DE811891C - Anordnung zur Drehzahlregelung von Brennkraftturbinen-Anlagen - Google Patents

Anordnung zur Drehzahlregelung von Brennkraftturbinen-Anlagen

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Publication number
DE811891C
DE811891C DEP34170A DEP0034170A DE811891C DE 811891 C DE811891 C DE 811891C DE P34170 A DEP34170 A DE P34170A DE P0034170 A DEP0034170 A DE P0034170A DE 811891 C DE811891 C DE 811891C
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DE
Germany
Prior art keywords
compressor
turbine
internal combustion
power
arrangement according
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Expired
Application number
DEP34170A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrew Thomson Bowden
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CA Parsons and Co Ltd
Original Assignee
CA Parsons and Co Ltd
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/36Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • Anordnung zur Drehzahlregelung von Brennkraftturbinen-Anlagen Diese Erfindung betrittt Brennkraftturbinen aller Art und umfaßt solche, bei welchen das Betriebsmittel von einer festen, flüssigen oder gasförmigen Quelle herrühren kann, z. B. Gas, 01 oder Kohle, und welches -Mittel entweder im Innern der Turbine oder außerhalb derselben erzeugt werden kann.
  • Diese Erfindung betrifft besonders Turbineneinheiten, bei welchen eine Turbinengruppe mechanisch mit einer Kompressorgruppe gekuppelt und eine selbständige Leistungsturbine mit der Belastung gekuppelt sind, ferner `'erfahren zur Drehzahlregelung der Leistungsturbine und besonders Verfahren, welche die Drehzahl begrenzen.
  • Bei Anordnungen dieser Art hängt die Drehzahl der Leistungsturbine nicht nur von den Betriebsbedingungen für die Kompressoreinheit, sondern auch von der Größe der Belastung ab, so daß bei einer gegebenen Betriebsbedingung für die Kompressoreinheit die Drehzahl der Leistungsturbine zu einer Steigerung neigt, wenn die Belastung an der Leistungswelle vermindert wird. Wenn die Belastung vollständig weggenommen wird, wie es z. B. bei einer Einheit für Fahrzeugantrieb während des Getriebewechsels vorkommen kann, könnte die Arbeitsturbine auf eine höhere Drehzahl beschleunigt werden, die so viel als doppelt so groß wie die normale Betriebsdrehzahl ist. In gewöhnlichen Fällen würde die Drehzahl so sein, daß das Turbinenrad unter den übermäßigen mechanischen Beanspruchungen brechen würde.
  • Es gibt verschiedene Verfahren, durch welche die Drehzahl der Leistungsturbine geregelt werden kann, wie z. B. durch hydraulische Mittel oder durch dauernde Kupplung einer Stufe des -Kornpressors mit der Leistungsturbine oder sogar in entsprechenden Fällen durch Vergrößerung der Anzahl der Stufen der Leistungsturbine.
  • In Fällen jedoch, wo die Leistungsturbine normalerweise sehr nahe an der zulässigen Höchstdrehzahl arbeitet, und in Fällen, wo plötzlich die Belastung auf der Leistungsturbine weggenommen werden kann, ist es wesentlich, daß die Drehzahl der Leistungsturbine mit Sicherheit geregelt wird.
  • Der Gegenstand dieser Erfindung ist, verbesserte Verfahren zur Drehzahlregelung der Leistungsturbine zu schaffen, die frei von den obengenannten Nachteilen sind.
  • In allgemeinen Worten geschieht dies durch mechanische Kupplung der Leistungsturbine mit dem Kompressorsatz derart, daß die Kupplung wirksam wird, wenn immer die Drehzahl der Leistungsturbine ein bestimmtes Verhältnis zu der des Kompressorsatzes erreicht. Diese Kupplung ist in ihrer Wirkungsweise vollkommen selbsttätig und unabhängig von der tatsächlichen Drehzahl der Leistungsturbine.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie erlaubt, die Kompressorturbineneinheit als eine Bremseinheit zu verwenden und Kraft durch die Leistungswelle von äußeren Quellen zu absorbieren. Dies geschieht mit Hilfe einer Verringerung der Brennstoffzufuhr zu der Turbineneinheit als Ganzes und durch die Benutzung des Kompressors für die Absorption der äußeren Energie. Jedes Maß an äußerer Energie kann durch Änderung der Einstellung des die Brennstoffzufuhr zu der Einheit regelnden Drosselventils aufgenommen werden. Es ist notwendig, zusätzlich irgendeine Regelung der Brennstoffzufuhr vorzusehen, um ein Durchgehen der gekuppelten Leistungsturbine und des Kompressors unter dem Einfluß von übermäßig hoher äußerer Energie zu verhindern.
  • Die Erfindung besteht in Anordnungen gemäß einer oder mehrerer der folgenden aufgezählten Vorschläge, nämlich: Vorschlag i Brennkraftturbinen-Anlage, bestehend aus einem oder mehreren Luftverdichtern, einer diesen bzw. diese Verdichter antreibenden Brennkraftturbine und einer Nutzleistung nach außen abgebenden Brennkraftturbine, wobei innerhalb derselben zwischen der Nutzleistung nach außen abgebenden Brennkraftturbine und dem bzw. den Verdichtern eine selbsttätige oder eine von außen zu betätigende Kupplung vorgesehen ist, in deren normaler ausgerückter Stellung der bzw. die Verdichter unabhängig von der Arbeitsbrennkraftturbine laufen, während der bzw. die Verdichter bei eingerückter Kupplung als Bremse wirken, mit deren Hilfe die Drehzahl der Arbeitsbrennkraftturbine begrenzt bzw. geregelt werden kann.
  • Vorschlag a Anordnung nach Vorschlag i, wobei die Arbeitsturbine mit dem Verdichter mittels einer mechanisehen Kupplung o. dgl., beispielsweise einer Freilaufvorrichtung, verbunden ist.
  • Vorschlag 3 Anordnung nach Vorschlag i, wobei die Arbeitsturbine mit dem Verdichter mittels einer hydraulischen, pneumatischen oder einer anderen Strö mungskupplung bzw. einer elektrischen oder magnetischen Kupplung verbunden ist.
  • Vorschlag Anordnung nach Vorschlag i bis 3, hauptsächlich zum Gebrauch in Landfthrzeugen, wobei sie a) eine Verdichtergruppe, bestehend aus einem oder mehreren, durch eine oder mehrere Brennkraftturbinen angetriebenen Verdichtern und b) eine oder mehrere Arbeitsturbinen mit oder ohne Verdichterstufen mit einer Kupplung aufweist, mit deren Hilfe der Verdichter und die Arbeitsturbine bzw. -turbinen mechanisch miteinander gekuppelt werden können.
  • Vorschlag Anordnung nach einem der Vorschläge i bis 4, wobei die Zeitdauer der Kupplungsverbindung bzw. -trennung zwischen der Verdichter- und der Arbeitsturbinengruppe durch Belastungserfordernisse, beispielsweise diejenigen eines Straßenfahrzeuges, bestimmt wird.
  • Vorschlag 6 Anordnung nach einem der Vorschläge i bis 5, wobei das Zustandekommen der Verbindung bzw. Trennung der Verdichter- und der Arbeitsturbinengruppe durch selbsttätige Einrichtungen erfolgt.
  • Vorschlag Anordnung nach Vorschlag 6, wobei die selbsttätige Verbindung bzw. Trennung der Verdichter-und der Arbeitsturbinengruppe von dem jeweiligen Drehzahlunterschied zwischen diesen beiden Gruppen abhängt.
  • Die schematische Zeichnung veranschaulicht eine Anordnung einer geeigneten Turbineneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei Ausführung der Erfindung nach der dargestellten Ausführungsform ist ein Kompressor a über eine Welle b mit einer Kompressorturbine c gekuppelt, deren Leistung lediglich zum Antrieb des Kompressors a verwendet wird. Das Arbeitsgas ist nach Wanderung durch die Kompressorturbine c weitergeführt und gibt einen weiteren Anteil seiner Energie an eine Leistungsturbine d ab, welche durch eine Welle e und ein Getriebe f mit einer Leistungswelle g gekuppelt ist, an welcher eine Kupplung h und eine Endleistungswelle i angeordnet sind. Dies ist das normale Verfahren der Wirkungsweise der Einheit.
  • Wenn die Belastung an der Welle i fällt oder die Kupplung h gelöst wird, hat die Leistungsturbine d das Bestreben, sich zu beschleunigen. Wenn die Drehzahl der Leistungsturbine d größer als ein bestimmtes Maß der Drehzahl des Kompressorsatzes a, c wird, wird eine Kupplung j und k eingeschaltet. Diese Kupplung ist von der Bauart, bei welcher eine Hälfte j an der Leistungswelle g und dem Getriebe f und die andere Hälfte der Kupplung konzentrisch mit der ersten Hälfte j angeordnet, aber frei in der Weise sich bewegen kann, daß sie normalerweise unabhängig von dem ersten Teil und deshalb von der Leistungswelle g läuft. Der Teil k der Kupplung ist mechanisch mit der Welle b des Kompressorsatzes a, c durch ein Getriebe !. Wellenstück m und weitere Getriebe n und o verbunden.
  • Die Kupplung j,' k kann aus jeder Standardbauart bestehen, derart, daß die zwei Hälften j und k zusammengebracht werden und ein festes Ganzes bilden können, wenn die Drehzahl des Teiles j das Bestreben hat, größer zu werden als die Drehzahl des Teiles k.
  • Die Wirkungsweise der Einheit ist wie folgt: Für normale Belastungsbedingungen ist die Kupplung j, k nicht eingeschaltet, und die verschiedenen Wellendrehzahlen können z. B. folgende sein: N-Umdrehungen in der '.Minute für die Leistungsturbinenwelle e, =/s N-Umdrehungen in der Minute für die Belastungswelle g, e/5 N-Umdrehungen in der Minute für die Kompressorturbinenwelle b und 2 Umdrehungen in der Minute für das Wellenstück m, wobei die Getriebe so gewählt sind, daß diese Zahlen entstehen. Wenn bei einer solchen Anordnung die Belastungserfordernisse so sind, daß die Drehzahl der Belastungswelle wesentlich fällt, so wirkt dies nicht auf die Kupplung, wenn jedoch die Belastungserfordernisse an der Leistungswelle g sich so ändern, daß die Drehzahl dieser `Felle =/s N.-Umdrehungen in der Minute übersteigen will, so wird die Kupplung j, k eingerückt, und der Kompressor wirkt als Bremse und begrenzt die Drehzahl der Belastungswelle g und der Welle e der Arbeitsturbine auf 2/s N bzw. N. Wenn die Belastungswellendrehzahl unter =/6 N fällt, so löst sich das Freilaufrad, und die Arbeitsturbine d läuft wieder getrennt von der Kompressorturbineneinheit.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftturbinen-Anlage, bestehend aus einem oder mehreren Luftverdichtern, einer diesen bzw. diese Verdichter antreibenden I3rennkraftturbine und einer Nutzleistung nach außen abgebenden Brennkrafturbine, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb derselben zwischen der Nutzleistung nach außen abgebenden Brennkraftturbine (d) und dem bzw. den Verdichtern (a) eine selbsttätige oder eine von außen zu betätigende Kupplung (j, k) vorgesehen ist, in deren normaler ausgerückter Stellung der bzw. die Verdichter (a) unabhängig von der Arbeitsbrennkraftturbine (d) laufen, während der bzw. die Verdichter (d) bei eingerückter Kupplung (j, k) als Bremse wirken, mit deren Hilfe die Drehzahl der Arbeitsbrennkraftturbine (d) begrenzt bzw. geregelt werden kann. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsturbine (d) mit dem Verdichter (a) mittels einer mechanischen Kupplung (j, k) o. dgl., beispielsweise einer Freilaufvorrichtung, verbunden ist. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsturbine (d) mit dem Verdichter (a) mittels einer hydraulischen, pneumatischen oder einer anderen Strömungskupplung bzw. einer elektrischen oder magnetischen Kupplung verbunden ist. .4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, hauptsächlich zum Gebrauch in Landfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie a) eine Verdichtergruppe, bestehend aus einem oder mehreren, durch eine oder mehrere Brennkraftturbinen angetriebenen Verdichtern und b) eine oder mehrere Arbeitsturbinen mit oder ohne Verdichterstufen mit einer Kupplung aufweist, mit deren Hilfe der Verdichter und die Arbeitsturbine bzw. -turbinen mechanisch miteinander gekuppelt werden können. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis d, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Kupplungsverbindung bzw. -trennung zwischen der Verdichter- und der Arbeitsturbinengruppe durch Belastungserfordernisse, beispielsweise diejenigen eines Straßenfahrzeuges, bestimmt wird. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustandekommen der Verbindung bzw. Trennung der Verdichter- und der Arbeitsturbinengruppe durch selbsttätige Einrichtungen erfolgt. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gegekennzeichnet, daß die selbsttätige Verbindung bzw. Trennung der Verdichter- und der Arbeitsturbinengruppe von dem jeweiligen Drehzahlunterschied zwischen diesen beiden Gruppen abhängt.
DEP34170A 1949-02-15 1949-02-15 Anordnung zur Drehzahlregelung von Brennkraftturbinen-Anlagen Expired DE811891C (de)

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ID=7373577

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DE (1) DE811891C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0103370A1 (de) * 1982-08-11 1984-03-21 Rolls-Royce Plc Gasturbinenmotoren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0103370A1 (de) * 1982-08-11 1984-03-21 Rolls-Royce Plc Gasturbinenmotoren

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