SE432634B - Gasturbinanleggning gasturbinanleggning - Google Patents

Description

8205099-8 inloppstemperatur) och 150 kW (upratad version med vissa ingående komponenter utförda i keramik) finnas tillgäng- liga. Den första versionen kan vara helt identisk med 100 kW-enheten och den andra till 80 - 90 % identisk.

Med dessa standardmoduler kan följande effektomrâden täckas 75 - 300 kW i steg om 75 kW 100 - 400 kW i steg om 100 kW 150 - 600 kW i steg om 150 kw Naturligtvis kan även kombinationer av olika effektut- föranden göras. Praktiskt kan alltså omrâdet 75 - 600 kW täckas med små steg.

I olika versioner utnyttjas gasturbinen i icke regene- rativt respektive regenerativt utförande för att kunna an- passas för varierande krav på hög effekttäthet respektive hög termisk verkningsgrad. Effekttätheten hos en icke rege- nerativ version kan vara av storleksordningen 2 à 3 ggr större än en motsvarande regenerativ version. I exempelvis militära applikationer eller andra versioner såsom för kraftgenerering pâ oljeborrplattformar är effekttätheten en mycket viktig parameter. - Även den regenerativa formen är mycket kompakt relativt andra motoralternativ på mark- naden.

Pâ exempelvis en oljeborrplattform är det en fördel att kunna driva kraftaggregaten på gas eller s.k. crude oil.

Med en gasturbin kan dessa bränslen utnyttjas i samma brännkammare, om denna är dimensionerad för dubbelbränsle- drift, vilket här är tillämpligt eller valfritt för handen.

Här kan antingen det ena eller det andra eller båda bränslena utnyttjas samtidigt för att optimal tillgänglig- het skall uppnås. - Turbinen utförs i första hand med enkel kannformad brännkammare, men kan alternativt utföras med ringformad dito.

Genom att byta ut brännkammare och bränslesystem i qgasturbiner enligt uppfinningen, vilket är lätt i båda fallen kan förutom gasformiga och flytande bränslen även fasta pulverformiga bränslen, (t.ex. kol, trä, torv) eller slurry (kol-olja, kol-Vatten, kol-olja-Vatten) utnyttjas. 82Û5Û99'8 I grundutförandet kan gasturbinaggregat byggas upp av standardkomponneter från bilindustrin för att stora serier skall kunna utnyttjas. Man kan till exempel använda rotorer och lagerhus från turboaggregat, och lamellkopplingar från automatiska växellådor. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att föreslå ett modulsystem för industriella gasturbiner som innebär att ett eller flera gasturbinaggregat monteras pâ ett kom- pakt làdformigt växelhus. Detta utgörs av en så styv kon- struktion med förstyvande mellanväggar att gasturbinerna kan byggas överhängande från detta. Aggregatet kan omfatta värmeväxlare, som ansluts direkt till basmodulen. - Värme- växlaren tillverkas lämpligen av keramik varför effekten av överhäng blir obetydlig.

Fig. 1 och 2 visar, mycket schematiskt två huvudkom- ponenter i en anläggning enligt uppfinningen.

Ett fundament 10 - Fig. 2 - är format som en prismatisk låda med tvâ kvadratiska gavlar ll och fyra till dessa anslutna, inbördes lika sidor 12. Gavlarna 11 är försedda med öppningar 13, i vilka en utgående drivaxel kan monteras på det sätt som kommer att framgå av det följande. Invän- diga, icke visade fjädrar och andra förstyvningar, resulte- rar i en styv konstruktion med liten fjädring i lagerin- byggnader. Detta medger den överhängda gasturbin/värme- växlarkonfiguration som eftersträvas.

Sidorna 12 är försedda med bulthâl och eventuella styr- ningar som medger montering av ett turbinaggregat till god- tycklig sida, respektive till en fotplatta.

Exempel på montering av ett, eller flera aggregat kom- mer att framgå av Fig. 3 - 6.

Fig. 1 visar den bärande delen 14 i ett turbinaggregat lämpat för anslutning till fundamentet 10. Husdelen 14 om- fattar en basplatta 15 avpassad att monteras på godtycklig sida 12 i fundamentet, och alltså med väsentligen samma yta som denna. Husdelen innesluter, som kommer att framgå av det följande, växelsteg och lager för rotoraxeln. Hela tur- binen med kompressor och eventuell värmeväxlare stöds fri- 8205099-8 bärande från fundamentet genom den starka utformning som husdelen 14 erhåller. En mot basplattan 15 tvärställd fläns 16 utgör fäste för följande delar i kompressor/turbinhuset, men är icke direkt fäst vid fundamentet 10.

Luftintaget 17 till kompressorn är anordnat vid den från flänsen 16 vända änden av husdelen 14, och den in- strömmande luften kommer att stryka förbi växel och lager, vilka alltså kommer att kylas.

Fig. 3 visar en anläggning omfattande ett enda gas- turbinaggregat. Fundamentet 10 är monterat på en fotplatta 18, och aggregatet 19 omfattar här en brännkammare 20 av kann-typ samt en luftförvärmare 21.

De två vertikala sidorna i fundamentet 10 är här till- slutna av täckplâtar 22.

Fig. 4 visar en anläggning omfattande två aggregat 19 och Fig. 5 visar en anläggning med tre aggregat.

I Fig. 6 ingår fyra aggregat och fotplattan 18a får här anordnas att bära vid de två undre aggregaten.

I Fig. 6 visas för tydlighets skull inte brännkammare, värmeväxlare och överledningsrör. Brännkammare av kann-typ medger enkel montering och översyn, medan brännkammare av ringtyp kräver mindre utrymme.

Fig. 7, 8, 9 visar ett aggregat 19, monterat pà ett fundament 10, t.ex. enkligt Fig. 2. Fig. 7 är en totalvy.

Fig. 8 visar i större skala utformningen av rotor och väx- lar, och Fig. 9 visar i ännu större skala växel och kopp- lingsarrangemang.

Figurerna illustrerar hur husdelen 14 vilar på funda- mentet 10 och att övriga delar av aggregatet 19 fribärande hålls av förstnämnda husdel.

En kompressorrotor är betecknad med 25 och en centri- pelatturbinrotor är betecknad med 26. Rotorerna är montera- de "back to back" på en gemensam axel 27, vilken bärs i lager 28'i husdelen 14. Ett stödlager 28a kan eventuellt markeras till änden av axeln 27, och är i Fig. 9 antydd med streckade linjer. Kompressorhuset 29 är monterat på 7 flänsen 16, och bär vid sin från denna vända sida turbinens hus, vilket omfattar inloppssnäcka 30, som står i förbin- 8205Ü99~8 delse med brännkammaren 20.

Strömningsvägar för luft respektive gas är antydda med streckade linjer 31, 32. Gasavloppet 33 från värmeväxlaren 21 är beläget långt bort från lager och växel.

Fig. 8 visar ett modifierat utförande, utan värmeväx- lare, där kompressorluften leds direkt till brännkammaren.

Det höga turbinvarvtalet vid axeln 27 mäste kunna väx- las ned till ett lämpligt driftsvarvtal vid den utgående drivaxeln 35, som genom lagerboxar 36 är uppburen i funda- mentets gavlar.

Efterom det är ett önskemål att man skall kunna ansluta ett aggregat till godtycklig sida i fundamentet 10 fordras en speciell uppbyggnad av växeln.

Denna omfattar ett stort drivet hjul 37, monterat på den utgående axeln 35, och efter önskan anslutbar till den- na genom en lamellkoppling 38. Dennas hus 38a är utfört i ett stycke med hjulet 37, och dettas ytterdiameter är så vald, att den är något mindre än sidomàttet i gavlarna 11.

Hjulet när m.a.o. inte ända ut till fundamentets sidor.

Pâ turbin/kompressoraxeln 27 sitter ett första drivande hjul 40, som står i ingrepp med ett hjul 41 pâ en mellanaxel 42, vilken ävenledes är lagrad i husdelen 14. Pâ mellan- axeln finns två drivande hjul 43 respektive 44. Det senare är avsett att, via mellanhjul 45 (se Fig. 9) driva en eller flera hjälpapparater 46.

Hjulet 41 är fast monterat på axeln 42 och uppbär huset 47 till en koppling 48, med hjälp av vilken hjulen 43 och 44 kan sättas i drivande förbindelse med hjulet 40.

Hjulen 40, 41 och 43 är så valda att en varvtalsreduk- tion erhålls, och figurerna visar att båda hjulen 41 och 43 delvis skjuter in i fundamentslådan. Det större hjulet 41 får plats vid sidan av det stora drivhjulet 37 och utanför kopplingshuset 38a, medan det mindre hjulet får det önskade kuggande ingreppet i det drivande hjulet 37.

Oberoende av vid vilken sida fundamentet man placerar ett aggregat, eller hur många aggregat man ansluter till fundamentet kommer det att finnas utrymme för de inskjutan- de partierna av hjulen 41 och 43. 8205099-8 Reduktionsväxeln kan innehålla fler än de visade hju- len. Ändrade utväxlingsförhâllanden kan erhållas genom byte ,av kugghjulssatser.

Vid en fler-aggregatsanläggning ger kopplingarna 48 möjlighet att utnyttja valfritt antal aggregat, och genom kopplingen 38 kan man lösa förbindelsen med en driven maskin, i och för injustering av densamma eller av aggrega- ten. _ Kopplingarna 38 och 48 är av godtycklig känd typ, och är endast schematiskt visade. Lämpligen används inom bil- industrin serietillverkade lamellkopplingar, t.ex. av last- vagnstyp för koppling 38 och av personvagnstyp för koppling 48. Ledningar för tryckolja till kopplingar och till lager antyds i nâgra av figurerna, men dessa system tillhör känd teknik och är inte fullständigt utritade. .

Värmeväxlaren 21 kan vara av rekuperativ eller regene- rativ typ. och är, som framgår av figurerna, direkt anslu- ten till, och uppburen via turbinens hus. Värmeväxlaren är företrädesvis tillverkad av keramiskt material som medför att den blir kompakt och får låg vikt, vilket är betydelse- fullt när den skall vara frihängande'från turbinen, och därmed från fundamentet.

I ett totalenergisystem kan restvärme i avgaserna tas tillvara i en vattenvärmare 50, Fig. 10. Alternativt kan man i värmepump använda värmaren 50 för värmepumpens driv- fluid.

Totalverkningsgrader på 90 à 95 % kan uppnås vid en totalenergianläggning, där stràlningsförluster, och värme i smörolja och dylikt tas tillvara.

De ovan beskrivna och på ritningarna visade utförings- formerna är endast exempel på uppfinningens tillämpning, och ingående komponenter kan varieras på många sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. Gasturbinen kan till- verkas av metalliskt material, eller med vissa delar såsom brännkammare, stator och/eller rotor av keramiskt material.

Hus för kompressor och turbin utförs lämpligen av lättme- tall och förses med icke visad värmeisolering. Det kompakta utförandet medger vidare att det hela kan inneslutas i ett 8205099-8 ljuddämpande hölje.

Kompressor - respektive turbinrotor kan i enklare tur- binutföranden utgöras av rotorelement från massproducerande turboladdningsaggregat för fordonsmotorer. Kompressorroto- rer väljs de från en liten aggregatstorlek, medan turbinro- torn, som ju skall driva såväl kompressor som last, tas från ett större aggregat.

Luftintaget till kompressorn är anordnat så att man vid en fler-aggregatsinstallation kan ansluta intagen till ett gemensamt filter eventuellt med insugningsljuddämpare. In- tagen är lättàtkomliga för rengöring och kan eventuellt ut- rustas med automatisk rengöringsaordning.

Den visade värmeväxlaren är av lâdformad,stationär typ, men man kan även använda ring- eller skivformade värmeväx- lare av stationär eller roterande typ.

Claims (7)

8205999-8 'PATENTKRAV

1. Gasturbinanläggning omfattande fundament (10) och minst ett till detta anslutet aggregat innehållande en kompressor/turbinrotor (25, 26) k ä n n e t e c k n a d därav, att fundamentet (10) är format som en låda med två kvadra- tiska gavlar (11) och fyra till dessa anslutna lika sidor (12), samt omslutande ett på en centralt i gav- larna lagrad axel (35) monterat kugghjul (37) med en diameter något understigande gavlarnas sidomâtt, samt att aggregatrotoraxeln (27) är åtminstone delvis inbyggd i ett hus (14) med ett basparti (15) matchande godtycklig *sida (12) i fundamentet, och innehållande stegväxel med tvâ hjul (41, 43), av vilka ett står i ingrepp med kugg- hjul (40) på rotoraxeln (27) och det andra, vid montering av huset på fundamentet, kan bringas i ingrepp med kugg- hjulet (37) i det sistnämnda, varvid basplattan (15) bär det rotorn omslutande huset (14) fribärande från fundamentet.

2. Gasturbinanläggning enligt patentkravet 1, k ä n - n e t e c k n a d därav, att rotorn (25, 26) är av “back-to-back"-typ med kompressorn (25) närmast funda- mentet (10) och rotorlager (28) invid det senare, varvid tillopp (17) till kompressorn sträcker sig över berörd fundamentsida och rotorlager (28).

3. Gasturbinanläggning enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att aggregatet omfattar en axiellt efter rotorn (25, 26) anordnad, lika- ledes från fundamentet (10) fritt uppburen värmeväxlare (21).

4. Gasturbinanläggning enligt patentkravet 3, k ä n - n e t e c k n a d därav, att den omfattar efter en värme- växlare (21) för gas/luft anordnad vattenvärmare (50). 8205099-s 9

5. Gasturbinanläggning enligt något av föregående pa- tentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att nedväxling mellan rotoraxel (27) och utgående axel (35) omfattar tvâ på en mellanaxel (42) monterade hjul (41, 43), vilka båda i monterat tillstànd delvis när in i fundamentslädan (10).

6. Gasturbinanläggning enligt patentkravet 5, k ä n - n e t e c k n a t därav, att ett större (41) av dessa hjul är sammanbyggt med koppling (48) för åstadkommande av driv- ande förbindelse mellan rotoraxel (27) och det andra hjulet (43) på mellanaxeln (42).

7. Gasturbinanläggning enligt något av patentkraven 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att kugghjulet (37) inom fundamentet (10) är lösbart förenat med utgående axel (35) g¿nom en koppling (38).