DE2531156A1 - Turbo-wechselstromgeneratoranlage - Google Patents

Turbo-wechselstromgeneratoranlage

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DE2531156A1 DE19752531156 DE2531156A DE2531156A1 DE 2531156 A1 DE2531156 A1 DE 2531156A1 DE 19752531156 DE19752531156 DE 19752531156 DE 2531156 A DE2531156 A DE 2531156A DE 2531156 A1 DE2531156 A1 DE 2531156A1
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Edmund Porter Crowdy
Hector Fillipp Drentham-Susman
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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Description

DIpl.-Ing. Hein; Bardehle
Patentanwalt
8 M8ndMn 22, Hemtr. 15, Tel. 29255S Pottanschrift München 26, Postfach 4
München, den u. juli 1375
Mein Zeichen: P 2177
Anmelder : HAWTHORN LESLIE (ENGINEERS) LIMITED St.Peter 1S Works,
Newcastle upon Tyne, NE99
England
Turbo-Wechselstromgeneratoranlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbo-Wechselstromgeneratoranlage, wie sie beispielsweise auf einem Schiff zur Erzeugung der für die Normalversorgung erforderlichen Elektrizität verwendet wird. Die Turbine ist bei einer derartigen Anlage durch Dampf betrieben, der in einem Abwärmedampfkessel erzeugt wird, wobei die Abwärme beispielsweise aus den Abgasen einer Dieselmaschine, einer Gasturbine oder einer anderen Antriebsmaschine gewonnen wird, wie sie für den Antrieb des
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Schiffes Verwendung findet. Eine derartige Turbo-Wechselstromgeneratoranlage wird nachstehend als "von der angegebenen Art* bezeichnet.
Bei Turbo-Wechselstromgeneratoranlagen der angegebenen Art ist die verwendete Turbine eine Hochgeschwindigkeitsturbine, die sich mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von über 8000 Umdrehungen pro Minuten dreht und dabei den Wechselstromgenerator über ein Untersetzungsgetriebe mit I800 Umdrehungen pro Minute in Bewegung versetzt. Wenn auch bei solchen bekannten Anlagen kleine und einfache Turbinen Verwendung finden können, bringt doch das Untersetzungsgetriebe einen Verlust des gesamten mechanischen Wirkungsgrades sowie die Notwendigkeit mit sich, ein Öl Schmierungssystem für die Maschinen vorzusehen. Die Drehachse der Maschinen verläuft in diesem Falle horizontal. Aufgabe der Erfindung ist es, solche Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Turbo-Wechselstromgenerator der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß Turbine und Wechselstromgenerator direkt miteinander verbunden und mit vertikal fluchtenden Rotorachsen angeordnet sind, wobei der Wechselstromgenerator sich oberhalb der Turbine befindet, daß das Gewicht der Rotoren von einem im Bereich eines den Abdampf aus der Turbine aufnehmenden Kondensors angeordneten Lager getragen wird, und daß der Verbund der Rotoren auf eine der gewünschten Wechselstromfrequenz des Wechselstromgenerators entsprechende Umdrehungsgeschwindigkeit eingeregelt wird. Eine derartige Anlage ist zur Verwendung auf Schiffen geeignet und kann mit einen Zweipolwechselstromgenerator ausgestattet sein, wobei der Verbund der Rotoren auf eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 3600 Umdrehungen pro Minute eingeregelt wird, so daß ein Wechselstrom von 60 Hz erzeugt wird, wie er für die Verwendung auf Schiff üblich ist.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Rotor des Wechselstromgenerators seitlich durch zwei fettgeschmierte Wälzlager geführt, der Rotor der Turbine hingegen wird an seinem
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dem Wechselstromgenerator abgewendeten Ende von einem wassergeschmierten Lager geführt. Hiermit entfällt die Notwendigkeit eines ölschmiersystems. Auch die Belastungen, denen die Wälzlager ausgesetzt sind, werden aufgrund der Tatsache verringert, daß die Drehachse vertikal steht, wobei die Turbine unterhalb des Wechselstromgenerators angeordnet ist, so daß diese Lager in erster Linie als Elemente zur Seitenstabilisierung dienen. Das Gewicht aufnehmende Lager und das die Seitenführung der Turbine bewirkende Lager können in einem kombinierten Radial-Axiallager vereinigt sein, das wassergeschmiert ist. Der Turbinenauslaß kann zur Dampfabgabe direkt mit dem Kondensor verbunden sein, so daß der Auslaßstrom aus der Turbine weitgehend ungestört und ein guter Wasserabfluß gewährleistet ist.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung zur Erläuterung der Erfindung eine Turbo-Wechselstromgeneratoranlage beschrieben, die mit durch Abwärme erzeugtem Dampf betrieben wird, und für den Einsatz auf Schiffen geeignet ist.
Der Dampf wird in beliebiger geeigneter Weise erzeugt, indem die Restwärme der Abgase von Schiffsantriebsmaschinen 9, beispielsweise Dieselmaschinen oder Gasturbinen, ausgenutzt wird, indem diese Abgase durch einen Abwärmedampfkessel 8 geleitet werden, um das Speisewasser aufzuheizen.
Die Anlage weist, wie gerade angedeutet, einen vertikal angeordneten Wechselstromgenerator 10 auf, dessen Rotor direkt mit einer Turbine 11 verbunden und oberhalb derselben angeordnet ist. Die Turbine 11 ist so angebracht, daß ihr Auslaß direkt in einen Unterdruckkondensor 12 mündet. Von einer Leitung 13, die von dem Kondensor 12 über eine Absaug- und Speisepumpe 20 zu der Dampf erzeugenden Anlage, d.h. zu dem Abwärmedampfkessel 8 führt, wird Speisewasser abgeführt und dazu verwendet, ein kombi-
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niertes Radial-Axial-Gleitlager 14 zu schmieren, das das stromabwärtsliegende Ende der Turbinenrotorwelle 11a trägt. In die zu dem Lager 14 führende Leitung ist ein feines Filter 19 eingefügt.
Wenn die Antriebsmaschine mit über einem bestimmten Niveau liegender Kraft arbeitet, steht ein beträchtlicher Teil der Abgaswärme dieser Maschine zur Umwandlung in elektrische Energie zur Verfügung, wobei das Steuersystem so ausgebildet ist, daß die Einheit aus Turbine und Wechselstromgenerator sich mit einer konstanten Umdrehungszahl von 3600 Umdrehungen pro Minute dreht.
Das Steuersystem kann ein elektronisches System umfassen, das dazu dient, Dampfventile des Turbo-Wechselstromgenerators zu betätigen. Zu diesen Ventilen gehört ein übliches Drosselventil 15, das den Dampfstrom zur Turbine steuert, sowie ein Dampfentlastungsventil 16, das überschüssigen Dampf in eine Wärmesenke ableitet, die hier als der Kondensor dargestellt ist.
Während des AnlaufStadiums beim Betrieb der Anlage ist das Entlastungsventil völlig geschlossen. Es wird so gesteuert, daß es sich nur dann zu öffnen beginnt, wenn der Systemdruck seinen Betriebsmaximalwert erreicht und wenn der Kondensordruck unter einen bestimmten Minimalwert liegt. Wenn Dampf erzeugt wird, tritt er über das Drosselventil 15 durch die Turbine hindurch und erwärmt die Anlage. Beim Ansteigen des Dampfdruckes und der Dampftemperatur in dem beschriebenen System wächst auch die Energie des Dampfes und es kommt zu einem Hochlaufen des Turbinenrotors und damit des mit diesem verbundenen Rotors des Wechselstromgenerators, wobei dieser Vorgang von einem Geschwindigkeitsregler überwacht wird. Wenn die Betriebsgeschwindigkeit erreicht ist, veranlaßt ein "Wechselstromgeneratorbereich11-Signal entweder eine Selbstsynchronisation, so daß der
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Turbo-Wechselstromgenerator elektrischen Strom abgibt, der mit dem von anderen auf dem Schiff schon in Betrieb befindlichen Wechselstromgeneratoren gelieferten Strom in Phase ist, oder es wird dieses Signal als "Einschaltbereitschaft1· für eine von Hand vorzunehmende Synchronisation der Phasen des Stromes des Turbo-Wechselstromgenerators mit dem von anderen in Betrieb befindlichen Generatoren gelieferten Strom gewertet. Die elektrische Ladung wird dann fortschreitend von den anderen Maschinen auf den Turbo-Wechselstromgenerator geschaltet, so daß, wenn die Dampferzeugerrate einen geeigneten Wert erreicht hat, die gesamte elektrische Last an diesem Turbo-Wechselstromgenerator liegt.
Da bei normalen Verhältnissen auf einem Schiff die gesamte elektrische Energie, die mit Abwärme erzeugt werden kann, größer als der übliche Energieverbrauch ist, bleibt das Dampfentlastungsventil 16 teilweise offen, so daß überschüssiger Dampf dauernd "abgeleitet" wird. Um von dem durch das Abgas der Antriebsmaschine zur Verfügung stehenden Maximalenergie vollen Gebrauch machen zu können, kann die Turbo-Wechselstromgeneratoranlage so eingerichtet sein, daß sie auch überschüssige elektrische Energie abgibt, die dann noch für andere Zwecke verwendet wird, als dies auf Schiffen normalerweise üblich ist. Da die überschüssige elektrische Energie nur während Perioden großer Energieabgabe durch die Antriebsmaschine zur Verfügung steht, braucht das Steuersystem der Turbo-Wechselstromgeneratoranlage nicht unnötig durch Eifügen einer dritten Steuergröße in den Steuerkreis komplizierter gemacht werden. Diese Steuergröße wird nur während der Perioden des stabilen Betriebs der Antriebsmaschine benötigt. So wird, jedesmal wenn die Antriebskraft der Antriebsmaschine unter 80 % des Maximalwertes absinkt, die Erzeugung überschüssiger elektrischer Energie unterbrochen und die Steuerfunktionen werden durch die beiden HauptSteuergrößen, nämlich durch die
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Dampfentlastungssteuerung und durch die Turbo-Wechselstromgenerator-Geschwindigkeitssteuergröße zustandegebracht.
Die Anlage ist gegen Übergeschwindigkeit, die zu Störungen führen könnte, durch ein elektronisch gesteuertes, schnellschaltendes Dampfsperrventil 18 geschützt. Die elektronische Steuerung zum Schutz gegen Übergeschwindigkeit, wird durch einen Schaltkreis bewirkt, der von den anderen elektronischen Steuerkreisen getrennt ist.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Turbo-Wechselstromgenerator mit einer Dampfturbine, die mit aus Abgasen einer Antriebsmaschine erzeugtem Abwärmedampf betrieben wird, zur Stromerzeugung, beispielsweise auf Schiffen, dadurch gekennzeichnet, daß Turbine (11) und Wechselstromgenerator (10) direkt miteinander verbunden und mit vertikal fluchtenden Rotorachsen angeordnet sind, wobei der Wechselstromgenerator (10) sich oberhalb der Turbine (11) befindet, daß das Gewicht der Rotoren von einem im Bereich eines den Abdampf aus der Turbine (11) aufnehmenden Kondensors (12) angeordneten Lager (14) getragen wird, und daß der Verbund der Rotoren auf eine der gewünschten Wechselstromfrequenz des Wechselstromgenerators (10) entsprechende Umdrehungsgeschwindigkeit eingeregelt ist.
2. Turbo-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator (10) ein Zweipolgenerator ist.
3. Turbo-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Wechselstromgenerators (10) durch zwei fettgeschmierte Wälzlager seitlich geführt ist, und daß der Rotor der Turbine (11) an seinem dem Generator (10) abgewendeten Ende von einem wassergeschmierten Lager (14) geführt ist.
4. Turbo-Wechselstromgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das GewichVtragende Lager und das die Führung der Turbine bewirkende Lager als kombiniertes, wassergeschmiertes Radial-Axiallager (14) ausgebildet ist.
5. Turbo-Wechselstromgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmieren des Lagers (14) Wasser
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verwendet wird, das von dem vom Kondensor (12) aus zum Abwärmedesrpfboiler (8) zurückgeführten Speisewasser abgezweigt wird.
Turbo-Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfauslaßöffnung der Turbine (11) direkt mit dem Kondensor (12) verbunden ist, so daß der Abdampfstrom im wesentlichen ungehindert und ein guter Wasserabfluß gewährleistet ist.
Turbo-Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Drosselventil zur Steuerung des Dampfstroms durch die Turbine (11)
sowie ein Dampfentlastungsventil (16) zum Abführen
überschüssigen Dampfes direkt an eine Wärmesenke (12)
aufweist.
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ES (1) ES439344A1 (de)
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