DE1956178B2 - Wellendrehvorrichtung, insbesondere für Turbinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wellendrehvorriehtung, insbesondere für Turbinen, bei der zum Losbrechen und Beschleunigen und gegebenenfalls zum Drehen der Welle eine schaltbare oder Überholkupplung durch einen hydrostatischen Motor antreibbar ist, dem die Druckflüssigkeit von einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Pumpe zuleitbar ist.

Eine derartige Wellendrehvorriehtung ist aus der GB-PS 1 024 895 bekannt. Dabei ist um die loszubrechende Welle ein Band mit einem hohen Reibungsbeiwert geschlungen, das über ein Gestänge bei Hochdrücken eines Kolbens durch einen entsprechenden Öldruck derart gezogen wird, daß die Welle aus dem Stillstand bewegt werden kann. Mit einer derartigen Vorrichtung ist jedoch lediglich ein Losbrechen und kurz- *5 zeitiges Beschleunigen der Welle möglich, jedoch nicht ein längerer Drehbetrieb. Diese Andrehvorrichtung muß dabei jedoch für das größtmögliche Anfahrmoment dimensioniert werden, was einen erheblichen Aufwand bedeutet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellendrehvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein sehr großes Drehmoment zum Losbrechen und Beschleunigen der Welle aufgebracht und ein Drehen der Welle durchgeführt werden kann, ohne daß die Wellendrehvorrichtung im ganzen für das Ruheanfahrmoment dimensioniert werden muß.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Pumpe hydrostatisch wirkt, in ihrer Leistung verstellbar ist und einen Reglei aufweist, der die Leistung in Abhängigkeit des Vorlauf Druckes im wesentlichen gleichhält.

Die Vorteile der Wellendrehvorrichtung nach der Erfindung sind vor allem darin zu sehen, daß mit einer relativ kleinen Leistung ein großes Anfahrmoment erzeugt werden kann. Der Antriebsmotor braucht nur so groß gewählt zu werden, wie es für den normalen Drehbetrieb erforderlich ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung einer entsprechenden Wellendrehvorrichtung besteht darin, daß die Pumpe ein von einer Hilfspumpe gespeister hydrostatischer Druckübersetzer in Form eines Stufenkolbens ist und eine zum Stufenkolben parallelliegende Bypassleitung durch ein Rückschlagventil absperrbar ist.

Dadurch wird das hohe Anfahrmoment durch den über ein Dreiwege-Magnetventil einschaltbaren hydrostatischen Druckübersetzer aufgebracht, während die Hilfspumpe anschließend allein das Weiterdrehen der Maschine übernimmt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Wellendrehvorrichtung nach der Erfindung mit hydrostatisch wirkender Pumpe,

F i g. 2 die Wellendrehvorrichtung nach der Erfindung mit einem hydrostatischen Druckübersetzer und

F i g. 3 ein Überlaufgefäß, das für die Wellendrehvorrichtung nach F i g. 1 mit Vorteil verwendbar ist.

Die Wellendrehvorrichtung nach F i g. 1 für eine nicht dargestellte Gasturbine ist zum Losbrechen und Beschleunigen der Welle 1 sowie zum Drehen der Welle 1 über eine schaltbare oder Überholkupplung 2 durch einen hydrostatischen Motor 3 antreibbar. Dem hydrostat! ^r- η Motor wird von einer hydrostatischen Pumpe 41- '' ;i "iebsmotor 5 über die mit einem Rückschlag·.·^;·.. *\ ■■'. i-sehene Leitung 7 Druckflüssigkeit zugeleitet. In-μ Verlassen des hydrostatischen Motors 3 wird die Druckflüssigkeit über die Leitung ß und das Filter 9 dem Zufluß der Pumpe 4 wiederum zugeführt. Überschüssige zu entleerende Druckflüssigkeit kann über eine Abzweigleitung 10 und das Ventil V2 in den Flüssigkeitsbehälter 11 gelangen; ferner ist an die Leitung 8 bei 12 eine Überlaufleitung 13 angeschlossen, welche über die Drossel 14 gleichfalls in den Flüssigkeitsbehälter 11 führt.

Die Pumpe 4 kann eine hydraulische Regelpumpe sein, also eine Flügelzellenpumpe oder eine Radialpumpe mit Sternanordnung der Kolben, welche Pumpen durch Veränderung ihrer Exzentrizität regelbar sind; es kann jedoch auch eine Axialpumpe mit Trommelanordnung der Kolben oder mit Schwenkrahmen, Schwenkscheibe oder Trommelscheibe sein. Derartige hydraulische Pumpen sind bekannt. In F i g. 1 ist eine Axialpumpe mit Trommelanordnung der Kolben dargestellt. Hp-

yen Antriebswelle 4a an die Welle 5a des elektrischen Antriebsmotors, z. B. eines Asynchronmotors, über die Kupplung 15 starr verbunden ist. Der Regler 16 enthält einen federbelasteten Stellkolhen 16a mit Rückstellfeder 166, dessen Kolbenstange 16c an den Schwenkhebel 46 der Pumpe 4 angelenkt ist und dessen Kolbenraum 16<Jvom Vorlaufdruck pi über die an die Leitung 7 angeschlossene Steuerleitung 16e beaufschlagt ist. Der Regler 16 arbeitet so, daß er die Pumpe 4 und damit den Antriebsmotor 5 auf irn wesentlichen konstante Leistung regelt, wobei bei großem Vorlaufdruck pi der Steükoiben 16a entgegen der Kraft der Rückstellfeder 166 nach links verschoben wird und hierbei über den Schwenkhebel 4b den Schwenkwinkel für die nicht dargestellten Kolben und damit deren Hub verkleinert, während im umgekehrten Fall, d. h. bei abfallendem Vorlaufdruck pi der Kolbenhub der Pumpe 4 und damit die Fördermenge vergrößert wird.

Der hydrostatische Motor 3 ist ein Axialkolbenmotor, der jedoch nicht regelbar zu sein braucht. Grundsätzlich kann es sich um einen Motor beliebiger Bauform, sowie hinsichtlich der Pumpe 4 bereits erläutert, handeln, also um einen Zahnradmotor, einen Flügelzellenmotor oder um einen Radial- bzw. Axialkolbenmotor. Die zuletzt genannten sind bei Verwendung einer Axialpumpe wegen gleichartigen Aufbaues und gleichartiger Charakteristik bevorzugt zu verwenden.

Der hydrostatische Motor 3 ist durch die Hilfspumpe 17 parallel zur Pumpe 4 beaufschlagbar, welch letztere vom Antriebsmotor 17a angetrieben, die Druckflüssigkeit über Kühler 18, Ventile V3, Filter 19, Leitung 20 mit Rückschlagventil 21 hinter dem Rückschlagventil 6 in die Leitung 7 an dem Verzweigungspunkt 22 einspeist. Ferner führt hinter dem Filter 19 eine weitere Leitung 23 über ein Ventil Vl und eine Drossel 24 in die Leitung 8. In diese Leitung 8 speist d,e Hilfspumpe

17 bei geschlossenem Rückschlagventil 21 Druckflüssigkeit ein, wogegen das Ventil Vl druckabhängig in die Schließstellung bringbar ist, sofern der Druck p2 hinter dem Rückschlagventil 21 auf einen das öffnen des letzteren bewirkenden Wert abfällt. Hierzu ist ein Druckwächter 25 mit Druckmeßleitung 25a vorgesehen, der über die elektrische Leitung 256 das als Magnetventil ausgebildete Ventil Vl öffnen oder schließen kann. Im übrigen bedeuten: 26 eine hinter dem Kühler

18 zu den Turbinenlagern führende Schmierölleitung 27, 28 vom hydrostatischen Motor 3 bzw. der Pumpe 4 in den Flüssigkeitsbehälter 11 führende Leckleitungen, 29 die Ansaugleitung der Hilfspumpe 17,30 die Abdekkungdes Flüssigkeitsbehälters 11,31 einen Entlüftungskanal am Flüssigkeitsbehälter 11 und 32 ein Überdruckventil, durch das die Leitungen 7, 8 der Pumpe 4 bei Überschreiten zulässiger Druckwerte in der Leitung 7 überbrückbar sind.

Beim Anfahren steht zum Losbrechen und Beschleunigen der Welle 1 ein sehr großes Moment zur Verfügung, da der Regler 16 auf Grund des hohen Vorlaufdruckes pi die Pumpe 4 auf kleine Fördermenge zurücknimmt. Der hydrostatische Motor 3 beginnt sich zu drehen, und mit zunehmender Drehzahl sinkt da:; erforderliche Drehmoment und damit der Gegendruck der Pumpe 4 so weit ab, daß das Rückschlagventil 21 sich öffnet und zugleich das Ventil Vl geschlossen wird. Der Motor 3 kann nunmehr sowohl durch die Hilfspumpe 17 als auch durch die Pumpe 4 eingespeist werden; es ist jedoch auch möglich, nach Beendigung des Anfahrvorganges, z. B. über den Druckwächter 25, den Antriebsmotor 5 abzuschalten. Dies könnte auch zeitabhängig geschehen, da die Hochlaufzeit des Turbinensatzes bekannt ist, oder abhängig vom Drehzahl-Istwert des Turbinensatzes. Diese Kriterien könnten aus Sicherheitsgründen zur Abschaltung des Antriebsmotors 5 auch kombiniert eingesetzt werdea Die Hilfspumpe 17 und der Motor 3 lassen sich nun so auslegen, daß zum Drehen der Druck der Hilfspumpe 17 genügt, d. h. zum Drehvorgang die Pumpe 4 nicht erforderlich ist.

Das in F i g. 3 dargestellte Überlaufgefäß Ü kann innerhalb der Wellendrehvorrichtung nach F i g. 1 an der durch den gestrichelten Linienzug Ü' hervorgehobenen Stelle eingesetzt werden. Die Überlaufleitung 13 in Flüssigkeitsspiegelhöhe s ist an den Behälter Ü angeschlossen, die Zuleitung 33 für die aus dem Motor 3 kommende warme Druckflüssigkeit ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels s, jedoch oberhalb der Zuleitung 23 angeschlossen. Schließlich ist unterhalb der Zuleitung 23 die zur Pumpe 4 führende Leitung 8 angeschlossen.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Pumpe 4 immer relativ kühle Druckflüssigkeit zugeführt wird, während sich die spezifisch leichtere heiße Druckflüssigkeit aus dem Motor 3 an der Oberfläche s absetzt und über die Un",!auf!eitung 13 in den Flüssigkeitsbehäl-

ter 11 abfließt. Die Drossel 14 entfällt bei dieser Anordnung.

Durch das Ventil V3 ist die Hilfspumpe 17 vom Dreh- oder Anfahrkreislauf abschaltbar, insbesondere deshalb, um die Funktion von Motor 3 und Pumpe 4 getrennt überwachen zu können.

Nach F i g. 2 ist zur Erzeugung des zum Losbrechen und Beschleunigen erforderlichen hohen Druckes für den hydrostatischen Motor 3 ein hydrostatischer Druckübersetzer in Form eines Stufenkolbens 34 in die Leitung 35 der Hilfspumpe 17 eingeschaltet, wobei die an den Pumpenausgang angeschlossene Niederdruckseite 34/7 und die an den Motor-Eingang angeschlossene Hochdruckseite 34Λ des Stufenkolbens 34 durch ein Rückschlagventil 36 überbrückt sind. Im übrigen sind gleiche Teile zu F i g. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Hilfspumpe 17 speist hinter dem Kühler 18 über die Leitung 37 mit dem Ventil 38 somit zwei parallele Leitungen, nämlich zum einen die Bypassleitung 39 mit Rückschlagventil 36 und zum anderen die Vorlaufleitung 40 mit dem Dreiwege-Magnetventil 41, der Leitung 42, den Stufenkolben 34, dessen Hochdruckseite 34Λ über Leitung 43 hinter dem Rückschlagventil 36 in die Leitung 35 mündet. Des weiteren enthält die Vorrichtung einen Druckwächter 44 zur Erfassung des Vorlaufdruckes pi über eine Meßleitung 44a, die elektrische Steuerleitungen 446 des Druckwächters 44 zur Betätigung des Dreiwege-Magnetventils 41, eine Ablaufleitung 45 des Stufenkolbens 34, eine Ablaufleitung 46 des Dreiwege-Magnetventils 41 und ein Filter 47 in der Leitung 35. Durch das Dreiwege-Magnetventil 41 wird beim Anfahrvorgang der Niederdruckseite 34n des Stufenkolbens 34 Druckflüssigkeit der Hilfspumpe 17 zugeleitet, und zwar über die Wege 41a, 416. Der große Kolben 34a des Druckübersetzers wird damit gehoben, wobei im Kolbenraum 34c des kleinen Kolbens 346 entsprechend dem Flächenverhältnis der Kolben 34a und 346 ein wesentlich größerer Flüssigkeitsdruck ansteht, der das erforderliche Losbrech-Drehmoment und das Anfahrmoment für den hydrostatischen Motor 4 aufbringt. Nach Absinken des Vorlaufdruckes pi schaltet der Druckwächter 44 das Dreiwege-Magnetventil 41 um, so daß die Niederdruckseite 34n des Stufenkolbens 34 mit der Ablaufleitung 46 ver-

bunden wird. Die Kolben 34a und 34b gehen innerhalb ihres Stufenzylinders damit in ihre Ausgangsstellung zurück und sind für den nächsten Anfahrvorgang bereit. Mit absinkendem Vorlaufdruck p\ hat zugleich das Rückschlagventil 36 geöffnet, und die Hilfspumpe 17 kann unmehr direkt zum hydrostatischen Motor 3 fördern. Der Vorteil der Wellendrehvorrichtung nach F i g. 2 ist im wesentlichen der, daß keine gesonderte hydrostatische Pumpe 4 mit Antriebsmotor 5 benötigt

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil für Turbinen anwendbar, zum Losbrechen und Beschleunigen auf Anfahrdrehzahl und zum Drehen. Jedoch kann die Erfindung auch zum Losbrechen und Anfahren von Wellen anderer schwer anlaufender Maschinen und gegebenenfalls zum Beschleunigen auf Betriebsdrehzahl — wenn das Losbrechmoment wesentlich höher als das Betriebsmoment liegt — verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wellendreh vorrichtung, insbesondere für Turbinen, bei der zum Losbrechen und Beschleunigen und gegebenenfalls zum Drehen der Welle eine schaltbare oder Oberholkupplung durch einen hydrostatischen Motor antreibbar ist, dem die Druckflüssigkeit von einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Pumpe zuleitbar ist, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Pumpe (4) hydrostatisch wirkt, in ihrer Leistung verstellbar ist und einen Regler (16) aufweist, der die Leistung in Abhängigkeit des Vorlaufdruckes (pi) im wesentlichen gleichhält

2. Wellendrehvorriehtung, insbesondere für Turbinen, bei der zum Losbrechen und Beschleunigen und gegebenenfalls zum Drehen der Welle eine schaltbare oder Überholkupplung durch einen hydrostatischen Motor antreibbar ist, dem die Druckflüssigkeit von einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Pumpe zuleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe ein von einer Hilfspumpe (17) gespeister hydrostatischer Druckübersetzer in Form eines Stufenkolbens (34) ist und eine zum Stufenkolben (34) parallelliegende Bypassleitung (39) durch ein Rückschlagventil (36) absperrbar ist.

3. Wellendrehvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Pumpe (4) eine Hilfspumpe (17) vorgesehen ist und daß beide Pumpen (4. 17) über je eine Leitung (7, 20) mit Rückschlagventilen (6,21) derart an den hydrostatischen Motor (3) angeschlossen sind, daß nach Hochfahren der Turbine allein die Hilfspumpe (17) den Antrieb des Motors (3) übernimmt.

4. Wellendrehvorriehtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorlaufleitung (40) ein abhängig vom Vorlaufdrjck (pl) umschaltbares Dreiwege-Magnetventil (41) vorgesehen ist, durch das beim Anfahrvorgang der Niederdruckseite (34n) des Stufenkolbens (34) Druckflüssigkeit zuleitbar ist und bei Absinken des Vorlaufdruckes (pi) unter einen Minimalwert die Niederdruckseite (34n) des Stufenkolbens (34) durch Umschalten des Magnetventils (41) mit einer Ablaufleitung (46) verbunden ist.