SE439337B - Gasturbinmaskineri - Google Patents

Description

8006809-1? två basstorlekar av turbiner, och kan matcha ihop några små gasgeneratordelar med en större drivdel, eller omvänt en större gasgeneratordel med några mindre drivdelar.

Drivdelens rotorer kan sålunda ha påtagligt större gashanteringskapacitet än gasgeneratordelens rotor, varvid minst två gasgeneratordelar är anslutna till samma drivdel. Gasgeneratordelarnas rotoraxlar kan därvid vara anordnade i varandras förlängning i rät vinkel mot drivde- lens rotoraxelsystem, eller alternativt parallellt med detta.

Vid vinkelställt arrangemang kan gasgenerator- delarnas rotoraxlar vara anordnade väsentligen i plan med inloppssnäcka för den första drivturbinrotorn.och i många fall är det lämpligt att ordna så att överledningskanaler mellan gasgeneratordelar och drivdel, är så utformade samt försedda med avstängningsorgan att enskild gasgeneratordel tillfälligt kan avstängas.

Alternativt kan gasgeneratordelens Lurhinrotor ha påtagligt större gashanteringskapacitet än rotorornn i en drivdel varvid två drivdelar är anslutna till samma gasgeneratordel. Här kan drivdelarnas axelsystem anordnas i vinkel mot gasgeneratordelen, resp. parallellt med denna.

I de fall då tillgängligt utrymme medger, och behov föreligger, kan man naturligtvis tredubbla den ena av delarna.

Uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar på vilka Fig. I visar ett gasturbinmaskineri enligt uppfinningen, där gasgeneratordelar och drivdelar har väsentligen lika gashanteringskapacitet, och båda är dubblerade, Fig. 2 och 3 visar maskinerier där gasgeneratordelen har påtagligt större gashanteringskapacitet än någon av drivdelarna,'och Fig. H, 5 och 6 visar maskínerier där drivdelen har påtag~ ligt större gashanteringskapacitet än någon av de anslutna gasgeneratordelarna.

Det i Fig. 1 visade maskineriet omfattar två i 80968094 stort sett lika gasturbiner, som är sammankopplude via en växel-10 av planettyp med en utgående drivaxel ll. Kopp- ling och ytterligare reduktionssteg är betecknade med I? resp. 13.

Vardera gasturbinen omfattar en kompressor 1h och en på samma axel 15 som denna sittande första turbin- rotor I6. Skilda från denna och i gasflödesvägen nedströms denna finns två ytterligare turbinrotorer 17, 18, vars ax- lar på i och för sig känt sätt är anslutna till växeln 10.

Till vardera enheten hör en brännkammare 19 (streckad) samt en värmeväxlare 20. De båda kompressorax- larna 15 är förbundna med växeln 10 genom en inre trans- missionsaxel 21, så att vid behov effekt kan överföras till gasgeneratordelen, resp. denna vid inbromsning kan ta vara på överskottsenergi.

Vid det i Fig. 1 visade "tvilling-aggregatet" är rotorsystemen inbyggda i ett gemensamt hus, men har L ett grundutförande helt skilda luft- och gassystem. Rotor- och statorenheter är tillverkade i ett spegelvänt utförande vilket vid tillverkning är ett rent kopieríngsutförande för gjutmodeller. Alla övriga komponenter är identiska i de båda enheterna, såsom axel- och kuggväxel (med undantag av mellanhjul), lagrings- och tätningssystem ävensom brännkam- mare, värmeväxlare med tätningar, etc. Bränsle- och hjälp- apparatsystem, såoom startmotor, generator, brünslopump, smörjoljepump etc., samt kontrollsystem (elektroniskt) är gemensamma>men visas ej på ritningen.

Frihjul, eventuellt låsbara, inläggs l vardera drivenheten vid såväl hjälpapparatdrivningen, d.v.s. kugg- växeln mellan gasgeneratoraxel och feed-back-axeln, som vid reduktionsväxeln för drivturbin och/eller hjälpturbín.

Placering av värmeväxlare bestäms av installa- tionskrav och tillgängligtutrymme. Gaskanalernu För dv båda "tvilling"-enheterna är helt skilda, ooh vuhvtvrnn kan därför kopplas in och ut oberoende av varandra.

Samtliga aggregat har till över 90 % samma komponenter. Man kan, inberäknat basenheten, täcka effekter POOR QÜÅï-ÃTYA 8006809-1 motsvarande N, 2N, BN (och ÄN). Genom att utrusta driven- heten med ett extra inloppssteg på kompressorn (axiellt eller radiellt inåtriktat), samt vissa andra smärre juste- ringar kan effekten på basenheten (A) ökas med ca 50 % (B), varvid enheterna fortfarande till över 95 % är identiska.

Man kan alltså nu med praktiskt taget en enda basenhet få effektstegen N (m), 1,5 N (115), 2 N (zA), 2,5 N (A + B), 3 N (213), 3,5 N (zA + B), 11 N (3A_+ 21:), 4,5 N (BB), 5,5 N (A + BB). 6 N (413)- Utgående från en basenhet på t.ex. 100 hk kan ytterligare 10 st olika motorstorlekar erhållas på 150, 200, 250, 300 etc. upp till 600 hk. Härför fordras tre olika hus, men med samma uttag, styrningar, bultförband och anslutningar för värmeväxlare, brännkammare etc. - Man kan alltså erhålla en mycket rationell produktion. Om man vill börja med ett extra hus för två turbininsatser kan effekt- serien 100, 150, 200, 250 och 300 hk täckas med i övrigt samma komponenter, d.v.s. tillverkningskostnad, fabrik och verktyg kan slås ut på fem effektklasser och kanske ett 20- tal applikationer, med singel- och tvillingaggregat.

Utföringsformer enligt Fig. 1 möjliggör sär- skilt god dellastekonomi, då vid t.ex. 50 % last totalt detta motsvarar 100 % för ena aggregathalvan, och motsva- rande låg bränsleförbrukning vid 1/2 last, vid 1/Ä fås un- gefär samma ekonomi som tidigare vid 1/2 last o.s.v.

Vid utföranet enligt Fig. 1 med två hjälpturbi- ner 18 kan man erhålla två extra kraftuttag, som kan använ- das tillsammans eller var för sig för drivning av speciell utrustning, såsom hydraulutrustningen vid sohaktningsmaski- ner, bulldozers, skogsmaskiner, tipp- och vinschutrustning etc. I Aggregatet kan utföras med två eller fyra vär- meväxlare, med eller utan by-pass-arrangemang, beroende på lastcykel och applikation. Som användningsområden har ti- digare nämnts tyngre enheter, vartill även kan läggas dum- pers, skogsmaskiner, marina installationer, skördemaskiner traktorer, anläggningsmaskiner etc., men enheten är även 80968094 p.g.a. sin goda dellastekonomi användbar för personbilar i medelklassen och däröver sport- och tävlingsbilar, bussar, rälsfordon etc. samt för stationära industriella aggregat och totalenergianläggningar.

Figur 2 visar en utföringsform med en större gasgeneratordel Ma, 16a, 19a (200 %) och två mindre driv- turbindelar - 17, 18 - , vardera motsvarande (100 %), d.v.s baseffekten, säg 100 hk enligt tidigare. Drivdelarna är exakt desamma som i Fig. 1, medan gasgeneratordelen är di- mensionerad för dubbla effekten (200 hk), d.v.s. med linjä- ra dimensionen endast ca 40 % större än vid basenheten. Den inre transmissionsaxeln 21a till gasgeneratordelen är här kopplad till de båda drivenheterna via en konisk kuggväxel 25, samt frihjul 26, 27.

Då man här får två drivuttag 11a lämpar sig denna utföringsform väl för drift av två individuella hjul eller hjulpar (axeln). l det inre transmissionssystemet in- går ytterligare frihjul 28, 29 vid de båda växlarna 10 på vardera sidan, varvid vid slirning på ena hjulet/hjulparet automatiskt erhålles en “differential-spärr"-verkan, så att mera effekt automatiskt överföres till det andra hjulet/ hjulparet, resp. drivbandet vid bandfordon. - En annan vik- tig applikation kan vara olika typer av helikopter med två rotorer.

Genom att drivdelen är utförd med vridbara led- skovlar 30 kan steglöst effektfördelningen varieras mellan de olika hjulen/hjulaxlarna/banden. Detta kan göras helt automatiskt för t.ex. civila och militära terräng- och an- läggningsfordon, där detta är av stor betydelse för effek- tiviteten.

Vad gäller belastningen så kan med hjälp av den variabla geometrien hos ledskovlarna, denna utföras så att gaskanalen i ena drivenheten (t.ex. till ett drivhjulspar) helt blockeras. Härvid reduceras gasflödet till högst hälf- ten av maximala flödet vid användning av de båda drivenhe- terna.

För sådana ändamål där speciellt god dellastef- mot Qïïfflßt* 8006809-1 fekt fordras kan kompressorn i gasgeneratordelen utföras med vridbara diffusor- och/eller inloppsskovlar, förutom de vridbara skovlarna vid vardera av drivdelens turbinroto- rer.

Värmeväxlare kan vara roterande eller stationä- ra, och kan monteras på olika sätt i förhållande till gas- generatordelen. Brännkammaren 19a är större (200 %) än i basenheten men alternativt kan man ha två mindre (100 % effekt) (A-serie). Kontroll- och bränslesystem är samma som för basenheten, med undantag för bränslepumpen som _fordrar dubbla pumpkapaciteten. Eventuellt används två pumpar från basenheten. Servosystem (aktivator) för ledske- neinställning på drivturbinerna är identiska.

Drivdelarnas axlar är i Fig. 2 anordnade i var- andras förlängning, samt i rät vinkel mot gasgeneratorde- lens axel.

Man kan även, på det sätt som visas i Fig. 3 anordna alla turbinaxlarna parallellt. Samma hänvisnings- beteckningar som i Fig. 2 används, men det blir en viss ändring beträffande den inre transmissionsaxeln 21b, som här innehåller ett kontinuerligt variabelt transmissions- lad 31. ' Detta arrangemang gör att man kan utnyttja förenklíngsmöjligheterna på drivturbinsidan och även få en enda "feed-back"-axel, gemensam för såväl gasgeneratorde- len, som de båda drivturbindelarna. Värmeväxlarenheten kan bestå av en större, eller av två mindre enheter med gemen-I samt gas- och luftflöde. Detta förutsätter att ledskenorna vid körning på en drivturbindel går att helt stänga prak- tiskt taget helt. Eventuellt används den ena drivenheten för hjälpapparatdrift, varvid restenregi nyttiggörs och värmen upptas i värmeväxlaren.

I vissa installationer kan det, som i Fig. 4 och 6, vara aktuellt att vända på arrangemanget och ha tvâ, eller flera gasgenererande delar till en större drivdel.

Komponenterna är i övrigt desamma och gasgeneratorns delar är betecknade 14, 16 resp. 19 medan drivdelens rotorer är 8006809-1 betecknade 10, och den interna transmissionsaxeln är beteck- nad 21.

Genom att de identiskt lika gasgeneratordelarna vardera täcker halva nominella anläggníngseffekten kan gas- generatorsidan köras med god verkningsgrad även vid låg last, företrädesvis på grund av att effekten för drift av kompressorn är den mest avgörande faktorn. Då vidare driv- turbinen, och företrädesvis även hjälpturbinen, är försedd med variabla ledskovlar har man möjlighet till körning med god effektivitet vid låg last och låga hastigheter.

En förutsättning för arrangemanget är dels att vardera gasgeneratordelens utlopp kan stängas av, och dels att avgasdiffusorn är uppdelad i två avstängbara gas- utlopp, så att gasen från den arbetande gasgeneratordelen tvingas genom den gemensamma drivturbinen, och ej kan gå bakvägen genom den avstängda, andra gasgeneratordelen.

Detta kan ordnas på olika sätt t.ex. med ett icke visat spjäll, som kan inställas i tre lägen, nämligen att stänga endera gasgeneratordelen, och lämna den andra öppen, resp. att lämna båda öppna.

Ett enkelt avstängningsarrangemang med avstäng- ningsspjäll RO för vardera gasgeneratorutloppet framgår av Fig. 5. De två gasgeneratordelarna Ä1, ü2 är anslutna via en dubbelsnäcka ÄB som är förbunden med inloppet för driv- delen hä. Gasgeneratordelarnas axlar ligger dä i ett plan som väsentligen sammanfaller med det för inloppsstatorn till den första drivturbinrotorn 17.

Figur 6 visar ett utförande med två gasgenera- tordelar, med parallella axlar, och centralt underliggande gemensanflfeed-back"-axel 21. Gasgeneratordelens kuggväxel- system har inbyggda frihjul för att möjliggöra individuell drift, ävensom samkörning. För samma ändamål finns tvâ spjällventiler 50, en i vardera gasgeneratorutloppet, För individuell avstängning resp. öppning, på motsvarande sätt som beskrivits i anslutning till Fig. 5.

För funktionen för drift med en gasgenerator fordras liksom tidigare, att avgassnäckan (díffusorn) är 'PO ()X& fiëïšzåsšïïñí .A 8006809-1 delad i två segment, samt att det finns minst en värmeväx- lare 20 och en brännkammare 19 för vardera gasgeneratorn.

Detta medför att man inte förlorar någon avgasvärme, vil- ket skulle leda till försämrad verkningsgrad, vurjämte man undviker att överhetta värmeväxlar- och tätningssystem.

För avstängning av del av maskineriet är det lämpligt att bygga in frihjul på olika ställen, så att man- inte kommer att dra runt axlar i avställd del. Spjäll el- ler ventiler av olika slag, liksom kanaler i anslutning till dessa kan utformas på varierande sätt och placeras där utrymme medger åtkomlighet.

Luftförvärmarna kan vara fasta eller roteran- de, och_man kan ha en eller flera till varje maskineri.

Har man en luftförvärmare för två gasgeneratordelar, får den delas i sektioner så att luftvägarna hålls skilda.

Ovan beskrivna och på ritningarna visade ut- föringsformer får betraktas som exempel, och ingående kom- ponenter kan varieras på olika sätt inom ramen för efter- följande patentkrav, så att man allt efter specifika ford- ringar på installation kan utnyttja tillgängligt utrymme, för att uppnå god bränsleekonomi, låg emissionshalt och/ eller låg vikt.

Claims (10)

P

1. Ga enhet omfattar tre terad på samma axe en gasgeneratordel som genomströmmas via en växel (10) och även via en in axeln (15), (16, 17, 18) i gas k ä n 8006809-1 a t e n t k r a v sturbinmaskineri av det slag där en driv- turbinrotorer,av vilka en (16) är mon- l (15) som enhetens kompressor (lä), till , och de två andra rotorerna (17, 18), i serie av gasen, bildar en drivdel som är ansluten till utgående drivaxel (11), tern transmission (21) till kompressor- n e t e c k n a d därav, att rotorer generatordel och/eller i drivdel är dubb- lerade för parallellt gasflöde och att transmissionen inne- håller en gemensam inre transmissionsaxel(21), mellan växel (10) och gasgeneratordel.

2. n e t e c k n a t ratordel och i drivdel har väsentligen jämförbar kapacitet,

3. Ga k ä n n e t e c k (17, 18) har påtag gasgeneratordelens ratordelar är ansl

4. Ga k ä n n e t e c k rotoraxlar är anor kel mot drivdelens

5. Ga k ä n n e t e c k rotoraxlar är anor snäcka (ÄB) för de

6. Ga k ä n n f' 1.0 n k rotoraxlar är anor axelsystem. Gasturbinmaskineri enligt patentkrav 1, k ä n- därav, att rotorer (16,17,18) i gasgene- gashanterings- och att båda uppsättningarna rotorer är dubblerade. sturbinmaskineri enligt patentkrav 1 n a t därav, att drivdelens rotorer ligt större gashanteringskapacitet än rotor (16), utna till samma drivdel. och att minst två gasgene- sturbinmaskineri enligt patentkruv 3 n a t därav, att gasgeneratordelarnas dnade i varandras förlängning i rät vin- rotoraxelsystem. sturbinmaskineri enligt patentkrav M n a t därav, att gasgeneratordelarnas dnade väsentligen i plan med inlopps- n första drivturbínrotorn. sturbinmaskineri enligt patentkrav 3 därav, :Ht (çnsfçzinvrnturdvlnrwlns nat dnade parallellt med drivdelens rotor- r di. glesa» fizïïflšà v” n 8006809-1 10

7. Gasturbinmaskineri enligt något av patent- kraven 5 eller 6 k ä n n e t e c k n a t därav, att överledningskanaler mellan gasgeneratordelar och drivdel, är så utformade samt försedda med avstängningsorgan (H0, 50) att enskild gasgeneratordel tillfälligt kan avstängas.

8. Gasturbinmaskineri enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t därav, att gasgeneratordelens turbinrotor (16a) har påtagligt större gashanteringskapa- citet än rotorerna (17, 18) i en drivdel och att två drivdelar är anslutna till samma gasgeneratordel.

9. Gasturbinmaskineri enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a t därav, att de två drivdelarna är anordnade med sina rotoraxelsystem i varandras förläng- ning med åt motsatt håll riktade drivaxeluttag (11a).

10. Gasturbinmaskineri enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a t därav, att drivdelarna är anordf nade med sina rotoraxelsystem inbördes parallella, och parallella med gasgeneratordelens rotoraxel.