DE2339232B2 - Antriebsvorrichtung zum Andrehen einer Gasturbinenanlage und zum Drehen ihres Rotors während der Abkühlphase - Google Patents
Antriebsvorrichtung zum Andrehen einer Gasturbinenanlage und zum Drehen ihres Rotors während der AbkühlphaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen
Art
Bei einer aus der GB-PS 11 78 660 bekannten Antriebsvorrichtung wird die Antriebsverbindung zwischen
der Abtriebswelle und dem Startantrieb bzw. dem Durchdrehantrieb mit in Serie hintereinander geschalteten
Kupplungen unterbrochen, sobald die Gasturbine eine zum selbständigen Betrieb ausreichende Drehzahl
erreicht hat. Danach wird von der Abtriebswelle infolge ihrer hohen Drehzahl beim Betrieb der Gasturbine und
der Luftreibung in den engen Spalten der Kupplungen eine Drehkraft erzeugt, die ein Mitdrehen aller
Elemente der Antriebseinheit bewirkt, obwohl die beiden Antriebe abgeschaltet sind. Das Mitdrehen der
Elemente der Antriebseinheit wird bis in den Drehmomentwandler Obertragen, in dem infolge des stillstehenden
Startmotors eine Bremskraft aufgebaut wird, die nicht nur eine ständige Belastung für die Antriebseinheit,
sondern auch einen Leistungsverlust für die gesamte Anlage bedeutet. Sich ständig mitdrehende
Elemente in der Antriebseinheit bedingen ferner einen unnötigen mechanischen Verschleiß. Es ist ferner
nachteilig, daß Zahnkupplungen vorgesehen sind, die schlagartig zur Einwirkung kommen und dadurch sehr
hohen Belastungsspitzen ausgesetzt sind, bei denen unter Umständen noch nicht die vollen Zahnllächen
zum Tragen kommen, sondern nur sehr schmale Zahnflankenflächen, die einer schnellen Abnützung
unterliegen.
Aus der CH-PS 3 02 682 ist es bekannt, zur Verbindung der Start- bzw. Hilfsaniriebe mit Elementen
einer Gasturbinen-Kraftanlage Zentrifugal-Klinkenkupplungen
zu verwenden, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des zugehörigen Elements, beispielsweise des
Rotors der Gasturbine, federbelastete Klinken gegen die Zähne eines Antriebsläufers zur Anlage bringen.
Jedoch auch bei dieser Gattung von Kupplungen entsteht durch die Luftreibung zwischen den nahen
Elementen der Kupplung ein Mitdrehmoment für die Teile der HUfsantriebe, das, insbesondere beif)auerbetrieb
der Turbinenanlage, zu nachteiligen Abnützungserscheinungen bzw. Leistungsverlusten führt
Diese Nachteile treten auch dann auf, wenn anstelle von Zahnkupplungen oder Klinkenkupplungen hydraulisch
betätigte und üblicherweise in einer Kühlflüssigkeit
is laufende Reibungskupplungen verwendet werden, da
dann die Flüssigkeitsreibung zwischen den sich relativ zueinander verdrehenden Kupplungsteilen ein starkes
μ Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art
dahingehend zu verbessern, daß nach Abschalten der Hilfsantriebe und selbständigem Betrieb der Gasturbinenanlage
die Antriebselemente in der Antriebseinheit sich nicht mitdrehen können.
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Gattung durch die im kennzeichnenden Tqil des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst
Die in diesem Bereich der Antriebsvorrichtung angeordnete Bremseinrichtung stellt sicher, daß die hinter der erster. Kupplung liegenden Elemente der Antriebsvorrichtung zuverlässig zum Stillstand kommen, sobald die Gasturbine selbsttätig in Betrieb ist. Eine relative Drehung findet danach nur mehr im Bereich der Kupplung statt, deren Elemente ohnehin konstruktiv und technologisch auf die Aufnahme von Relativbewegungen abgestimmt sind. Unnötiger Verschleiß wird von allen anderen Teilen der Antriebseinheit ferngehalten. Mit dieser Ausbildung wird, falls überhaupt ein Verschleiß auftritt, dieser nur im Bereich der Kupplung liegen, wo ohnedies auf Reibungsverschleiß abgestimmte Teile, nämlich die Kupplungsplatten, enthalten sind. Diese Kupplungsplatten werden üblicherweise nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden der Antriebsvorrichtung erneuert wobei es vernachlässigbare Mehrkosten bedeutet, die Erneuerungsintervalle zu verkürzen. Pie dadurch entstehenden Mehrkosten sind insbesondere vernachlässigbar im Hinbück auf den Verschleiß, der beim
Die in diesem Bereich der Antriebsvorrichtung angeordnete Bremseinrichtung stellt sicher, daß die hinter der erster. Kupplung liegenden Elemente der Antriebsvorrichtung zuverlässig zum Stillstand kommen, sobald die Gasturbine selbsttätig in Betrieb ist. Eine relative Drehung findet danach nur mehr im Bereich der Kupplung statt, deren Elemente ohnehin konstruktiv und technologisch auf die Aufnahme von Relativbewegungen abgestimmt sind. Unnötiger Verschleiß wird von allen anderen Teilen der Antriebseinheit ferngehalten. Mit dieser Ausbildung wird, falls überhaupt ein Verschleiß auftritt, dieser nur im Bereich der Kupplung liegen, wo ohnedies auf Reibungsverschleiß abgestimmte Teile, nämlich die Kupplungsplatten, enthalten sind. Diese Kupplungsplatten werden üblicherweise nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden der Antriebsvorrichtung erneuert wobei es vernachlässigbare Mehrkosten bedeutet, die Erneuerungsintervalle zu verkürzen. Pie dadurch entstehenden Mehrkosten sind insbesondere vernachlässigbar im Hinbück auf den Verschleiß, der beim
so andauernden Mitdrehen der Elemente der Antriebsvorrichtung auftreten würde.
Der Unteranspruch ist auf eine spezielle Ausführungsform
des Anmeldungsgenstandes gerichtet Diese Ausbildung der Bremseinrichtung läßt sich einfach in die
Antriebsvorrichtung integrieren und arbeitet sehr zuverlässig.
Ausfühmngsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung einer Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung, teilweise aufgebrochen,
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung einer Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung, teilweise aufgebrochen,
F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht des linken Teiles der in F i g. 1 dargestellten Anlage,
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht des rechten Teiles der in F i g. 1 dargestellten Anlage,
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht des rechten Teiles der in F i g. 1 dargestellten Anlage,
F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Schaltplanes der in Fig. 1 dargestellten Antriebsvorrichtung
einer Gasturbinenanlage, die an einen Gasturbinenro-
tor, »η eine Pruckölquelta und eine Kohlölquelle
angeschlossen ist, und
Fig,5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles
einer Anlage gemäß der Erfindung.
Eine in Fig. 1 dargestellte Antriebsvorrichtung einer
Gasturbinenanlage weist ein Gehäuse 1 auf, eine Eingangswelle 2, eine Abtriebswelle 3, ein mit der
Eingangswelle 2 und der Abtriebswelle 3 verbundenes Getriebe, eine zweite Eingangswelle 4 und eine
Einrichtung, die die Antriebskraft nur in einer Richtung aberträgt und zwischen der Welle 4 und dem zwischen
den Wellen 2 und 3 angeordneten Getriebe eingebaut ist. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist in einen
Eingangsgehäuseabschnitt 6 an einem Ende, einen Gehäuseabschnitt 7 an dem anderen Ende und in sich
daran anschließende mittlere Gehäuseabschnitte 8 und 9 unterteilt Das Getriebe weist ein auf der Welle 2
gelagertes Vorgelegerad 11 auf, sowie eine angetriebene Welle 12, die seitlich im Abstand zur Welle 2
angeordnet ist und ein Zahnrad 13 trägt, das mit dem Rad 11 im Eingriff steht Das Getriebe enthält ferner
einen hydraulischen Drehmomentwandler H, wobei dessen Pumpenrad 16 mit der angetriebenen Welle 12
verbunden ist Der Läufer oder die Abtriebsweite 17 des Wandlers ist mit Schrägkugellagern 15 gelagert und
über eine kerbverzahnte Kupplung 20 mit einer hohlen Welle 18 verbunden, welche in Kugellagern 19 (s.
F i g. 2) und 21 (s. F i g. 3) gelagert ist Das Getriebe weist
ferner eine erste Kupplung 22 auf, die über einer Kupplungseingangswelle 23 zwischen die Antriebswelle
18 und die Abtriebswelle 3 geschaltet ist Die Welle 3 ist in Gleitlagern 5 und 10 gelagert
Die Kupplung 22 (Fig.3) ist eine Mehrscheiben-Trockenkupplung
mit treibenden und angetriebenen Scheiben, die entsprechend mit einer auf der Welle 23
gelagerten Buchse 24 und mit einer von der Welle 3 getragenen Trommel 26 über Kerbverzahnungen
verbunden sind. Die Kupplungsscheiben können miteinander in und außer ReibschluB gebracht werden. Eine
Betätigungseinrichtung für die Kupplung 22 weist ein Druckgehäuse 27 auf, welches verschiebbar auf der
Kupplungseingangswelle 23 gelagert ist, sowie eine Druckscheibe 29, die sich von der Welle 23 radial
zwischen Stirnwänden 25 und 25' des Gehäuses 27 erstreckt und mittels eines Sprengringes 31 und einer
Halteplatte 32 axial auf der Welle 23 festgelegt ist Die Halteplatte greift in eine umlaufende Nut der Welle 23
und ist an der Druckscheibe 29 mit Schrauben 33 befestigt Ein am Umfang der Scheibe 29 angeordneter
O-Ring 30 dichtet den Raum zwischen der Scheibe 29 und der Gehäusewandung 25 gegenüber dem Raum
zwischen der Scheibe und der Gehäusewandung 25' ab. Zur Betätigung der Kupplung 22 wird Druckflüssigkeit
über eine Bohrung 87 in der Welle 23 in den Raum zwischen die Scheibe 29 und die Gehäusewandung 25
eingeführt Ein oder mehrere Paßstifte 28 legen die Scheibe 29 gegenüber dem Gehäuse 27 fest, so daß diese
an einer Relativdrehung gehindert wird
Auf der Welle 23 ist eine Bremseinrichtung 34 gelagert« mit der die Welle 23 angehalten wird, während
die Kupplung 22 gelöst ist und die Welle 3 von der mit ihr verbundenen Gasturbine gedreht wird. Die Bremseinrichtung
34 weist einen Bremsscheibenträger 35 auf, der an dem Gehäuse 1 mit Schrauben 36 befestigt ist,
sowie einen Bremsteil 37, der über eine Kerbverzahnung mit der Welle 23 in Verbindung steht, sowie einen
Stapel von stationären und sich drehenden Bremsscheiben 38, die mit dem Bremsscheibenträger 35 bzw. mit
dem Bremsteil 37 über eine Kerbverzahnung in Verbindung stehen. Die Bremsscheiben sind axial
gegeneinander verschiebbar gelagert und können mit Hilfe eines Rjngkolbens 39, der in einer Ringnut 41 in
einem radialen Teil 42 des Gehäuses 1 hin- und herverschiebbar gelagert ist, gegenseitig in ReibschluB
geschoben werden. Über eine in dem Gehäuseteil 42 angeordnete Radialbohrung 43, die mit der Ringnut 41
in Verbindung steht, kann Druckflüssigkeit zugeführt
werden, die den Kolben 39 gegen die Bremsscheiben 38 drückt Im Bremsscheibenträger 35 sind mehrere
verteilt angeordnete Schraubenfedern 44 gelagert, die auf den Ringkolben 39 wirken, um die Bremse 34 zu
lösen, wenn die Kupplung 22 eingenickt ist
Eine zweite Kupplung, die nur eine Drehung in einer Richtung zuläßt und zwischen der Welle 4 und dem
Getriebe angeordnet ist, wird in dem mittleren Gehäuseabschnitt 9 aufgenommen. Die Welle 4 ist in
dem Gehäuseabschnitt 9 seitlich versetzt zur Welle 18 gelagert Zwischen der Welle 4 und der Welle 18 ist ein
Untersetzungsgetriebe angeordnet, das ein auf der Welle 4 angeordnetes Ritzel 46 mit „inem kleinen
Durchmesser aufweist ein Zwischenzahnrad 47 mit einem großen Durchmesser, das mit dem Ritzel 46 im
Eingriff steht, ein Zwischenzahnrad 48 mit einem kleinen Durchmesser, das koaxial zum Zahnrad 47
gelagert und mit diesem fest verbunden ist sowie ein koaxial zur Welle 18 gelagertes Zahnrad 49 mit einem
großen Durchmesser und einem Klemmrollenfreilauf 51, der eine Antriebsverbindung zwischen dem Zahnrad
49 und der Welle 18 in einer Richtung zuläßt Das Zahnrad 49 ist mittels zweier Kugellager 52 und 52'
drehbar auf der Welle 18 gelagert Der Klemmrollenfreilauf 51 weist einen radial außenliegenden Nockenteil
auf, der an dem Zahnrad 49 befestigt ist sowie einen radial innenliegenden Lauf teil, der einen Teil der Welle
18 bildet, und mehrere auf den Umfang verteilte Klemmrollen, die zwischen dem Nockenteil und dem
Laufteil angeordnet sind.
to F i g. 4 zeigt die Anlage gemäß F i g. 1 in einem Stromkraftwerk. Ein symbolisch dargestellter Startmotor
S3 ist mit der Eingangswelle 2 über eine Kupplung 54 verbunden. Ein Hilfsmotor 56 ist mit dem Antriebsritzel
46 verbunden, und der Rotor einer Gasturbine 57 ist mit der Abtriebswelle 3 über eine Kupplung 58 verbunden.
Eine Förderpumpe 59 für den Wandler saugt Ober eine Saugleitung 62 Ol aus einem Sumpf 61 und fördert es
zum Wandler 14 über eine Förderleitung 63. Vom Wandler kehrt das öl über eine Ablaufleitung 66 durch
eine Ausflußöffnung 66a und einen Druckregler 68 über die Rücklaufleitung 67 in den Sumpf 61 zurück. Das
über eine Saugleitung 65 und fördert es in die Zweigleitungen 72,12a, 73,73a und 74, die entsprechend
zu den Antriebsrädern U und 13, zu den Zahnrädern 49, 48,47 und 46, zu der Bremseinrichtung 34, zur Kühlung
der Scheibenkupplung und zu den Gleitlagern 5 und 10
der Ausgangswelle 3 führen. Ein Überlastventil 76 stellt die Verbindung zwischen dem Pumpenausgang 69 und
der Saugleitung 65 her. Die Zweigleitung 73 zur Bremseinrichtung 34 wird von einem Magnetventil 77
gesteuert.
hi Eine Pumpe 78 (s. F i g. 4) ist über eine Saugleitung 79
mit dem Sumpf 61 verbunden, und ihre Druckseite ist über fine Förderleitung 82 mit einer öleinlaßöffnung
81a (s. Fig.3) verbunden. Eine Bohrung 85 führt zur
Druckbeaufschlagungskammer für die Kupplung 22. Eine Drosselstelle S4 sorgt für einen ölrücklauf, so daß
die Kupplung ausgerückt werden kann, wenn die Pumpe 78 für die Kupplung abgestellt wird, und die
Rücklaufleitung 67 weist eine Zweigleitung 86 auf, die an die Kupplungskammer 7 angeschlossen ist.
Der ölzulauf 73a schließt sich an die Kammer 29' an,
die sich zwischen der Wand 25' und dem Kolben 29 befindet und in welcher das öl eine Kraft zum
Ausrücken der Kupplung erzeugt, und führt ferner zu den Kupplungsplatten der Kupplung 22, um diese zu
kühlen, und schließt sich an die Kammer an, die sich zwischen den Wellen 23 und 33 befindet. Die Kupplung
22 wird durch ein bloßes Anlaufen und Abschalten der Pumpe 78 eingerückt und ausgerückt. Ein Überlastventil
80 verbindet den Pumpenausgang 78 mit der Saugleitung 79.
därgcäici'icM Gasturbine "7 laufen iölgcMUcriMnuCM üb:
Es wird über die Pumpe 69 Druck aufgebaut und die
Zweigleitung 73 mit Hilfe des Magnetventils 77 geschlossen, so daß die Bremseinrichtung 34 gelöst wird.
Durch den Start der Pumpe 78 wird die Kupplung 22 eingerückt. Der Startmotor 53 wird inganggesetzt.
Durch das Anlaufen der Pumpe 59 wird der Drehmomentwandler gefüllt. Die Turbine wird auf ihre
Betriebsgeschwindigkeit gebracht Der Drehmomentwandler wird dann über die Leitung 66 entleert, indem
die Pumpe 59 angehalten wird. Die Kupplung 22 wird durch Anhalten der Pumpe 78 ausgerückt. Durch öffnen
des Magnetventils 77 wird die Bremseinrichtung 34 betätigt und der Startmotor 53 angehalten.
Die Betriebsschritte zum Anhalten der Gasturbine sind folgende:
Der Turbinengenerator (nicht dargestellt) wird vom Netz gelöst. Die Gasturbine läuft bis zu einer
Geschwindigkeit von 400 Umdrehungen/Minute aus, ehe die Pumpe 78 eingeschaltet wird, um die Kupplung
22 einzurücken. Die Bremseinrichtung 34 wird gelöst. Der Hilfsmotor 56 wird inganggesetzt. Nachdem die
Gasturbine auf die entsprechende Drehgeschwindigkeit abgefallen ist und die Antriebsverbindung zwischen dem
Hilfsmotor 56 und der Abtriebswelle 3 automatisch durch den Klemmrollenfreilauf 51 hergestellt ist, bleibt
der Hilfsmotor 56 so lange in Betrieb, wie dies für die Abkühlung der Gasturbine notwendig ist.
unterschiedliche Drehmomente und Eingangsgeschwindigkeiten ausgelegt sein. Sie können auch so konstruiert
sein, daß die Anlage für den Betrieb in einem Kraftwerk geeignet ist, welches Leitungsnetze mit unterschiedlichen
Frequenzen speist, wie z. B. mit 60 Hertz oder mit 50 Hertz.
Die Verwendung der Reibungskupplung 22 anstatt einer Klauenkupplung hat den Vorteil, daß, falls ein
Start aus irgendeinem Grunde abgebrochen wird, die
ίο Gasturbine und der angeschlossene elektrische Generator
nicht zum Stillstand kommen, bevor die Kupplung wieder eingerückt werden kann. Dadurch wird ein Teil
der Startzeit in den Fällen eingespart, in welchen ein Start unterbrochen werden mußte, nachdem die
Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel gleicht dem in den Fig.) dargestellten darin, daß es ein
Antriebszahnradgetriebe 11', 13' aufweist sowie einen hydfuüiisC'i'icii Drehmomentwandler iv und eine nur
eine Antriebsrichtung zulassende Verbindung zwischen einem Hilfsmotor 56 und der Abtriebswelle 3.
Der Hilfsmotor 56 wirkt über ein doppelt untersetztes Getriebe 46', 47', 48', 49', sowie einen Klemmrollenfreilauf
Si'. Zusätzlich zum Eingangsgetriebe 11', 13' ist ein Ausgangsgetriebe zwischen dem Drehmomentwandler
14' und der Abtriebswelle 3 vorgesehen. Das Ausgangsgetriebe wird in einem mittleren Abschnitt 9' des
Gehät jcs Γ aufgenommen und weist ein Antriebszahnrad
88 mit einem kleinen Durchmesser auf, das mit der
jo Welle des Läufers 17' des Drehmomentwandlers verbunden ist, sowie ein Antriebszahnrad 89 mit einem
großen Durchmesser, welches mit dem Zahnrad 88 im Eingriff steht und mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist.
Eine Klauenkupplung zur Verbindung der Antriebswel-Ie 3 mit der Welle 90 einer Gasturbine weist einen
Antriebskupplungsteil 91 auf, der mittels einer Kerbverzahnung verschiebbar auf der Welle 3 gelagert ist, sowie
einen angetriebenen Kupplungsteil 92, der mit der Welle 90 verkeilt ist, einen Schiebering 93, der mittels
eines Kugellagers 94 auf dem Kupplungsteil 91 gelagert ist, sowie einen hydraulisch betätigten Zylinder % für
den Schiebe ring 93.
Durch däis Ausgangsgetriebe 88, 89 läßt sich die
Ausgangsgeschwindigkeit des Wandlers und das Dreh-
moment auf verschiedene Werte einregulieren, so daß bestimmte Anforderungen der Gasturbine, insbesondere
während der Anlaufzeit, erfüllt werden können.
Claims (2)
1. Antriebsvorrichtung zum Andrehen einer
Gasturbinenanlage und zum Drehen ihres Rotors während der Abkflhlpbase, mit, einer von einem
Andrehmotor antreibbaren Eingangswelle, zu der, über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler,
eine Zwischenwelle und eine erste Kupplung, eine mit dem Rotor verbindbare Abtriebswelle
kuppelbar ist, ferner mit einer von einem Drehmotor treibbaren, zweiten Eingangswelle, die Ober eine
zweite Kupplung in nur einer Drehrichtung mit der Zwischenwelle verbindbar ist, wobei durch die erste
Kupplung die Antriebsverbindung lösbar ist, sobald der Rotor eine den selbsttätigen Betrieb der
Gasturbinenanlage sicherstellende Drehzahl erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Zwischenwelle (23) vor der ersten Kupplung (22) eine lösbare Bremseinrichtung (34) angeordnet
ist, die bei gelöster Kupplung (22) zur Einwirkung bringbar k\,
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (34) ein auf der Zwischenwelle (32) drehfest aber axial
verschiebbar gelagertes Bremsteil (37) mit axial verschiebbaren Bremsscheiben (38) sowie einen
gehäusefesten Bremsscheibe^träger (35) mit darauf axial verschiebbaren Bremsscheiben (38) aufweist,
und daß die Bremsscheiben (38) wechselseil g ineinandergreifend angeordnet und durch einen im
Gehäuse gelagerten Kolben (39) in gegenseitigen Reibeingriff bringbar sind.
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