WO2002014716A1

WO2002014716A1 - Maschinensatz mit einem antrieb und einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: WO2002014716A1
Application number: PCT/EP2001/008273
Authority: WO
Inventors: Georg Wahl; Hans Schirle; Wolfgang Sautter
Original assignee: Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2002-02-21
Also published as: AU2001289677A1; US7198142B2; JP2004506857A; DE10039813C1; US20040007436A1; JP2008133962A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Maschinensatz für hohe Leistungen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: mit einem Antrieb, der eine Abtriebswelle aufweist; mit einer Arbeitsmaschine, die eine Antriebswelle aufweist; mit einem zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine geschalteten, füll- und entleerbaren Wandler (3), mit einer schaltbaren Zahnkupplung (4), die parallel zum Wandler (3) geschaltet ist; die eine Kupplungshälfte (4.1) ist mit der Abtriebswelle des Antriebs drehfest verbunden; die andere Kupplungshälfte (4.2) ist mit der Antriebswelle der Arbeitsmaschine drehfest verbunden.

Description

Maschinensatz mit einem Antrieb und einer Arbeitsmaschine

Die Erfindung betrifft einen Maschinensatz mit einem Antrieb und einer Arbeitsmaschine. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Maschinensatz, bei dem der Antrieb ein Elektromotor oder eine Gasturbine ist, und die

Arbeitsmaschine ein Kompressor. Dabei geht es um außerordentlich hohe Leistungen, die in der Größenordnung von 20 Megawatt und darüber liegen. Aufgrund dieser extremen Leistungen weisen die Maschinen auch außerordentlich hohe umlaufende Massen auf, die naturgemäß wieder zu besonderen Problemen führen.

Die Anforderungen an einen Maschinensatz der genannten Art, insbesondere mit einer Gasturbine und einem Kompressor, sind die folgenden:

* der Kompressor muß in einer Weise angefahren werden, ohne daß der Antrieb überlastet wird

* der Kompressor muß auf eine Drehzahl hochgefahren werden, die gleich der Drehzahl des Antriebs ist, das heißt die beiden Maschinen müssen synchron zueinander laufen

* nach Erreichen des Synchronlaufes muß eine direkte mechanische Triebverbindung zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine hergestellt werden

* bei manchen Maschinensätzen der genannten Art, insbesondere umfassend eine Gasturbine als Antrieb und einen Kompressor als Arbeitsmaschine, kann es notwendig sein, die Gasturbine dauernd laufen zu lassen, und zwar auch dann, wenn der Kompressor abgeschaltet wird. Bei kleineren Maschinensätzen mit Antrieb und Arbeitsmaschine lassen sich bei niedrigen Drehzahlen zwischen diese beiden Maschinen schlupfbehaftete Kupplungen schalten, beispielsweise Reibkupplungen oder Lamellenkupplungen. Solche Kupplungen sind jedoch nur einsetzbar bei kleinen Leistungen und kleinen Massen, die einen Bruchteil des Wertes der hier genannten Maschinensätze aufweisen. Bei Maschinensätzen mit den genannten extrem hohen Leistungen und Drehzahlen ist der Einsatz solcher Kupplungen jedoch ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Maschinensatz mit einem

Antrieb, einer Arbeitsmaschine und einem zwischen diesen beiden geschaltetes Übertragungsglied vorzusehen, insbesondere mit einer Gasturbine und einem Kompressor, der für extrem hohe Leistungen und Drehzahlen ausgelegt ist, mit dem sich die Arbeitsmaschine zuverlässig und für den Antrieb schonend anfahren läßt, bei dem der Antrieb und die

Arbeitsmaschine auf synchrone Drehzahlen hochgefahren werden können, und wobei der Antrieb weiterlaufen kann, obwohl die Arbeitsmaschine stillgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder haben damit eine perfekte Lösung des Problems gefunden, bei Lösung aller genannter Teilaufgaben.

Der erfindungsgemäße Wandler ist füll- und entleerbar. Die eine

Kupplungshälfte der Zahnkupplung sitzt drehfest auf der Antriebswelle und damit am Pumpenrad, während die andere Kupplungshälfte drehfest auf der Abtriebswelle sitzt, und damit am Turbinenrad. Die Kupplung ist eine Schiebeschaltkupplung, bei welcher die beiden Kupplungshälften durch Verschieben in axialer Richtung in Eingriff gebracht werden können. Das Anfahren vollzieht sich wie folgt, dargestellt am Beispiel eines Maschinensatzes mit einer Gasturbine und einem Kompressor:

(1) Zunächst wird die Gasturbine gestartet; der Kompressor steht still. (2) Der Wandler wird gefüllt.

(3) Der Kompressor wird vom Antrieb aufgrund der Wandlerfüllung und bei entsprechender Verstellung der Leitschaufeln des Wandlers hochgefahren, und zwar bis zum Erreichen des Synchronlaufes mit dem Antrieb. (4) Das Vorliegen des Synchronlaufes wird mittels Sensoren erfaßt.

(5) Sodann wird die Zahnkupplung geschaltet. Nach dem Schalten der Zahnkupplung wird Drehmoment auf zwei Wegen von der Gasturbine zum Kompressor übertragen, und zwar einmal auf dem Wege über den Wandler, und zum anderen auf dem Wege über die Zahnkupplung. Die beiden Kraftflüsse verlaufen parallel zueinander.

(6) Anschließend wird der Wandler entleert, so daß nur noch die Zahnkupplung Drehmoment von der Gasturbine auf den Kompressor überträgt.

Beim Abschalten gibt es zwei Möglichkeiten des Betreibens des

Maschinensatzes.

Möglichkeit A:

(1) Die Gasturbine wird abgeschaltet und läuft mehr oder minder mit dem Kompressor langsam aus.

(2) Die Kupplung wird geöffnet, was durch gewollten Eingriff oder durch eine Automatik erfolgen kann.

(3) Antrieb und Kompressor gelangen voneinander entkuppelt zum Stillstand. Möglichkeit B:

(1) Der leere Wandler wird wieder mit Arbeitsmedium gefüllt.

(2) Die Kupplung wird geöffnet.

(3) Der Wandler wird entleert. Obwohl die Gasturbine weiterläuft, wird kein Drehmoment mehr auf den Kompressor übertragen, so daß dieser zum Stillstand gelangt.

Die Möglichkeit B kann besonders vorteilhaft sein. Es sind Anwendungsfälle denkbar, bei welchen der Kompressor nur intermittierend eingesetzt wird, die Gasturbine aber aus Gründen des Gasturbinenprozesses weiterlaufen soll.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt einen wesentlichen Teil eines erfindungsgemäßen

Maschinensatz, nämlich einen erfindungsgemäßen Wandler und eine erfindungsgemäße Zahnkupplung.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand von

Figur 1 im Bereich von Wandler und Zahnkupplung.

In Figur 1 ist von einem Maschinensatz mit einer Gasturbine und einem Kompressor lediglich die zwischen diesen beiden befindliche Kraftübertragungseinheit dargestellt, umfassend den Wandler 3 sowie die

Zahnkupplung 4. Wandler 3 und Zahnkupplung 4 sind somit zwischen die hier nicht gezeigte Gasturbine und den nicht gezeigten Kompressor geschaltet.

Wandler 3 und Zahnkupplung 4 sind zueinander parallel geschaltet.

Sowohl der Wandler 3 als auch die Zahnkupplung 4 können Drehmoment von der Wandler-Eingangswelle 1 zur Wandler-Ausgangswelle 2 jeweils für sich alleine übertragen, aber auch gemeinsam.

Wandler 3 ist füll- und entleerbar. Er umfaßt ein Pumpenrad 3.1 sowie ein Turbinenrad 3.2. Er umfaßt ferner ein feststehendes Leitschaufelrad 3.3 und ein verstellbares Leitschaufelrad 3.4.

Das Pumpenrad 3.1 des Wandlers 3 ist mit der Eingangswelle 1 drehfest verbunden. Das Turbinenrad 3.2 des Wandlers ist mit der Ausgangswelle 2 drehfest verbunden.

Figur 2 läßt die Verhältnisse im Bereich von Wandler und Zahnkupplung genauer erkennen. Die Zahnkupplung 4 umfaßt zwei Kupplungshälften. Die eine Kupplungshälfte - ein Ritzel 4.1 - ist mit der Eingangswelle 1 drehfest verbunden. Die andere Hälfte - ein Zahnkranz 4.2 - ist mit der

Ausgangswelle 2 des Kompressors drehfest verbunden. Zahnkranz 4.2 ist in Figur 2 nach links verschiebbar. Wird diese Verschiebung vorgenommen, so wird damit die Kupplung 4 geschlossen.

Es ist ein Anschluß 5 für Steueröl vorgesehen. Durch diesen läßt sich

Steueröl in den Innenraum des Kupplungsgehäuses einleiten, und zwar derart, daß es einen Kolben 4.3 beaufschlagt, der seinerseits den Zahnkranz 4.2 nach links verschiebt. Dem Anschluß 5 ist ein hier nicht dargestelltes Ventil zugeordnet.

In Verbindung mit dem Betätigen der Kupplung ist ein Satz von Tellerfedern 6 von Bedeutung - siehe Figur 1. Während Steueröl bei Einlaß in den Anschluß 5 den Kolben 4.3 nach links verschiebt, und die Kupplung 4 damit schließt, haben die Tellerfedern 6 das entgegengesetzte Bestreben. Sie haben die Tendenz, die Kupplung 4 zu öffnen. Wie oben beschrieben, wird beim Anfahrvorgang Synchronität zwischen der Gasturbine und dem Kompressor hergestellt, somit auch zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2. Daß Synchronität vorliegt, wird von hier nicht gezeigten Sensoren erfaßt. In diesem Augenblick wird das genannte Ventil des Steueröl-Anschlusses 5 geöffnet. Steueröl tritt ein, beaufschlagt den Kolben 4.3 und verschiebt den Zahnkranz 4.2 nach links, so daß die Kupplung 4 geschlossen wird. Sie bleibt so lange geschlossen, als der Druck des Steueröles auf dem Kolben 4.3 stehen bleibt. Deswegen läßt man das Ventil vor dem Anschluß 5 so lange geöffnet, als man die Kupplung geschlossen haben möchte.

Wünscht man, die Kupplung 4 zu öffnen, so wird das genannte Ventil des Steueröl-Anschlusses 5 zugesperrt, und an einer anderen Stelle wird dafür gesorgt, daß Steueröl austreten kann, beispielsweise durch Öffnen eines Auslasses 7 - siehe Figur 2. Liegen diese Bedingungen vor - Steuerolzulauf bei Anschluß 5 geschlossen und Steuerölauslauf 7 geöffnet - so wirken allein die Federn 6 auf den Kolben 4.3 über eine Stange 6.1 , so daß der Kolben 4.3 in Figur 2 nach rechts bewegt wird, und damit auch der Zahnkranz 4.2. Die Kupplung wird geöffnet, und es wird kein Drehmoment mehr über die Kupplung 4 übertragen.

Es ist aber auch die umgekehrte Funktion denkbar: So kann mittels Federkraft eingekuppelt und durch hydraulischen Druck wieder ausgekuppelt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Maschinensatz für hohe Leistungen; 1.1 mit einem Antrieb, der eine Abtriebswelle aufweist; 1.2 mit einer Arbeitsmaschine, die eine Antriebswelle aufweist;

1.3 mit einem zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine geschalteten, füll- und entleerbaren Wandler (3);

1.4 mit einer schaltbaren Zahnkupplung (4), die parallel zum Wandler (3) geschaltet ist; 1.5 die eine Kupplungshälfte (4.1) ist mit der Abtriebswelledes Antriebs drehfest verbunden; 1.6 die andere Kupplungshälfe (4.2) ist mit der Antriebswelle der Arbeitsmaschine drehfest verbunden.

2. Maschinensatz nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

2.1 der Zahnkupplung (4) ist ein Schaltaktuator zugeordnet;

2.2 der Schaltaktuator weist eine hydraulische Einheit mit einem Kolben (4.3) und einem Zylinder auf, beaufschlagbar im Sinne des Schließens der Zahnkupplung (4) durch ein Druckmedium, das über einen Mediumanschluß (5) aufbringbar ist;

2.3 es ist eine Rückholfeder (6) vorgesehen, die im Sinne eines Offnens der Zahnkupplung (4) wirkt.

3. Maschinensatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

3.1 es sind Sensoren zum Erfassen der Drehzahlen von Antriebs- und Arbeitsmaschine vorgesehen;

3.2 es ist eine Einrichtung zum Absperren des Anschlusses (5) für das Medium und zum Entlassen von Medium aus der hydraulischen

Einheit vorgesehen. Maschinensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine Gasturbine, und die Arbeitsmaschine ein Kompressor ist.