DE2339232C3

DE2339232C3 - Antriebsvorrichtung zum Andrehen einer Gasturbinenanlage und zum Drehen ihres Rotors während der Abkühlphase

Info

Publication number: DE2339232C3
Application number: DE2339232A
Authority: DE
Inventors: Bradford K. Rockford Ill. Shull
Original assignee: Twin Disc Inc
Current assignee: Twin Disc Inc
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE2339232B2; JPS5319723B2; US3793905A; GB1403812A; DE2339232A1; JPS4951404A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der GB-PS 1178 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 übertragen, 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 Zahnflächen 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. Hilfsantriebe 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 Hilfsantriebe, das, insbesondere bei Dauerbetrieb der Turbinenanlage, zu nachteiligen Abnüizungserscheinungen bzw. Leistungsverlusten führt.

Diese Nachteile treten auch dann auf, wenn anstelle von Zahnkupplungen oder Klinkenkupplungen hydraulisch betätigte und üblicherweise in einer Kühlflüssigkeit laufende Reibungskupplungen verwendet werden, da dann die Flüssigkeitsreibung zwischen den sich relativ zueinander verdrehenden Kupplungsteilen ein starkes Drehmoment erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 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 Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die in diesem Bereich der Antriebsvorrichtung

angeordnete Bremseinrichtung stellt sicher, daß die hinter der ersten 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, die^c<;r 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 vernachl.tssigbare Mehrkosten bedeutet, die Erneuerungsintervalle zu verkürzen. Die dadurch entstehenden Mehrkosten sind insbesondere vernachlässigbar im Hinblick auf den Verschleiß, der beim 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 Anlriebsvorrichtung integrieren und arbeitet sehr zuverlässig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung einer Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung, teilweise aufgebrochen.

F ι g< 2 eine vergrößerte Ansicht des linken Teiles der in F i g, I dargestellten Anlage,
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht des rechten Teiles der in Fig, I dargestellten Anlage,

F i g, 4 eine schematische Darstellung eines Schältpia* nes der in Fig. I dargestellten Antriebsvorrichtung einer Gasturbinenanlage, die an einen Gasturbinen™*

tor, an eine Druckölquelle und eine Kühlölquelle angeschlossen ist, und

Fig.5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Anlage gemäß der Erfindung.

Eine in Fi g. 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 überträg'i 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 !4, wobei dessen Pumpenrad 16 mit der angetriebenen ^vvelle 12 verbunden ist Der Läufer oder die Abtriebswelle 17 des Wandlers ist mit Schrägkugellagern 15 gelagert und über eine kerbverzahnte Kupplung 20 mit einer hohlen Welle 18 verbunden, weiche 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 Reibschluß 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 WeIlJ 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 tine umlaufende 1 'ut 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 Gehäusewandunjj 25 gegenüber dem Raum zwischen eier 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 mn 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 Bremsschel· ben 38, die mit dem Brerrrjcheibenträger 35 bzw, mit dem Bremsteil 37 üoer eine Kerbverzahnung in Verbindung stehen. Die Bremsscheiben sind axial gegeneinander verschiebbar gelagert und können mii Hilfe eines Ringkolbens 39, der in einer Ringnut 41 in einem radialen Teil 42 des Gehäuses 1 hin- und herverschiebbar gelagert ist, gegenseitig in Reibschluß geschoben werden. Über eine in dem Gehäuseteil 42 angeordnete Radialbohrung 43, die mit der Ringnut 41 in Verbindung steht, kann Druckflüssigkeit zugeführt

ίο 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 eingerückt 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. D^:,e 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 ^Λ ^:s ein auf der Welle 4 angeordnetes Ritze! 46 mn einem kleinen Durchmesser aufweist, ein Zwischenzahnrad 47 mit einem großen Durchmesser, das mit dem Ritzel 46 im Eingriff steht, ein Zwischenzahnrad 48 mit eniem 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

JO 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 N'ockenteil auf, der an dem Zahnrad 49 befestigt ist, sowie einen radial innenliegenden Laufteil, der einen Teil der Welle 18 bildet, und mehrere auf den Umfang verteilte Klemmrollen, die zwischen dem Nockenteil und dem Laufteil angeordnet sind.

Fig.4 zeigt die Anlage gemäß Fig. 1 in einem Stromkraftwerk. Ein symbolisch dargestellter Startmotor 5? 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 über eine Saugleitung 62 OI 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 Beschicken und Entleeren des Wandlers erfolgt mit dem Anlauf der Pumpe 59 bzw. mit deren Abschalten.

Eine Schmierölpumpe 69 saugt öl aus dem Sumpf 61 über eine Saugleitung 65 und fördert es in die Zweigleitungen 72, TI«, 73, 73a und 74. die entsprechend zu den Antriebsrädern 11 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 Z 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.

Eine Pumpe 78 (s. F i g. 4) ist Über eine Säugleituhg 79 mit dem Sumpf 61 verbunden, und ihre Druckseite ist über eine Förderleitung 82 mit einer öleinlaßöffnung 81a (s. Fig,3) verbunden. Eine Bohrung 85 führt zur

Druckbeaufschlagungskammer für die Kupplung 22. Eine Drosselstelle 84 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 73d 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.

Die Arbeitsschritte für den Start der in Fig.4 dargestellten Gasturbine 57 laufen folgendermaßen ab:

Es wird über die Pumpe 69 Drück 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 inganggeselzl. 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 Belriebsschritte 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 inganggeselzt. 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.

Die Antriebszahnräder 11 und 13 können für unterschiedliche Drehmomente und Eingangsgeschwindigkeilen ausgelegt sein. Sie können auch so konstruiert sein, daß die Anlage für den Betrieb in einem Kraftwerk geeignet ist, welches Leitungsnetze mit unierschiedli-

■; chen 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

in 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

ιί Kupplung ausgerückt worden war.

Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel gleicht dem in den Fig. I dargestellten darin, daß es ein Antriebszahnradgetriebe II', 13' aufweist, sowie einen hydraulischen Drehmomentwandler 14' und eine nur

iff eine Äniricbsrici'iiüi'ig jculiissetiue Verbindung zwischen einem Hilfsmotor 56 und der Ablriebswelle 3.

Der Hilfsmotor 56 wirkt über ein doppelt untersetztes Getriebe 46', 47', 48', 49', sowie einen Klemmrollenfreiiaufsr. Zusätzlich zum Eingangsgetriebe 11', 13'ist ein

2> Ausgangsgetriebe zwischen dem Drehmomentwandler 14' und der Abtriebswelle 3 vorgesehen. Das Ausgangsgetriebe wird in einem mittleren Abschnitt 9' des Gehäuses Γ aufgenommen und weist ein Antriebszahnrad 88 mi einem kleinen Durchmesser auf, das mit der

»ι 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 Abtriebsv/elle 3 verbunden ist. Eine Klauenkupplung zur Verbindung der Antriebswel-

ii Ie 3 mit der Welle 90 einer Gasturbine weist einen Antriebskupplungstei! 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

in eines Kugellagers 94 auf dem Kupplungsleil 91 gelagert ist, sowie einen hydraulisch betätigten Zylinder 96 für den Schiebering 93.

Durch das Ausgangsgelriebe 88. 89 läßt sich die Ausgangsgeschwindigkeil des Wandlers und das Dreh-

J'> moment auf verschiedene Werte einregulieren, so daß bestimmte Anforderungen der Gasturbine, insbesondere während der Anlaufzeit, erfüllt werden können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung zum Andrehen einer Gasturbinenanlage und zum Drehen ihres Rotors während der Abkühlphase, mit einer von einem Andrehmotor antreibbaren Eingar.gswelle, 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 über 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 ist

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 Bremsscheibenträger (35) mit darauf axial verschiebbaren Bremsschuhen (38) aufweist, und daß die Bremsscheiben (38) wechselseitig ineinandergreifend angeordnet und durch einen im Gehäuse gelagerten Kolben (39) in gegenseitigen Reibeingriff bringbar sind.