestigt ist und über mindestens eine durch das Getriebegehäuse (4) führende Vorgelegewelle (16) mit dem drehbar gelagerten Innenzahnrad (8) des Planetengetriebes verbunden ist.

2. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (22) aus mehreren Teilstücken besteht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Notstromaggregat, bestehend aus einer durch Gas oder Dampf angetriebenen Arbeitsturbine, einem Elektrogenerator, einem zwischen Turbine und Generator geschalteten Planetengetriebe sowie einem damit in treibender Verbindung stehenden, unabhängig von der Turbinenwelle und der Generatorwelle gelagerten Schwungrad.

Notstromaggregate der vorgenannten Art haben die Aufgabe, bei Ausfall des Stromnetzes, also bei Übergang vom Normalbetrieb zum Notbetrieb, die Stromversorgung für einen bestimmten Teil des Netzes zu übernehmen, wobei die Netzspannung nicht unter einen bestimmten Wert absinken darf.

Es ist bekannt, schon während des Normalbetriebes Generator und Turbine, die durch das Getriebe miteinander verbunden sind, ständig mit voller Drehzahl umlaufen zu lassen, damit dieser Teil des Aggregates bei Ausfall des Netzes nicht erst beschleunigt zu werden braucht. Dabei wirkt der Generator als Motor, der seine elektrische Leistung aus dem Netz bezieht. Bei eintretendem Notfall wird er sofort als Generator belastet. Zugleich wird das Startsignal für den Gas- bzw. Dampferzeuger gegeben. Es dauert jedoch immer eine gewisse Zeit, bis an der Arbeitsturbine die volle Leistung zur Verfügung steht, besonders im Falle einer Gasturbine als Gaserzeuger. Während dieser Anlaufzeit so ist es unvermeidlich, daß die Drehzahl des Generators mehr oder weniger stark absinkt, da das Schwungmoment von Generator und Turbine klein ist, verglichen mit dem Lastmoment am Generator.

Es ist auch bekannt, mittels auf der Generatorwelle oder der Turbinenwelle fest montierter Schwungräder Energie zu speichern. Solche Schwungräder vermögen aber immer nur einen Teil ihrer Rotationsenergie abzugeben, da diese Energie von ihrem Massenträgheitsmoment und ihrem Drehzahlabfall abhängt. Dadurch würde vor allem bei größeren Anlagen (über 200 PS) und bei der Forderung nach sehr geringem Drehzahlabfall ein Schwungrad dieser Art zu schwer. Außerdem muß das Schwungrad nach dem Erreichen der unteren zulässigen Drehzahl wieder auf die der Nenndrehzahl des Generators entsprechende Drehzahl beschleunigt werden, so daß gerade in der wichtigen Beschleunigungsphase des Aggregates ein Teil des Leistungsüberschusses der Arbeitsturbine vom Schwungrad aufgezehrt wird.

Ein weiterer Nachteil beider beschriebener Systeme ist, daß im Normalbetrieb auch die meist sehr schnell laufende Turbine ständig mit voller Drehzahl umläuft, was natürlich Ventilationsverluste, Reibungsverluste und Lagerverschleiß mit sich bringt.

Es ist aus der britischen Patentschrift 7 21 933 bereits ein Notstromaggregat bekannt, bei dem ein Schwungrad auf einer die Generatorwelle umgebenden und gegenüber dieser drehbar gelagerten hohlen Nabe befestigt ist Dabei soll durch ein besonderes System von Kupplungen die Möglichkeit geschaffen werden, die Drehzahlen der Kraftmaschine des Generators sowie des Schwungrades exakt an die erforderliche Synchron-Drehzahl des ausfallenden Netzes anzupassen. Zur »Mischung« der von der anlaufenden Kraftmaschine und dem energiespeichernden Schwungrad abgegebenen Momente werden schleifende Kupplungen verwendet Diese Methode ist jedoch sehr verlustreich und bedarf einer überaus aufwendigen Regelung für das Einschalten der Kupplungen.

Es ist ferner bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3141096), als Getriebe ein Planetengetriebe zu verwenden, dessen erste Welle mit dem Generator, dessen zweite mit der Turbine verbunden ist und dessen dritte Welle innerhalb des Gehäuses endet und mit einer Schwungmasse verbunden ist. Durch geeignete Bremsen an der Schwungmasse und an der Turbinenwelle wird erreicht, daß im Normalbetrieb die Turbinenwelle stillsteht, das Schwungrad aber rotiert und dank seiner Masse eine gewisse Energie gespeichert hat. Bei eintretendem Notfall summieren sich die Drehmomente der anlaufenden Turbine und des sich bis zum Stillstand verlangsamenden Schwungrades.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß wegen der Gehäuseabmessungen nur relativ kleine Schwungräder verwendet werden können, die zudem durch die Drehzahlerfordernisse des Differentialgetriebes in der Wahl ihrer eigenen Drehzahl sehr eingeschränkt sind. Es hat sich ferner als ungünstig herausgestellt, daß das Schwungrad direkt mit der das Innenzahnrad des Planetengetriebes bildenden Scheibe verbunden ist. Wird nämlich, wie allgemein üblich, das Planetengetriebe mit mehreren Planetenrädern in paralleler Schaltung ausgeführt, so läßt sich nur eine beschränkte Anzahl von Übersetzungsvariationen verwirklichen, da aus Montagegründen die Summe der Zähnezahlen von Sonnenrad und Innenzahnrad durch die Anzahl der Planetenräder teilbar sein muß. Kleine Abweichungen der Zähnezahlen der Planetenräder ergeben bereits große Drehzahländerungen der Turbinenwelle. Außerdem sind für verschiedene Leistungserfordernisse verschiedene Geräte erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Notstromaggregat mit Planetengetriebe so zu verbessern, daß Schwungräder von weitgehend beliebiger Form und Abmessung verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Notstromaggregat der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schwungrad auf einer die Generatorwelle umgebenden und gegenüber dieser drehbar gelagerten hohlen Nabe befestigt ist und über mindestens eine durch das Getriebegehäuse führende Vorgelegewelle mit dem drehbar gelagerten Innenzahnrad des Planetengetriebes verbunden ist.

Den zusätzlichen Abtrieb für das Schwungrad bildet somit das Innenzahnrad, welches im Gegensatz zum

Getriebegehäuse 4 hinein. Das innerhalb des Gehäuses befindliche Wellenende ist als Scheibe 5 ausgebildet, welche mit Aufnahmen für mehrere Wellen 6 versehen ist. Auf jeder dieser Wellen ist ein Stufen-Planetenrad 7 gelagert, dessen kleinere Stufe 7 a mit einem Innenzahnrad 8 und dessen größere Stufe 7 b mit der Verzahnung 9 einer Welle 10 im Eingriff steht. Die Welle 10 trägt an ihrem anderen Ende eine nicht dargestellte Arbeitsturbine, die mit einem Gaserzeuger 11 lediglich über das Arbeitsgas verbunden ist. Eine Kupplung 12 ermöglicht eine Trennung der Welle 10 zu Montagezwecken. Diese Kupplung bildet zugleich eine Bremstrommel, auf welche ein Bremsband 13 wirkt. Dieses Band wird beispielsweise durch einen hydraulischen Antrieb 14 betätigt.

Das Innenzahnrad 8, welches in einem normalen Planetengetriebe stillsteht, ist hier drehbar gelagert und bildet auf diese Weise über ein Verbindungsstück 25 einen zusätzlichen Abtrieb. Dieses Verbindungsstück weist einen Zahnkranz 15 auf, welcher eine oder mehrere durch das Getriebegehäuse nach außen führende Vorgelegewellen 16 antreibt. Diese übertragen ihr Drehmoment auf den Zahnkranz 17 einer hohlen Schwungradnabe 18, die mit Lagern 19 und 20 auf einer hohlen Welle 21 gelagert ist. Auf der Nabe 18 sitzt ein Schwungrad 22, welches aus einem Kern 22 besteht, welcher durch Bolzen auf der Nabe 18 befestigt ist, sowie aus mehreren Scheiben 23, die an den Kern 22 anmontiert sind. Die Schwungradnabe 18 enthält auch eine Rücklaufsperre 24 für das Schwungrad.

Im Normalbetrieb läuft der Generator 1 als Motor. Er bezieht seine Leistung aus dem Netz. Drehrichtung und Drehzahl entsprechen genau dem Zustand im Notbetrieb. Über die Kupplung 2, Welle 3 und Scheibe 5 werden die Planetenwellen 6 mitgenommen. Das Planetenrad 7 b stützt sich auf der durch die Bandbremse (Kupplung 12, Bremsband 13) festgehaltenen Welle 10 ab, so daß das gesamte Drehmoment sich über das Planetenrad la, das Innenzahnrad 8, den Zahnkranz 15, die Vorgelegewellen 16 auf das Schwungrad 22 überträgt. Die Drehzahl des Schwungrades 22 ist durch entsprechende Auslegung der Vorgelegewelle in weiten Grenzen frei wählbar.

Bei Ausfall des Netzes wird, beispielsweise durch den Spannungsabfall gesteuert, der Anlaßvorgang des Notstromaggregates eingeleitet. Dabei wird zugleich der Generatori schlagartig belastet, das Bremsband 13 an der Kupplung 12 gelöst und der Starter des Gaserzeugers 11 betätigt. Durch die plötzlich auftretende Belastung am Generator 1 kehrt sich auf dem ganzen Übertragungsweg durch das Getriebe die Richtung der Drehmomente um. Die Schwungmasse 22 wird abgebremst und gibt dabei kinetische Energie an den Generator 1 ab.

Das Rückdrehmoment des Planetenrades Ib, welches im Normalbetrieb auf die Welle 10 in Arbeitsdrehrichtung der Turbine wirkt, kehrt sich ebenfalls um, so daß das Bremsband 13 gelöst werden kann. Eine Drehung entgegen der Arbeitsdrehrichtung wird durch eine nicht dargestellte Rücklaufsperre verhindert.

Der anlaufende Gaserzeuger 11 beaufschlagt die Arbeitsturbine. Sobald das an der Turbine verfügbare Drehmoment das auf die Welle 10 wirkende Rückdrehmoment überwiegt, beginnt die Turbine zu drehen. Die Turbinenleistung addiert sich zu der vom Schwungrad 22 abgegebenen Leistung, bis das Schwungrad zum Stillstand gekommen ist. Die Rücklaufsperre 24 verhindert, daß das Schwungrad in entgegengesetzter Richtung anläuft. Sie bildet damit auch über die Vorgelegewellen 16 das Gegenlager für das Rückdrehmoment, welches von den Planetenrädern 7 auf das Innenzahnrad 8 ausgeübt wird.

Nach Stillstand des Schwungrades 22 ist der Übergang vom Normalbetrieb zum Notbetrieb abgeschlossen. Die Arbeitsturbine, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Frequenz des Generatorstromes geregelt wird, liefert nun das gesamte Antriebsmoment für den Generator.