DE2424093A1 - Stationaere kraftwerksanlage - Google Patents

Description

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Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG, Zürich/Schweiz Stationäre Kraftwerksanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine stationäre Kraftwerksanlage mit einer Turbogruppe der axialen Bauart, die einen Verdichter, eine Gasturbine und eine Nutzleistungsmaschine auf einer gemeinsamen Welle umfasst, wobei die Nutzleistungsmaschine mit dem eintrittsseitigen Wellenende des Verdichters gekuppelt ist.

Bei Gasturbinen für Kraftwerke, aber auch der Industrie werden meist an das freie Wellenende am Verdichter die Nutzleistungsmaschinen gekoppelt. Diese Nutzleistungsmaschinen, egal ob es sich dabei um eine Pumpe, einen elektrischen Generator oder eine andere Arbeitsmaschine handelt, zwingen bei axial durchströmter Bauart der Maschinen zu radialen Ansaugstutzen am Brennluft-Verdichter der Kraftwerksanlage.

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Die radiale und daher meist asymetrische Zuströmung der Brennluft zum Verdichter hat negative Einflüsse auf den Wirkungsgrad der Turbogruppe und das Pumpverhalten des Verdichters. Mit zunehmenden Luftgeschwindigkeiten werden diese Einflüsse, aber auch die Schwingungsanregung der Schaufeln verstärkt wirksam.

Wegen der notwendigen Umlenkung der radial zuströmenden Luft in die axiale Richtung wird die Gesamtlänge der Maschine von der Ausbildung des Ansaugstutzens stark beeinflusst. Aufgrund der strömungstechnisch notwendigen axialen Länge des Ansaugstutzens wird meist eine günstige Auswirkung auf die Laufruhe der Strömungsmaschine behindert. Bei steigenden Einheitsleistungen der Kraftwerksanlagen sind diese Merkmale zunehmend bedeutungsvoll, weil die Grosse des Ansaugstutzens mit steigender Eintrittstemperatur und höherem Druckverhältnis überproportional zu den übrigen Maschinenabmessungen wächst.

Die bei Flugzeugtriebwerken übliche axiale Zuströmung zum Verdichter wäre eine geeignete Lösung des oben geschilderten Problems. Sie kann jedoch bei Gasturbinenanlagen mit Nutzleistungsmaschinen nur dann verwirklicht werden, wenn diese mit dem abgasseitigen Wellenende der Turbinenanlage gekuppelt werden. Daraus ergeben sich jedoch wieder neue Probleme, da nunmehr der den Wirkungsgrad vorteilhaft beeinflussende axiale Abgasdiffusor in eine grosse Verluste verursachende radiale Abströmung umgewandelt werden muss. Darüber hinaus muss der Abgaskamin zwischen der Nutzleistungsmaschine und der Gasturbine errichtet werden.

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Diese Anordnung greift in starkem Ausmass in die Planung des Kraftwerkgebäudes ein, da bei der Auslegung der Hilfsaggregate, wie Kran oder Abhitzkessel, ein unvermeidlicher Mehraufwand an Raum und Material anfällt.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine axiale LuftzustrÖmung zum Verdichter einer stationären Gasturbinenanlage zu schaffen, ohne auf den zum Erreichen eines guten Wirkungsgrades notwendigen axialen Abgasdiffusor zu verzichten.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch ausgezeichnet, dass die Nutzleistungsmaschine in einem Hohlraum untergebracht ist, der durch einen koaxial zur Welle der Turbogruppe ausgebildeten Ansaugkanal für die Luft des Verdichters umschlossen ist, wobei der Ansaugkanal über einen konischen Ringkanal mit der Eintrittsöffnung am Gehäuse des Verdichters verbunden ist.

Neben der bei Flugzeugtriebwerken bekannten Steigerung der Laufruhe durch die axiale und zudem symetrische Zuströmung der Brennluft zum Verdichter und der Beibehaltung der Leistungsfähigkeit weist eine derart ausgebildete Anlage noch folgende Vorteile auf:

Die im Hohlraum des doppelwand!gen Luftansaugkanals angeordnete Nutzleistungsmaschine ist automatisch schal!isoliert und wird bei Freiluftaufstellung gleichzeitig gegen Witterungseinflüsse geschützt, da der An-

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saugkanal quasi ein Maschinengebäude bildet.

Der bisher im Kraftwerksgebäude für das Gehäuse der Nutzleistungsmaschine und den Luft-Ansaugtrichter vorzusehende Raum wurde vereinigt und bildet eine kompakte Einheit, deren Raumbedarf gesamthaft verringert werden konnte und zusätzlich eine Einsparung an Platz und Material bei der Erstellung des Kraftwerksgebäude mit sich bringt. Die bei stationären Gasturbinenanlagen erwünschte Hochansaugung der Luft zur Vermeidung bzw. Verminderung von Schmutzablagerungen im Verdichter, wird durch einfaches Aufsetzen der Luftfiltereinheit auf die Oberseite des Generatorgebäudes ohne zusätzlichen Mehraufwand ermöglicht.

Bei Inspektionen oder Revisionen der Turbogruppe oder des Verdichters braucht das Luftansaugsystem nicht mehr demontiert werden und ist trotzdem ohne weiteres zugänglich.

Bei einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind im Ansaugkanal die Schalldämpferplatten untergebracht. Dies ist zur weiteren Reduzierung des Platzbedarfes vorteilhaft, und bietet wegen der relativ grösseren Querschnittsfläche des Ansaugkanals eine Verminderung der Luftgeschwindigkeit. Daraus resultiert wiederum ein günstiger Einfluss auf die Möglichkeiten der Schalldämpfung.

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Nach einer anderen Ausführungsform ist der Ansaugkanal zumindest teilweise im Fundament der Turbogruppe bzw. der Nutzleistungsmaschine integriert ausgebildet. Daraus ergibt sich eine Vereinfachung der Montage, da bei Anwendung der Blockbauweise nur noch eine geringe Anzahl von Elementen zusammengefügt werden muss, um die Kraftwerksanlagen zu errichten.

Anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispieles wird eine erfindungsgemässe Kraftwerksanlage näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch die Kraftwerksanlage parallel zur Gasturbinenachse,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1, und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2.

Für einander entsprechende Teile wurden in den Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt.

In Fig. 1 ist eine sogenannte In-door Kraftwerksanlage gezeigt, dessen Turbogruppe 3 im Kraftwerksgebäude 1 untergebracht ist. Der Kamin 2 und das Generatorgebäude 4, das gleichzeitig das Ansaugbauwerk 4' bildet,sind mit dem Kraftwerksgebäude 1 auf dem gemeinsamen Fundament 5 angeordnet.

Im Kraftwerksgebäude 1 ist ein Montagekran 6 vorgesehen, der sich an den Aussenmauern desselben abstützt. Der Kamin 2 wird aus einem inneren Isolationsrohr 7 für die Abgase und einem Umfassungsmauerwerk 8 gebildet.

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Zwischen Isolationsrohr 7 und dem Umfassungsmauerwerk 8 ist ein Ringspalt 9 vorgesehen, der zur besseren Belüftung und Kühlung des Kamines 2 dient. Im Ringspalt 9 sind auch die Abstützungen 10 für das Isolationsrohr 7 untergebracht.

Die Turbogruppe 3 besteht aus dem Brennluft-Verdichter 11, der Gasturbine 12 und dem Generator 13 als Nutzleistungsmaschine. Auf das gemeinsame Gehäuse 14 der Gasturbine 12 und des Verdichters 11 ist die Brennkammer 15 stehend aufgesetzt, wobei das Gehäuse 14 über Pendel stützen 16 am Fundament 5 gelagert ist.

Der an das Gehäuse 14 anschliessende axiale Abgasdiffusor 17 ist ebenfalls über Pendel stützen 16' am Fundament 5 abgestützt und mündet über eine wärmebewegliche Verbindung 18 in das Isolationsrohr 7 des Kamins 2.

An der Eintrittsseite des Verdichters 11 ist der Generator 13 vorgesehen. Er wird über eine Zwischenwelle 19 und die Kupplungen 20 mit der Antriebswelle 21 der Turbogruppe 3 verbunden.

Am freien Wellenstummel des nicht gezeigten Generatorläufers werden die Hilfsmaschinen, z.B. der Anwurfmotor 22 angeschlossen. Der Generator 13 sowie die Hilfsmaschinen 22 sind im eigentlichen Generatorgebäude 4 untergebracht. Dieses wird im wesentlichen durch den Ansaugkanal 24 gebildet, der den Hohlraum 23 für den Generator 13 umschliesst.

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Der Ansaugkanal 24 geht in Strömungsrichtung der Luft (Pfeil L) in einen konischen Ringkanal 25 über, der mit dem Ansaugtrichter 26 an der Verdichterseite des Gehäuses 14 verbunden ist. Im Ansaugkanal 24 sind die Schalldämpferplatten 34 angeordnet.

An der Oberseite des Generatorgebäudes 4 ist in der äusseren Wand eine Oeffnung 27 zum Ansaugekanal 24 ausgespart, an der das Ansaugebauwerk 4'-mit dem Luftfilter 29 angebracht ist. Dieses wird aus mehreren Filterplatten 30 und Kammern 31 gebildet, durch die die Luft einströmt und in den Ansaugkanal 24 gelangt.

Fig. 2 stellt einen Längsschnitt durch die Kraftwerksanlagen im Grundriss dar, wobei die Turbogruppe 3 der Einfachheit wegen in Ansicht dargestellt wurde. Das Generatorgebäude 4 wird durch den Ansaugkanal 24, bzw. die ihn begrenzenden Wände 28 und 28' gebildet. Im Hohlraum 23 zwischen den Wänden 28 und 28' ist der Generator auf einem Sockel. 32 verankert, der mit dem Fundament 5 starr verbunden ist.

Der Hohlraum 23 ist über die Abschliessung 33 begehbar, so dass die Wartungsarbeiten am Generator 13 leicht vorgenommen werden können. Der Generator 13 wird über diese Abschliessung 33 eingebracht und mittels der Zwischenwelle 19 mit der Antriebswelle 21 gekuppelt.

Bei innerhalb eines Gebäudes aufgestellten Turbogruppen 3 kann wie aus dem Grundriss ersichtlich, zumindest die Länge des Generators 13 an einer Gebäudedimension eingespart werden, was sich einerseits auf die Raumausnützung und andererseits auf die Auslegung der Hilfsaggregate,

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wie z.B. den Montagekran 6 günstig auswirkt. Durch die aufgrund der kompakten Bauweise automatisch zur Verfügung stehenden grossen Querschnittsverhältnisse am Ansaugkanal, kann die Luftfilterung und Schalldämmung unter Berücksichtigung des Strömungswiderstandes sowohl strömungstechnisch als auch lärmdämmend optimal genutzt werden.

Die angesaugte Luft strömt mit geringer Geschwindigkeit in den Ansaugkanal 24 ein, wird durch die darin angeordneten Schalldämpferplatten 34 gleichmassig ausgerichtet und dem Ansaugtrichter 26 am Gehäuse 14 über den konischen Ringkanal 25 zugeführt. Da der Ringkanal 25 vorzugsweise zur Wellenachse des Verdichters zentrisymetrisch ausgebildet ist, wird eine gleichmässige Ansaugung in axialer Richtung gewährleistet.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch das Generatorgebäude 4 in der linken Hälfte gezeigt, während in der rechten Hälfte die Kraftwerksanlage in Ansicht zu erkennen ist.

Hinter dem Kraftwerksgebäude 1 ist der Kamin 2 angeordnet, der mit der Turbogruppe 3 und dem Generatorgebäude 4 am Fundament 5 steht. Der Ansaugkanal 24 ist mit seinem unteren Teil im Fundament 5 integriert. Der Sockel 32 des Generators 13 ist über durch den Ansaugkanal 24 reichende Rippen 35 mit dem Fundament 5 verbunden. Auf dem Generatorgebäude 4 ist das Luftfilter 29 angebracht. Die im Ansaugkanal 24 angeordnete Schalldämpferplatten 34 sind nur teilweise dargestellt, obowhl sie den in sich geschlossenen Querschnitt des Ansaugkanals 24 vor den konischen Ringkanal 25 gesamthaft ausfüllen.

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Claims (5)

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1. ) Stationäre Kraftwerksanlage mit einer Turbogruppe der axialen Bauart, die einen Verdichter, eine Gasturbine und eine Nutzleistungsmaschine auf einer gemeinsamen Welle umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzleistungsmaschine (13) in einem Hohlraum (23) untergebracht ist, der durch einen koaxial zur Antriebswelle (21) der Turbogruppe (3) ausgebildeter Ansaugkanal (24) für die Luft des Verdichters (11) umschlossen ist, wobei der Ansaugkanal (24) über einen konischen Ringkanal (25) mit der Eintrittsöffnung (26) am Gehäuse (14) des Verdichters (11) verbunden ist.

2. Kraftwerksani age nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugkanal (24) Schalldämpfungsplatten (34) untergebracht sind.

3. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (23) neben der Nutzleistungsmaschine (13) die Hilfsmaschinen (22) der Turbogruppe (3) angeordnet sind.

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4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkanal (24) zumindest teilweise im Fundament (5) der Turbogruppe (3) bzw. der Nutzleistungsmaschine (13) integriert ist.

5. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkanal (24) eine zur Achse der Antriebswelle (21) der Turbogruppe (3) symetrische Form aufweist.

BROWN BOVERI - SULZER
TURBOMASCHINEN AG

Der Vertreter:

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