DE19850052A1

DE19850052A1 - Generator mit Doppelantrieb

Info

Publication number: DE19850052A1
Application number: DE19850052A
Authority: DE
Inventors: Josef Tommer
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-04
Also published as: US6259166B1

Abstract

Bei einem Generator (1) mit Doppelantrieb ist eine Gasturbine (2) unmittelbar an eine Generatorwelle (13b) gekuppelt. Auf der der Gasturbine (2) gegenüberliegenden Seite des Generators (1) ist eine Dampfturbine (3) über ein Getriebe (5) mit der Generatorwelle (13b) verbunden. Das Getriebe ist zwischen der Generatorwelle (13b) und einer Schleifringwelle (13d) einer Schleifringeinrichtung (4) angeordnet. Die Schleifringwelle (13d) ist somit unbeeinflusst von einer betriebsbedingten Drehmomentenbelastung der Dampfturbine. Die Generatorwelle (13c) und die Schleifringwelle (13d) sind teilweise als Hohlwelle ausgebildet und die zwischen ihnen angeordnete Getriebewelle (13c) ist vollständig als Hohlwelle ausgebildet. In den Bohrungen der Generatorwelle (13c), der Schleifringwelle (13d) und der Getriebewelle (13c) ist eine Erregerleitung (7) für die Übertragung eines Erregerstromes von der Schleifringeinrichtung (4) zum Generator (1) angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator mit Doppelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Derartige Generatoren mit Doppelantrieb sind beispielsweise aus dem "Allianz Report", 2/98, Seite 72 bekannt und finden Verwendung in Kraftwerksanlagen. Typischerweise ist der Generator (Gen) in einer sogenannten Einwellenanlage, wie sie in Fig. 1.2 a.a.O. dargestellt ist, zwischen einer Gasturbine (GT) und einer Dampfturbine (DT) angeordnet. Der Generator (Gen) umfasst dabei auch die mit ihm elektrisch verbundene Schleifringeinrichtung, welche auf dersel ben Welle mit dem Generator angeordnet ist. Bei derartigen Einwellenanlagen werden ab einem Erregerstrom von grösser als 2000A statische Erregungsein richtungen installiert, die dann die Generatorrotorwicklung über die Schleif ringeinrichtung mit einem Erregerstrom von bis zu 7000A speisen. Bis zu ei nem Erregerstrom von etwa 2000A können statische Erregungseinrichtungen sowie bürstenlose Erregermaschinen an der Generatorwelle zum Einsatz ge langen.

Mindestens auf einer Seite oder beiderseits der Generatorwelle ist der Genera tor über ein Getriebe mit der Gasturbine (GT) und der Dampfturbine (DT) verbunden. Ein derartiges Getriebe fungiert hier beispielsweise als Fre quenzwandler zur Anpassung von 60-Hz-Turbinen (Drehzahl: 3600 1/min) an 50-Hz-Generatoren (Drehzahl: 3000 1/min) oder als Wandler von übersynchro ner auf synchrone Drehzahl. Darüber hinaus kann eine SSS-Kupplung zu sätzlich zwischen der Dampfturbine und dem Generator zum Einsatz gelan gen, womit eine Kopplung beider Maschinen erst nach erreichen ihrer Be triebsdrehzahl ermöglicht wird.

Es zeigt sich, dass bei derartigen konventionellen Einwellenanlagen mit Ge trieben hinsichtlich der mechanischen und elektrischen Auslegung Leistungs grenzen auftreten, die wie folgt beschrieben werden: Die Schleifringeinrich tung resp. die Schleifringwelle kann in ihrem Durchmesser nicht beliebig gross gebaut werden, da die Umfangsgeschwindigkeit der Bürstenlauffläche an den Schleifringen mit etwa 80 m/s begrenzt ist. Bis zu 80 m/s kann eine gute Kontaktierung der Bürsten für die Übertragung des Erregerstromes gewährleistet werden. Bei einem 60 Hz Generator in 2-poliger Ausführung wird dieser Grenzwert von 80 m/s bei einem Schleifringdurchmesser von 400 mm erreicht. Ein Schleifringdurchmesser von 400 mm erlaubt einen Durchmesser der Schleifringwelle von etwa 290 mm. Dieser Wellendurchmesser von 290 mm hingegen begrenzt die maximale mechanische Leistungsübertragung auf etwa 100 MW Turbinenleistung unter der Voraussetzung, dass die Welle aus einem für Generatorrotoren geeigneten Stahl gefertigt wird. Bei dieser Grenze der Leistungsübertragung finden sowohl die von der Welle zu übertragenden Dauermomente sowie Störkräfte, wie Fehlsynchronisationen, Kurzschlussabschaltungen ihre Berücksichtigung.

Einwellenanlagen bekannter Art bedürfen einer besonderen mechanischen Auslegung des Wellenlagers, das der Schleifringeinrichtung unmittelbar be nachbart ist. Über dieses Wellenlager wird das gesamte Drehmoment der Dampfturbine an den Generator übertragen, wobei die Schleifringeinrichtung lediglich eine vergleichsweise kleine Gewichtsbelastung darstellt und somit das in Rede stehende Wellenlager einer entsprechend aufwendigen Auslegung bedarf.

Darüber hinaus weist eine konventionelle Schleifringwelle an einer Seite einen aus dieser Welle herausgearbeiteten Kupplungsflansch und auf der anderen Seite eine geschweisste oder geschrumpfte Kupplung auf, die nach der Mon tage der Schleifringe auf der Schleifringwelle befestigt wird. Eine Montage der Schleifringe auf einer Schleifringwelle über einen Kupplungsflansch ist nicht möglich.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Generator mit Doppelantrieb der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine gegenüber dem Stand der Technik grössere mechanische Leistung von den Antriebsmaschinen an die Generatorwelle übertragen werden kann.

Insbesondere soll ein Generator mit Doppelantrieb geschaffen werden, bei dem an der Generatorwelle auf der Seite der Schleifringeinrichtung eine grössere mechanische Leistung übertragen werden kann und wobei die Schleifringwelle und ihre Lagerung vereinfacht werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch einen Generator mit Dop pelantrieb, der die Merkmale des ersten Anspruchs aufweist. Insbesondere ist die Lösung der Aufgabe darin zu sehen, dass zwischen der Generatorwelle und der Schleifringwelle eine erste Getriebewelle eines Getriebes angeordnet ist, und dass über eine zweite Getriebewelle (13g) des Getriebes eine Antriebsma schine auf der Seite der Schleifringeinrichtung mit der Generatorwelle ver bunden ist.

Von besonderem Vorteil ist, dass das von der Antriebsmaschine auf der Seite der Schleifringeinrichtung übertragene Drehmoment auf die Generatorwelle abgegeben wird, ohne dass die Schleifringwelle mechanisch belastet wird. Die Dimensionierung der Schleifringwelle und der Schleifringe selbst unterliegt somit nur noch den elektrischen Bedingungen bei den entsprechenden Um fangsgeschwindigkeiten. Darüber hinaus weist die Schleifringwelle nur an einer Seite einen Kupplungsflansch auf, womit sich die Demontage bzw. Mon tage der Schleifringe vereinfacht.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Getriebe - völlig unabhängig von der elek trischen Auslegung einer Schleifringeinrichtung - ausschliesslich für die me chanische Drehmomentenübertragung auszulegen ist.

Mit dem erfindungsgemäss zwischen dem Generator und der Schleifringein richtung angeordneten Getriebe ist es möglich, die von einer Antriebsmaschine an der Seite der Schleifringeinrichtung übertragbare mechanische Leistung markant gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen, ohne die Schleifring welle mechanisch zu beanspruchen.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüchen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. So wird beispielsweise auf die Darstellung aller Wellenlager zu gunsten der Übersichtlichkeit verzichtet. Es zeigen die

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Genera tors mit Doppelantrieb;

Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Generators mit Doppelantrieb.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDGUNG

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemässer Generator 1 mit Doppelantrieb gezeigt. Eine Generatorwelle 13b ist beiderseits des Generators jeweils mit einer An triebsmaschine verbunden, und zwar mit einer Gasturbine 2 und mit einer Dampfturbine 3. Dabei ist die Gasturbine 2 unmittelbar über eine Gasturbi nenwelle 13a und eine Kupplung 8 mit der Generatorwelle 13b gekoppelt. Die Dampfturbine 3 ist über eine Dampfturbinenwelle 13e, eine Kupplung 12, eine Zwischenwelle 13f, eine Kupplung 11, eine erste und eine zweite Getriebewelle 13c, 13g und eine Kupplung 9 mit der Generatorwelle 13b verbunden. Auf der dem Generator 1 gegenüberliegenden Seite ist die erste Getriebewelle 13c über eine Kupplung 10 mit einer Schleifringeinrichtung 4 für die Versorgung des Generators 1 mit einem Erregerstrom verbunden.

Der Generator 1 und die für die Übertragung des Generator-Erregerstromes besorgte Schleifringeinrichtung 4 sind somit durch die erste Getriebewelle 13c voneinander separiert. Das gesamte von der Dampfturbine 3 erzeugte Drehmoment wird über das Getriebe 5 der Generatorwelle 13b zwischen der Schleifringeinrichtung 4 und dem Generator 1 eingeprägt. Die Schleifringein richtung 4 bzw. die zugehörige Schleifringwelle 13d ist somit frei von jeder betriebsbedingten Drehmomentenbelastung. Das heisst, die Auslegung der Schleifringwelle 13d respektive der auf ihr angeordneten und hier nicht darge stellten Schleifringe unterliegt ausschliesslich den elektrischen Anforderun gen. Die Randbedingungen für die elektrische Auslegung der Schleifringein heit 4 umfassen dabei im wesentlichen die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifringe, die 80 m/s nicht überschreiten sollte, und die Stromdichte der stromführenden Bürsten an den Schleifringen. Da die Schleifringwelle 13d kein Drehmoment einer Antriebsmaschine übertragen muss, kann sie darüber hinaus auch einfach gelagert werden.

Neben der erfindungsgemässen Drehmomentenbefreiung der Schleifringwelle 13d ist dieselbe vorteilhafterweise lediglich an einer Seite mit einem Flansch für die Kupplung 10 versehen. Hieraus ergibt sich, dass die auf der Schleif ringwelle 13d aufgeschrumpften Schleifringe auf einfache Art nach einer be triebsbedingten Abnutzung an der dem Flansch gegenüberliegenden Seite der Schleifringwelle 13d abziehbar sind.

Die Generatorwelle 13b und die Schleifringwelle 13d sind teilweise als Hohl welle ausgebildet und die erste Getriebewelle 13c ist vollständig als Hohlwelle ausgebildet. In den Bohrungen der Generatorwelle 13b, der Schleifringwelle 13c und der Getriebewelle 13c ist eine Erregerleitung 7 installiert, die lediglich mit einer Strichlinierung angedeutet ist. Die Ausgestaltung einer derartigen Erregerleitung 7 in Form von Stromschienen ist hinlänglich bekannt und be darf somit keiner näheren Beleuchtung. Die Erregerleitung 7 stellt zwischen der Schleifringeinrichtung 4 und dem Generator 1 die elektrische Verbindung für einen in einer statischen Erregung generierten Erregerstrom bereit.

In Fig. 2 ist prinzipiell der gleiche Anlagenaufbau des erfindungsgemässen Generators 1 mit Doppelantrieb gezeigt. Der Unterschied ist in der Kopplung der Dampfturbine 3 mit dem Getriebe 5 zu sehen. Die Dampfturbine 3 ist über ein sogenannte Synchronkupplung 6 oder SSS-Kupplung mit dem Getriebe 5 verbunden. Derartige Synchronkupplungen 6 erlauben eine Einschaltung der Kupplung zwischen der zweiten Getriebewelle 13g und der Dampfturbinen welle 13e erst bei gleicher Drehzahl. Bekanntermassen ist somit während der Anlaufphase des Generators 1 die Dampfturbine 3 zunächst entkoppelbar.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, ist beispielsweise auch denkbar die Gasturbine 2 über ein weiteres Getriebe mit dem Generator 1 zu koppeln. Auf diese Art könnte die Gasturbine 2 auch übersynchron gefah ren werden und das weitere Getriebe würde dann als Wandler fungieren. Denkbar ist ebenfalls, dass die Dampfturbine 3 übersynchron gefahren wird und das Getriebe 5 entsprechend als Drehzahlwandler ausgelegt wird.

BEZEICHNUNGSLISTE

1

Generator

2

Gasturbine

3

Dampfturbine

4

Schleifringeinrichtung

5

Getriebe

6

Synchronkupplung

7

Erregerleitung

8-12

Kupplung

13

a Gasturbinenwelle

13

b Generatorwelle

13

c, g Getriebewelle

13

d Schleifringwelle

13

e Dampfturbinenwelle

13

f Zwischenwelle

Claims

1. Generator (1) mit einem Doppelantrieb, umfassend eine erste und eine zweite Antriebsmaschine (2, 3), die beide mindestens eine mechanische Kupplung (8, 9, 11, 12) mit dem Generator aufweisen, und eine Schleif ringeinrichtung (4), wobei der Generator (1) über eine Generatorwelle (13b) mit einer Schleifringwelle (13d) der Schleifringeinrichtung (4) me chanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Generatorwelle (13b) und der Schleifringwelle (13d) eine erste Getriebewelle (13c) eines Getriebes (5) angeordnet ist, und dass die zweite Antriebsmaschine (3) mit einer zweiten Getriebewelle (13g) des Ge triebes (5) verbunden ist.

2. Generator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine (2) eine Gasturbine mit einer Gasturbi nenwelle (13a) ist, die über eine erste Kupplung (8) mit der Generatorwelle (13b) verbunden ist.

3. Generator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsmaschine (3) eine Dampfturbine mit einer Dampf turbinenwelle (13e) ist.

4. Generator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Getriebewelle (13g) und der zweiten Antriebs maschine (3) eine Zwischenwelle (13f) angeordnet ist.

5. Generator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Getriebewelle (13g) und der zweiten Antriebs maschine (3) eine Synchronkupplung (6) angeordnet ist.

6. Generator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (13b), die erste Getriebewelle (13c) und die Schleifringwelle (13d) zumindest teilweise Hohlwellen sind, in denen eine Erregerleitung (7) angeordnet ist.