DE1903214A1 - Zusatzantrieb fuer Antriebsanlagen - Google Patents

Description

• Zusatzantrieb für Antriebsanlagen Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, z.B. Generatoren, Pumpen oder Kompressoren usw.
• Bei den meisten Antriebsanlagen tritt im Betrieb ein wechselnder Drehmoment- bzw. Leistungsbedarf auf. Bei Stromerzeugungsanlagen wechseln Zeiten des Spitzenstrombedarfes mit Zeiten geringen Strombedarfes ab, bei Pumpen ändern sich Förderhöhe und Fördermenge des geförderten Mediums bei- Kompressoren Druckhöhe und Liefermenge usw.
• Bei kleinen Anlagen ist die Antriebsmaschine in der Lage, durch die Regelung ihrer Drehmomentabgabe in gewissen Grenzen die Schwankung des Drehmomentbedarfes auszugleichen.
• Bei größeren Anlagen, die beispielsweise mit Dampfturbinen, Gasturbinen oder Großdieselmotoren ausgerüstet sind, ist die Änderung der Drehmomentabgabe in den geforderten Grenzen und in der geforderten Zeiteinheit oftmals aus wärmetechnischen, materialbedingten oder wirtschaftlichen Gründen nicht durchführbar.
• Ein weiteres Problem stellt das Anwerfen und das kurzfristige Abstellen derartiger Großantriebsmaschinen dar.
• Während zum Anwerfen teilweise erhebliche Drehmomente notwendig sind, insbesondere zum schnellen Beschleunigen der Massen der Antriebsmaschine und der mit ihr gekuppelten Arbeitsmaschine, darf das Abstellen nicht zu schnell erfolgen, vielmehr muß bei einigen Antriebsmaschinen der Rotor bis zur Abkühlung oft stundenlang mit kleiner Drehzahl angetrieben werden, um ein ungleichmäßiges Abkühlen zu vermeiden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanlaxe zu schaffen, die in der Lage ist, den wechselnden Bedarf an Drehmoment zu liefern. Dabei soll die Åntrietsmaschine angelassen und rasch beschleunigt werden können. Außerdem soll die Möglichkeit bestehen, die Antriebsmaschine zum Abkühlen längere Zeit mit -kleiner Drehzahl anzutreiben.
• Diese Aufgabe wird er lndungsmäßig dadurch gelöst, daß die Antriebsanlage aus folgenden Aggregaten besteht: einer Hauptar -ebsmaschine, z.B. Gasturbine, zur Deckung des Hauptdrehmomentbedarfes, einer Zusatzantriebsmaschine, z.B. Dieselmotor, zur Deckung des Zusatzdrehitiomentbedarfes, zur Deckung eines kleinen Drehmomentbedarfes, zum Anwerfen der Hauptantriebsmaschine und zum langsamen Durchdrehen der Hauptantriebsmaschine zum Abkühlen, einem Getriebe mit einem oder mehreren hydrodynamischen Kreisläufen, vorzugsweise Drehmomentwandler, zum An- und Abkuppeln der Zusatzantriebsmaschine, zum Ubertragen der Leistung der Zusatzantriebsmaschine, zum Anwerfen der Hauptantriebsmaschine und zum Anpassen der Drehzahl der Zusatzantriebsmaschine an die Drehzahl dr Hauptantriebsmaschine bzw. an die Drehzahl der Arbeitsmaschine.
• Bei Antriebsmaschinen mit hoher Drehzahl ist es zweckmäßig, daß das Getriebe mit dem von der Zusatzantriebsmaschine über einen Hochgang angetriebenen Kreislauf zwischen Hauptantriebsmaschine und Arbeitsmaschine angeordnet ist und eine durchgehende, von der als Hohlwelle ausgebildeten Primärwelle umschlossene, mit dem Turbinenrad des Kreislaufes verbundene Welle zum Ubertragen des Drehmomentes der Hauptantriebsmaschine auf die Arbeitsmaschine aufweist.
• Bei Antriebsmaschinen mit normaler Drehzahl ist es möglich, daß das Getriebe zwischen Zusatzantriebsmaschine und Hauptantriebsmaschine angeordnet ist, die Zusatzantriebsmaschine direkt oder über einen Hochtrieb das Pumpenrad des Kreislaufes antreibt und das Turbinenrad dieses Kreislaufes direkt oder über eine Zahnradstufe mit der Hauptantriebsmaschine und damit mit der Arbeitsmaschine verbunden ist.
• Bei einer Zweiwellen-Gasturbine als Hauptantriebsmaschine ist es zweckmäßig, daß das Getriebe zwischen der Turbinenstufe und der Kompressorstufe der Gas turbine angeordnet ist und das Turbinenrad eines Kreislaufes des Getriebes mit der Turbinenstufe der Gasturbine und damit mit der Arbeitsmaschine, das Turbinenrad eines zweiten Kreislaufes des Getriebes mit der Kompressorstufe der Gasturbine in Verbindung steht.
• Eine weitere Möglichkeit bei der Verwendung einer Zweiwellen-Gasturbine besteht darin, daß das Getriebe zwischen Gasturbine und Zusatzantriebsmaschine angeordnet ist und die Welle der Turbinenstufe durch die Kompressorstufe hindurch geführt ist oder daß das Getriebe achsparallel neben der Gas turbine angeordnet ist und die Verbindung zwischen den Turbinenrädern der Drehmomentwandler des Getriebes und der Turbinenstufe bzw. der Kompressorstufe der Gasturbine über Zahnräder vorgenommen wird.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß von kleinsten Drehmomenten (Zusatzantriebsmaschine allein im Teillastbetrieb) über mittlere Drehmomente (Hauptantriebsmaschine allein) bis zu maximalen Drehmomenten (beide Antriebmaschinen gemeinsam) jeder Drehmomentanforderung in wirtschaftlicher Weise nachgekommen werden kann.
• Über das hydrodynamische Getriebe kann die Hauptantriebsmaschine jederzeit durcn die Zusatzantriebsmaschine zuverlässig angelassen und nach dem Abstellen zur Abkünlung mit kleiner Drehzahl ueliebig lange weiter betrieben werden.
• Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
• Fig. 1 stellt die Drehmomentenkurven einer Antriebsaniage mit Gas turbine als Hauptantriebsmaschine und Dieselmotor als Zusatzantriebsmaschine bei 3etrlebsdrehzahl dar.
• Fig. 2 zeigt die Drehmomentenkurven beim Anlassen einer Gasturbine mit Hilfe eines Dieselmotors und eines Drehmomentwandlers Fig. 3 zeigt eine Antriebsanlange zur Stromerzeugung mit Einwellen-Gasturbine rür hone Gasturbinendrehzahlen.
• Fig. 4 zeigt eine Antriebsanlage it eller.-Gasturbire fr mittlere Gasturbinendrehzahlen.
• Fig. 5 bis Fig. 7 zeigen Antriebsanlagen mit Zweiwellen-Gasturbinen mit verschiedenen Anordnungsmöglichkeiter des Getriebes.
• Das Drehmoment der Gasturbine zeigt ~:. Fig. 1 die Kurve 4 5 bei Vollast, Kurve 1e und 1, bei Teillast. Das d-7 h den Drehmomentwandler gewandelte Drehmoment des Dieselmotors zeigt Kurve 18 bei Vollast, Kurve 19 bei Teillast. Kurve 20 stellt das maximale Drehmoment bei Betrieb mit beiden Antriebsanlagen dar, die Drehzahl 21 bezeichnet den Betriebspunkt der Anlage.
• Fig. 2 zeigt den Drehmomentenverlauf beim Startvorgang und beim Abstellen. Kurve 22 und 23 stellen wieder die gewandelten Vollast-bzw. Teillastdrehmomentkurven des Dieselmotors dar. Den Verlauf des notwendigen Startdrehmomentes der Gas turbine ersieht man aus Kurve 24, die Drehahl 25 bezeichnet den Zündzeitpunkt. Der zum Beschleunigen vorhandene Drehmomentberschuß bei Vollast des Dieselmotors ist deutlich sichtbar.
• Kurve 26 zeigt das gewandelte Drehmoment des Dieselmotors bei Motorleerlauf. Dieses Drehmoment kann zum Durchdrehen der Gasturbine zwecks Abkühlung verwendet werden. Durch Wandlerteilfüllung kann dieses Drehmoment, falls erforderlich, noch weiter abgesenkt werden.
• In Figur 3 ist die Hauptantriebsmaschine 30 eine Gasturbine, die Zusatzantriebsmaschine 31 ein Dieselmotov, das Getriebe enthält einen Drehmomentwandler 3) und die Arbeitsmaschine 34 ist ein Generator.
• Uber die Hochgangszamnräder 35 und 36 wird die Primärwelle 32 mit dem Pumpenrad 37 des Drehmomentwandlers 33 von der Zusatzantriebsmaschine 31 angetrieben. Das Turbinenrad 38 antreibt über die durchgehende Welle 39 entweder auf den Generator 34 oder auf die Gasturbine 30.
• Bei dieser Anordnung arbeitet nur der Läufer der Gas turbine mit hoher Drehzahl,¢ährend, bedingt durch das Gasturbinenuntersetzungsgetriebe, die Arbeitsmaschine und das Turbinenrad des Wandlers mit üblichen Drehzahlen betrieben werden.
• Durch Füllen und Entleeren des Drehmomentwandlers mit einem Betriebsmittel wird die Hauptantriebsmaschine und die Zusatzantriebsmaschine gekuppelt und getrennt. Durch die Charakteristik des Drehmornentwa:.dlers ist das sichere Erreichen des Zündmomentes und die rasche Beschleunigung der Gasturbine gewährleistet. itat:Jrlizh kann hierzu auch eine hydrodynamische Kupplung verwendet erden, wenn das Drehmoment des Dieselmotors ausreicht, um das Zündmoment der Gasturbine zu überwinden. Ein besserer Übertragungswirkungsgrad im Betrieb mit dem Dieselmotor wäre die Folge und unter Umständen wertvoller als eine rasche Beschleunigung beim Anlassen der Gasturbine.
• In Figur 4 treibt die Zusatzantriebsmaschine 40 direkt das Pumpenrad 41 des Drehmomentwandlers an. Die Turbine 42 ist über die Hauptantriebsmaschine 43 in Verbindung mit der Arbeitsmaschine 44. Diese Anordnung kommt in Frage, wenn die Gasturbine mit normalen Drehzahlen arbeitet.
• In Figur 5 ist schematisch eine Zweiwellen-Gasturbine als Hauptantriebsmaschine dargestellt; Die Turbinenstufe 45 arbeitet direkt zusammen mit der Arbeitsmaschine 46. Die Kompressorstufe 47 wird von einer Turbine 48 angetrieben.
• Die Zusatzantriebsmaschine 49 kann über den Drehmomentwandler 50 die Kompressorstufe der Gasturbine anlassen. Soll die Turbinenstufe 45 mit kleiner Drehzahl durchgedreht werden oder'soll ein zusätzliches Drehmoment eingespeist werden, so wird der Wandler 51 gefüllt und überträgt die Leistung der Zusatzantriebsmaschine.
• In Figur 6 ist ebenfalls eine Zweiwellen-Gasturbine dargestellt.
• Hier ist jedoch die Welle der Turbinenstufe 52 durch die Kompressorstufe 53 und die Turbine 54 hindurchgeführt und erlaubt so die Anordnung des Getriebes zwischen Gasturbine und Zusatzantriebsmaschine 57. Zum Anlassen der Gasturbine wird Drehmomentwandler 55 gefüllt, zum Durchtreiben bzw. Einspeisen eines zusätzlichen Drehmomentes wird der Drehmomentwandler 56 gefüllt.
• Figur 7 zeigt eine Anordnung, die eine kurze Bauweise der Antriebsanlage erlaubt. Auch hier wird die Turbinenstufe 58 und die Kompressorstufe 59 mit Turbine 60 durch Füllen und Entleeren von Drehmomentwandler 61 bzw. Drehmomentwandler 62 mit der Zusatzantriebsmaschine 63 verbunden. Das Ubertragen der Drehmomente erfolgt über Zahnräder 64. bis 69.

Claims (6)

P ä t e n t a n s p r ü c h e

1. Antriebsanlage zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, z.B. Generatoren, Pumpen oder Kompressoren usw., dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsanlage besteht aus: einer Hauptantriebsmaschine (30), z.B. Gasturbine, zur Deckung des Hauptdrehmomentbedarfes, einer Zusatzantriebsmaschine (31), z.B. Dieselmotor, zur Deckung des Zusatzdrehmomentbedarfes, zur Deckung eines kleinen Drehmomentbedarfes, zum Anwerfen der Hauptantriebsmaschine (30) und zum langsamen Durchdrehen der Hauptantriebsmaschine zum Abkühlen, einem Getriebe mit einem oder mehreren hydrodynamischen Kreisläufen (33)> vorzugsweise Drehmomentwanc-er, zum An- und Abkuppeln der Zusatzantriebsmaschine (31), zum Uebertragen der Leistung der Zusatzantriebsmaschine, zum Anwerfen der tauptantriebsmaschine (30) und zum Anpassen der Drehzahl der Zusatzantriebsmaschine an die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine bzw. an die Drehzahl der Arbeitsmaschine (34) (Fig. 3).

2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mit dem von der Zusatzantriebsmaschine (31) über einen Hochgang (35,36) angetriebenen Kreislauf zwischen Hauptantriebsmaschine (30) und Arbeitsmaschine (34) angeordnet ist und eine durchgehende, von der als Hohlwelle ausgebildeten Primärwelle (32) umschlossene, mit dem Turbinenrad des Kreislaufes verbundene Welle (39) zum Übertragen des Drehmomentes der Hauptantriebsmaschine (30) auf die Arbeitsmaschine (34)«aufweist (Fig.3).

3. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwischen Zusatzantriebsmaschine (40) und Hauptantriebsmaschine (43) angeordnet ist, die Zusatzantriebsmaschine direkt oder über einen Hochtrieb das Pumpenrad (41) des Kreis laufes antreibt und das Turbinenrad (42) dieses Kreislaufes direkt oder über eine Zahnradstufe mit der Hauptantriebsmaschine und damit mit der Arbeitsmaschine verbunden ist (Fig. 4).

4. Antriebsanlage nach Anspruch 1, mit einer Zweiwellen-Gasturbine als Hauptantriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß tdas Getriebe zwischen der Turbinenstufe (45) und der Kompressorstufe (47,48) der Gasturbine angeordnet ist und das Turbinenrad eines Kreislaufes (51) des Getriebes mit der Turbinenstufe (45) der Gasturbine und damit mit der Arbeitsmaschine*(46), das Turbinenrad eines zweiten Kreislaufes (50) des Getriebes mit der Kompressorstufe (47,48) der Gasturbine in Verbindung steht (Fig. 5).

5. Antriebsanlage nach Anspruch 1, mit einer Zweiwellen-Gasturbine als Hauptantriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwischen Gasturbine (52,53,54) und Zusatzantriebsmaschine (57) angeordnet ist und die Welle der Turbinenstufe (52) durch die Kompressorstufe (53,54) hindurch geführt ist.

6. Antriebsanlage nach Anspruch 1; mit einer Zweiwellen-Gasturbine als Hauptantriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe achsparallel neben der Gas turbine angeordnet ist und die Verbindung zwischen den Turbinenrädern der Drehmomentwandler (61,62) des Getriebes und der Turbinenstufe (58) bzw.

der Kompressorstufe (59,60) der Gasturbine über Zahnräder (64 bis 69) vorgenommen wird.