WO2011124322A2 - Kraftwerksstrang mit einer drehzahlvariablen pumpe - Google Patents

Kraftwerksstrang mit einer drehzahlvariablen pumpe Download PDF

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WO2011124322A2
WO2011124322A2 PCT/EP2011/001344 EP2011001344W WO2011124322A2 WO 2011124322 A2 WO2011124322 A2 WO 2011124322A2 EP 2011001344 W EP2011001344 W EP 2011001344W WO 2011124322 A2 WO2011124322 A2 WO 2011124322A2
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Hartmut Graf
Karl Hilpert
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C7/36—Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user
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    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the present invention relates to a power plant train with a rotating at a constant speed steam turbine and / or gas turbine for driving an electric generator and further comprising a variable-speed pump, which is driven by the steam turbine and / or the gas turbine.
  • variable-speed pump is used to convey and / or compress a
  • the pump is used for conveying and / or compressing an exhaust gas produced or conveyed in the process supply or in the gas turbine or a component thereof.
  • variable speed pumps in power plants the pumps are driven by the power plant, boiler feed pumps are known, by means of which the feed water of the boiler of the steam generator for the steam turbine and thus the working medium of the steam turbine is promoted.
  • Kesselpeisepumpen have according to an embodiment, as they
  • the present invention relates to a power consumption of several megawatts, for example 15 or 20 MW or more.
  • the turbine in particular steam turbine, usually rotates at a constant speed to drive an electric generator, which in turn serves to generate electricity at a constant frequency
  • Boiler feed pumps operated at varying speeds, depending on the requirements of the live steam quantity. Conventionally, therefore, the drive is the
  • Boiler feed pumps via an electric motor, which in turn receives its electrical energy from the generator.
  • the conversion of the steam energy or generally the energy of the working medium of the turbine into electrical energy and in the subsequent conversion of the electrical Energy into mechanical energy (rotational energy) incurs losses, which is undesirable.
  • variable-speed pump is driven by the steam turbine and / or the gas turbine, mechanically without the interim conversion of the drive energy into electrical energy, and the desired speed conversion between the steam turbine and / or the gas turbine and the variable speed pump to arrange a variable speed transmission, by means of which the drive power of the steam turbine is transmitted to the pump.
  • a variable speed transmission by means of which the drive power of the steam turbine is transmitted to the pump.
  • Transmission can be formed for example by a hydrodynamic control clutch or include such, the torus-shaped working space can be filled either more or less with working fluid to change the speed on the output side of the hydrodynamic coupling. Also comes into consideration, such a variable speed transmission with others
  • variable speed pump which could then also be referred to as a compressor, by means of which exhaust gas or a component thereof, for example CO2, in an underground
  • the present invention has for its object to provide a power plant line, which in terms of efficiency and the Design effort and construction costs for driving such a pump has an improved design.
  • the power plant line according to the invention has a steam turbine and / or a gas turbine for driving an electric generator. Accordingly, the generator is driven in a so-called steam power plant only by one or more steam turbines or in a so-called gas power plant only by one or more gas turbines.
  • so-called steam power plant only by one or more steam turbines or in a so-called gas power plant only by one or more gas turbines.
  • Combined cycle power plants or gas and steam power plants into consideration in which one or more generators are driven both by at least one steam turbine and by at least one gas turbine, wherein the waste heat of the exhaust gas of the gas turbine is generally used to generate steam for the steam turbine.
  • the steam turbine and / or the gas turbine run / run at a constant speed, so that by means of the electric generator electrical energy can be generated with a predetermined Hertz number.
  • variable-speed pump is driven by means of the steam turbine and / or the gas turbine and is correspondingly in a mechanical
  • variable-speed pump can be designed, for example, for conveying and / or compressing a working medium for driving the steam turbine and / or the gas turbine.
  • the pump is a boiler feed pump, which promotes the working medium of the steam turbine in a steam generating device. It
  • other variable speed pumps come into consideration, the
  • Process supply of the steam turbine and / or the gas turbine are necessary, for example, oil pumps, air pumps or the like.
  • the term pump refers not only to conveyors for conveying a non-compressible medium, but it should also include compressors, which serve to promote and / or compression of a compressible medium.
  • the pump (or the compressor) is used for conveying and / or compressing a in the
  • Gas turbine resulting exhaust gas is produced.
  • the exhaust gas or a component thereof, in particular C0 2 pump into an underground storage, in particular pressure accumulator to improve the C0 2 balance of the power plant, in which the power plant is provided.
  • exhaust gas of the process supply is in particular the case of the combustion of a fossil fuel for steam generation or
  • Hot gas generation meant exhaust gas.
  • variable-speed transmission is arranged in the drive connection between the variable-speed pump and the steam turbine and / or gas turbine driving the same, comprising a power split with a mechanical, in particular exclusively mechanical, main branch and a hydrodynamic secondary branch.
  • Secondary branch drive power is diverted via a hydrodynamic coupling and / or a hydrodynamic converter of the main branch and fed back to the main branch by means of a subsequent superposition gear transmission output side.
  • a hydrodynamic coupling or the hydrodynamic converter By means of the hydrodynamic coupling or the hydrodynamic converter, a speed adaptation can be achieved, the gear output side by the superimposition on the main branch Speed adjustment of the present at the transmission input constant speed to the desired speed of the pump allows.
  • Speed adjustment and transmits for example, a maximum of 30% or 35% of the total transmitted power with the variable speed gearbox
  • the side branch power may be 20% to 35% of the total power, or the power, in relation to the rated power of the pump
  • Side branch in the control range of the pump can be 0% to 35% of the total power.
  • the superposition gear of the variable speed gear is designed as a planetary gear.
  • the ring gear of the planetary gear may be mechanically connected to the input shaft, the planet carrier mechanically connected to the secondary side of the hydrodynamic machine, in particular the turbine of the hydrodynamic converter, and the sun gear be mechanically connected to the output shaft of the transmission.
  • an embodiment of the variable speed gearbox comes into consideration, as in the international
  • variable speed gearbox It is particularly favorable when the variable speed gearbox
  • Reduction gear is connected upstream to suppress the speed of the steam turbine and / or the gas turbine, so that the input shaft of the
  • variable speed gear rotates at a lower speed than the Steam turbine and / or the gas turbine.
  • a reduction gear can be advantageous flanged from the outside to the variable speed gearbox.
  • the reduction gear is a planetary stage or a
  • Planetary gear includes, for example, the planet carrier from
  • variable-speed transmission in particular of the housing, are worn.
  • the reduction gear will usually have a fixed reduction ratio. According to an advantageous embodiment, however, that is
  • the steam turbine and / or the gas turbine runs at 3000 or 3600 revolutions per minute, whereas the input shaft of the
  • FIG. 1 shows a power plant train designed according to the invention with a steam turbine 1 which drives an electric generator 2. Furthermore, in the main line of the power plant drive train is a variable speed
  • Kesselspeisepumpe 3 is arranged, which is driven by a variable speed gear 4 by means of the steam turbine 1.
  • the variable-speed transmission 4 has a main mechanical branch 5 and a hydrodynamic
  • Branch 6 on. About the main mechanical branch 5, the majority of the drive power is transmitted from the input of the variable speed gearbox on the output. About the hydrodynamic secondary branch 6 only a relatively smaller part for speed adjustment of the transmission output or the boiler feed pump 3 is transmitted. In addition, as indicated in the dashed lines, the
  • Kesselspeisepumpe 3 be assigned a backing pump 7, which can be arranged either in the direction of the drive power flow behind the boiler feed pump 3 or at another location, in particular in front of the variable-speed transmission 4.
  • the backing pump 7 is either, as shown, also as
  • two boiler feed pumps 3 are driven via two speed-controllable gearboxes 4 by means of the steam turbine 1, and possibly two corresponding backing pumps 7.
  • a power split transmission is provided with a transmission input and two transmission outputs, on which the power of the transmission input is divided, which is advantageous, but not mandatory, designed as a reduction gear 8.
  • a reduction gear 8 is also provided. This is flanged on the input side to the variable-speed transmission 4 and forms with this a structural unit. Again, it is not absolutely necessary that the power split in one
  • Power split transmission be provided whose input shaft rotates at the same speed as the output shafts or even with a relatively lower speed.
  • the reduction gear 8 is separated from the speed-controllable gear 4 in the direction of
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a speed-controllable transmission 4 with a flattened reduction gear 8.
  • the main mechanical branch 5 of the variable-speed transmission 4 is formed by an input shaft 9 of the variable-speed transmission 4 and a subsequent planetary gear 10 and the output shaft 11.
  • the input shaft 9 drives the ring gear 12 of the planetary gear 10, which is mechanically connected via the planet 13 with the sun gear 14.
  • the sun gear 14 is in mechanical communication with the output shaft 11 or is supported by this.
  • the hydrodynamic secondary branch 6 is formed by a hydrodynamic converter 15, here as a variable-speed converter, and adjoining mechanical gear stages are formed. These mechanical gear stages are in turn connected to the planet gears 13 and the planet carrier 26 of the
  • the hollow shaft 21 provided with an internal toothing. This can be achieved by an internally toothed spur gear on a
  • Hollow shaft is connected or the hollow shaft is internally toothed.
  • the hydrodynamic Wändler 15 also has an adjustable
  • the reduction gear 8 is flanged with its gear housing 31 on the housing 32 of the variable-speed transmission 4, for example by

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftwerksstrang mit einer mit einer konstanten Drehzahl umlaufenden Dampfturbine und/oder Gasturbine zum Antrieb eines elektrischen Generators; mit einer drehzahlvariablen Pumpe zum Fördern und/oder Verdichten eines Arbeitsmediums zum Antrieb und/oder zur Prozessversorgung der Dampfturbine und/oder der Gasturbine oder zum Fördern und/oder Verdichten eines in der Prozessversorgung oder der Gasturbine entstehenden Abgases. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass - die drehzahlvariable Pumpe mittels der Dampfturbine und/oder Gasturbine angetrieben wird und in der Triebverbindung ein drehzahlregelbares Getriebe angeordnet ist, umfassend eine Leistungsverzweigung mit einem mechanischen Hauptzweig und einem hydrodynamischen Nebenzweig, wobei - mittels des hydrodynamischen Nebenzweigs Antriebsleistung über eine hydrodynamische Kupplung oder einen hydrodynamischen Wandler vom mechanischen Hauptzweig abgezweigt wird und mittels eines Überlagerungsgetriebes dem mechanischen Hauptzweig getriebeausgangsseitig drehzahlvariabel wieder zugeführt wird.

Description

Kraftwerksstrang mit einer drehzahlvariablen Pumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftwerksstrang mit einer mit einer konstanten Drehzahl umlaufenden Dampfturbine und/oder Gasturbine zum Antrieb eines elektrischen Generators und ferner mit einer drehzahlvariablen Pumpe, die durch die Dampfturbine und/oder die Gasturbine angetrieben wird. Die
drehzahlvariable Pumpe dient zum Fördern und/oder Verdichten eines
Arbeitsmediums zum Antrieb und/oder zur Prozessversorgung der Dampfturbine und/oder der Gasturbine. Alternativ dient die Pumpe zum Fördern und/oder Verdichten eines in der Prozessversorgung oder in der Gasturbine entstehenden beziehungsweise geförderten Abgases oder eines Bestandteils desselben.
Als solche drehzahlvariablen Pumpen in Kraftwerken, wobei die Pumpen durch den Kraftwerksstrang angetrieben werden, sind Kesselspeisepumpen bekannt, mittels welchen das Speisewasser des Kessels des Dampferzeugers für die Dampfturbine und damit das Arbeitsmedium der Dampfturbine gefördert wird. Solche
Kesselspeisepumpen weisen gemäß einer Ausführungsform, wie sie die
vorliegende Erfindung betrifft, eine Leistungsaufnahme von mehreren Megawatt, beispielsweise von 15 oder 20 MW oder mehr auf.
Während die Turbine, insbesondere Dampfturbine, in der Regel mit konstanter Drehzahl umläuft, um einen elektrischen Generator anzutreiben, der wiederum zur Stromerzeugung mit einer konstanten Frequenz dient, werden die
Kesselspeisepumpen mit variierender Drehzahl betrieben, je nach Anforderungen an die Frischdampfmenge. Herkömmlich erfolgt daher der Antrieb der
Kesselspeisepumpen über einen Elektromotor, der seine elektrische Energie wiederum von dem Generator bezieht. Bei der Umwandlung der Dampfenergie beziehungsweise allgemein der Energie des Arbeitsmediums der Turbine in elektrische Energie und bei der anschließenden Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie (Rotationsenergie) entstehen Verluste, was unerwünscht ist.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es vorstellbar, dass die drehzahlvariable Pumpe mittels der Dampfturbine und/oder der Gasturbine angetrieben wird, und zwar mechanisch ohne die zwischenzeitliche Umwandlung der Antriebsenergie in elektrische Energie, und zur gewünschten Drehzahlwandlung zwischen der Dampfturbine und/oder der Gasturbine und der drehzahlvariablen Pumpe ein drehzahlregelbares Getriebe anzuordnen, mittels welchem die Antriebsleistung der Dampfturbine auf die Pumpe übertragen wird. Ein solches drehzahlregelbares
Getriebe kann beispielsweise durch eine hydrodynamische Regelkupplung gebildet werden oder eine solche umfassen, deren torusförmiger Arbeitsraum wahlweise mehr oder minder mit Arbeitsmedium befüllt werden kann, um die Drehzahl auf der Abtriebsseite der hydrodynamischen Kupplung zu verändern. Auch kommt in Betracht, ein solches drehzahlregelbares Getriebe mit anderen
Drehzahlwandlungseinrichtungen zu versehen, die eine Drehmomentübertragung durch elektromagnetische Felder oder mechanisch mit variierendem Schlupf ermöglichen. Problematisch hierbei ist jedoch die große Leistungsaufnahme der Kesselspeisepumpe und die damit verbundene Leistungsübertragung über die Drehzahlwandlungseinrichtung im drehzahlregelbaren Getriebe.
Eine ähnliche Problematik ergibt sich beim Antrieb einer drehzahlvariablen Pumpe, die dann auch als Verdichter bezeichnet werden könnte, mittels welcher Abgas oder ein Bestandteil desselben, beispielsweise CO2, in einen unterirdischen
Druckspeicher gefördert werden soll, um die C02-Bilanz des Kraftwerks zu verbessern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftwerksstrang anzugeben, welcher hinsichtlich des Wirkungsgrades und des Konstruktionsaufwands sowie Bauaufwands zum Antrieb einer solchen Pumpe eine verbesserte Ausgestaltung aufweist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Kraftwerksstrang mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Der erfindungsgemäße Kraftwerksstrang weist eine Dampfturbine und/oder eine Gasturbine zum Antrieb eines elektrischen Generators auf. Demnach wird der Generator in einem sogenannten Dampfkraftwerk nur durch eine oder mehrere Dampfturbinen angetrieben oder in einem sogenannten Gaskraftwerk nur durch eine oder mehrere Gasturbinen. Jedoch kommen auch sogenannte
Kombikraftwerke oder Gas- und Dampfkraftwerke in Betracht, bei welchen ein Generator oder mehrere Generatoren sowohl durch wenigstens eine Dampfturbine als auch durch wenigstens eine Gasturbine angetrieben werden, wobei in der Regel die Abwärme des Abgases der Gasturbine zur Dampferzeugung für die Dampfturbine verwendet wird.
Die Dampfturbine und/oder die Gasturbine läuft/laufen mit einer konstanten Drehzahl um, damit mittels des elektrischen Generators elektrische Energie mit einer vorgegebenen Hertz-Zahl erzeugt werden kann.
Ferner wird eine drehzahlvariable Pumpe mittels der Dampfturbine und/oder der Gasturbine angetrieben und steht entsprechend in einer mechanische
Triebverbindung mit der Dampfturbine beziehungsweise der Gasturbine. Die drehzahlvariable Pumpe kann beispielsweise zum Fördern und/oder Verdichten eines Arbeitsmediums zum Antrieb der Dampfturbine und/oder der Gasturbine ausgeführt sein. Beispielsweise ist die Pumpe eine Kesselspeisepumpe, welche das Arbeitsmedium der Dampfturbine in einer Dampferzeugungseinrichtung fördert. Es kommen jedoch auch andere drehzahlvariable Pumpen in Betracht, die zur
Prozessversorgung der Dampfturbine und/oder der Gasturbine notwendig sind, beispielsweise Ölpumpen, Luftpumpen oder dergleichen. Ferner bezieht sich vorliegend der Begriff Pumpe nicht nur auf Fördereinrichtungen zum Fördern eines nicht kompressiblen Mediums, sondern er soll auch Verdichter umfassen, welche zur Förderung und/oder Verdichtung eines kompressiblen Mediums dienen.
Gemäß einer besonderen Ausführung der vorliegenden Erfindung dient die Pumpe (oder der Verdichter) zum Fördern und/oder Verdichten eines in der
Prozessversorgung der Dampfturbine und/oder der Gasturbine oder in der
Gasturbine entstehenden Abgases. Hier kommt insbesondere in Betracht, mittels der Pumpe das Abgas beziehungsweise ein Bestandteil hiervon, insbesondere C02, in einen unterirdischen Speicher, insbesondere Druckspeicher, zu pumpen, um die C02-Bilanz des Kraftwerks, in welchem der Kraftwerksstrang vorgesehen ist, zu verbessern. Mit Abgas der Prozessversorgung ist dabei insbesondere das bei der Verbrennung eines fossilen Energieträgers zur Dampferzeugung oder
Heißgaserzeugung entstehende Abgas gemeint.
Erfindungsgemäß ist in der Triebverbindung zwischen der drehzahlvariablen Pumpe und der diese antreibenden Dampfturbine und/oder Gasturbine ein drehzahlregelbares Getriebe angeordnet, umfassend eine Leistungsverzweigung mit einem mechanischen, insbesondere ausschließlich mechanischen Hauptzweig und einen hydrodynamischen Nebenzweig. Mittels des hydrodynamischen
Nebenzweiges wird Antriebsleistung über eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Wandler von dem Hauptzweig abgezweigt und mittels eines sich anschließenden Überlagerungsgetriebes getriebeausgangsseitig dem Hauptzweig wieder zugeführt. Mittels der hydrodynamischen Kupplung oder dem hydrodynamischen Wandler kann eine Drehzahlanpassung erreicht werden, die durch die Überlagerung auf den Hauptzweig getriebeausgangsseitig eine Drehzahlanpassung der am Getriebeeingang vorliegenden konstanten Drehzahl auf die gewünschte Drehzahl der Pumpe ermöglicht.
Vorteilhaft wird der größte Teil der mittels des drehzahlregelbaren Getriebes übertragenen Leistung mechanisch direkt über den mechanischen Hauptzweig auf den Getriebeausgang des drehzahlregelbaren Getriebes übertragen, und der Nebenzweig mit der hydrodynamischen Maschine dient lediglich der
Drehzahlanpassung und überträgt beispielsweise maximal 30% oder 35% der insgesamt mit dem drehzahlregelbaren Getriebe übertragenen Leistung
beziehungsweise der Aufnahmeleistung der drehzahlvariablen Pumpe.
Beispielsweise kann die Leistung im Nebenzweig bezogen auf die Nennleistung der Pumpe 20% bis 35% der Gesamtleistung betragen, oder die Leistung im
Nebenzweig im Regelbereich der Pumpe kann 0% bis 35% der Gesamtleistung betragen.
Von Vorteil ist es, wenn das Überlagerungsgetriebe des drehzahlregelbaren Getriebes als Planetengetriebe ausgeführt ist. Dabei kann insbesondere das Hohlrad des Planetengetriebes mechanisch mit der Eingangwelle verbunden sein, der Planetenträger mechanisch mit der Sekundärseite der hydrodynamischen Maschine, insbesondere dem Turbinenrad des hydrodynamischen Wandlers verbunden sein, und das Sonnenrad mechanisch mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden sein. Insbesondere kommt auch eine Ausführung des drehzahlregelbaren Getriebes in Betracht, wie sie in der internationalen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2010/009836 AI oder dem hierin beschriebenen Stand der Technik dargestellt ist.
Besonders günstig ist es, wenn dem drehzahlregelbaren Getriebe ein
Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist, um die Drehzahl der Dampfturbine und/oder der Gasturbine zu untersetzen, sodass die Eingangswelle des
drehzahlregelbaren Getriebes mit einer kleineren Drehzahl umläuft als die Dampfturbine und/oder die Gasturbine. Ein solches Untersetzungsgetriebe kann vorteilhaft von außen an das drehzahlregelbare Getriebe angeflanscht sein. Wenn das Untersetzungsgetriebe eine Planetenstufe beziehungsweise ein
Planetengetriebe umfasst, kann beispielsweise der Planetenträger vom
drehzahlregelbaren Getriebe, insbesondere von dessen Gehäuse, getragen werden.
Das Untersetzungsgetriebe wird in der Regel ein festes Untersetzungsverhältnis aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist jedoch das
Untersetzungsverhältnis zumindest oder ausschließlich im Stillstand veränderbar, um eine Eingangsdrehzahlanpassung des drehzahlregelbaren Getriebes für den jeweiligen Einsatzzweck zu erreichen, um entweder eine Standardisierung der in verschiedenen Anlagen verwendeten drehzahlregelbaren Getriebe zu erreichen und/oder den Wirkungsgrad des drehzahlregelbaren Getriebes zu optimieren.
Beispielsweise läuft die Dampfturbine und/oder die Gasturbine mit 3000 oder 3600 Umdrehungen pro Minute um, wohingegen die Eingangswelle des
drehzahlregelbaren Getriebes mit 1500 bis 1800 Umdrehungen pro Minute umläuft.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das Untersetzungsgetriebe zusätzlich oder alternativ zu dem Planetengetriebe mit einem Stirnradgetriebe oder einer weiteren Getriebeform auszurüsten. Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
Untersetzungsgetriebe zugleich eine Leistungsverzweigungsfunktion aufweist und die an seinem Getriebeeingang von der Dampfturbine und/oder der Gasturbine eingespeiste Antriebsleistung auf zwei oder mehr Getriebeausgänge verteilt.
Beispielsweise ist an jedem Getriebeausgang eine Pumpe angeschlossen. Gemäß einer Ausführungsform sind alle angeschlossenen Pumpen drehzahlvariable Pumpen und werden dann vorteilhaft über jeweils ein drehzahlregelbares Getriebe hinter dem Getriebeausgang des Untersetzungsgetriebes angetrieben. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist zumindest an einem Getriebeausgang des Untersetzungsgetriebes eine mit konstanter Drehzahl umlaufende Pumpe angeschlossen, die insbesondere als Vorpumpe zu der oder den an dem anderen Getriebeausgang oder den anderen Getriebeausgängen angeschlossenen drehzahlvariablen Pumpe(n) arbeitet und dementsprechend hinsichtlich des durch die Pumpen geförderten Mediums der oder den drehzahlvariablen Pumpe(n) vorgeschaltet ist. Dabei gilt auch hier, dass mit dem Begriff Pumpe auch
Verdichter zum Verdichten eines Mediums umfasst sein sollen.
Insbesondere wenn die Pumpen an den verschiedenen Getriebeausgängen des Untersetzungsgetriebes jeweils über ein drehzahlregelbares Getriebe angetrieben werden, ist es von Vorteil, wenn der jeweiligen Pumpe beziehungsweise dem vorgeordneten drehzahlregelbaren Getriebe eine Feststellbremse und/oder eine Trennkupplung zugeordnet ist, mittels welcher der entsprechende Teil des
Antriebsstrangs abgekoppelt beziehungsweise festgesetzt werden kann, um beispielsweise Wartungsarbeiten vorzunehmen. Gleichzeitig kann der Antrieb der anderen Pumpe(n) fortgesetzt werden.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung weist das drehzahlregelbare
Getriebe, über welches die drehzahlvariable Pumpe angetrieben wird, zumindest eine Ölpumpe oder allgemein Schmiermittelpumpe auf, welche zur
Schmierölversorgung/Schmiermittelversorgung des drehzahlregelbaren Getriebes, der Dampfturbine und/oder der Gasturbine, des Untersetzungsgetriebes und/oder einem zum Betrieb der Dampfturbine und/oder Gasturbine vorgesehenen
Nebenaggregats dient. Ein solches Nebenaggregat kann beispielsweise ein
Gebläse, eine Sicherheitseinrichtung, eine Prozessüberwachungseinrichtung oder sonstiges sein. Natürlich ist auch die Schmierölversorgung/Schmiermittelversorgung des Generators mittels der wenigstens einen im drehzahlregelbaren Getriebe integrierten Ölpumpe möglich.
Wenn mehrere drehzahlregelbare Getriebe zum Antrieb mehrerer Pumpen vorgesehen sind, können diese, wie dargestellt, parallel im Kraftwerksstrang, insbesondere hinter einem Untersetzungsgetriebe mit mehreren Ausgängen angeordnet sein und ferner vorteilhaft mittels eines gemeinsamen
Fundamentrahmens getragen werden. Entsprechendes gilt für die verschiedenen Pumpen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kraftwerkstrangs mit einer von einer Dampfturbine über ein drehzahlregelbares Getriebe angetriebenen Kesselspeisepumpe;
Figur 2 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Ausführungsbeispiel mit
Kesselspeisepumpen;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1, jedoch mit einem
zusätzlichen dem drehzahlregelbaren Getriebe vorgeschalteten und an diesem angeflanschten Untersetzungsgetriebe;
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel ähnlich jenem der Figur 3, bei welchem jedoch das Untersetzungsgetriebe entfernt von dem
drehzahlregelbaren Getriebe positioniert ist;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer an einem ersten Ausgang des Untersetzungsgetriebes über ein drehzahlregelbares Getriebe angeschlossenen Kesselspeisepumpe und einer unmittelbar an einem zweiten Ausgang des Untersetzungsgetriebes angeschlossenen drehzahlkonstanten Vorpumpe; Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für ein mögliches drehzahlregelbares
Getriebe.
In der Figur 1 erkennt man einen erfindungsgemäß ausgeführten Kraftwerksstrang mit einer Dampfturbine 1, die einen elektrischen Generator 2 antreibt. Ferner ist im Hauptstrang des Kraftwerkantriebsstrangs eine drehzahlvariable
Kesselspeisepumpe 3 angeordnet, die über ein drehzahlregelbares Getriebe 4 mittels der Dampfturbine 1 angetrieben wird. Das drehzahlregelbare Getriebe 4 weist einen mechanischen Hauptzweig 5 und einen hydrodynamischen
Nebenzweig 6 auf. Über den mechanischen Hauptzweig 5 wird der größte Teil der Antriebsleistung vom Eingang des drehzahlregelbaren Getriebes auf dessen Ausgang übertragen. Über den hydrodynamischen Nebenzweig 6 wird nur ein vergleichsweise kleinerer Teil zur Drehzahlanpassung des Getriebeausgangs beziehungsweise der Kesselspeisepumpe 3 übertragen. Zusätzlich könnte, wie in den gestrichelten Linien angedeutet ist, der
Kesselspeisepumpe 3 eine Vorpumpe 7 zugeordnet sein, die entweder in Richtung des Antriebsleistungsflusses hinter der Kesselspeisepumpe 3 oder auch an einer anderen Stelle, insbesondere vor dem drehzahlregelbaren Getriebe 4 angeordnet sein kann. Die Vorpumpe 7 ist entweder, wie dargestellt, ebenfalls als
drehzahlvariable Pumpe ausgeführt oder, insbesondere bei ihrer Anordnung in Richtung des Antriebsleistungsflusses von der Dampfturbine 1 aus gesehen vor dem drehzahlregelbaren Getriebe 4 als mit konstanter Drehzahl umlaufende Pumpe. Gemäß der Ausführungsform in der Figur 2 werden zwei Kesselspeisepumpen 3 über zwei drehzahlregelbare Getriebe 4 mittels der Dampfturbine 1 angetrieben, sowie gegebenenfalls zwei entsprechende Vorpumpen 7. Hierzu ist in Richtung des Antriebsleistungsflusses von der Dampfturbine 1 auf die Kesselspeisepumpen 3 vor den drehzahlregelbaren Getrieben 4 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Getriebeeingang und zwei Getriebeausgängen, auf welche die Leistung des Getriebeeingangs aufgeteilt wird, vorgesehen, das vorteilhaft, jedoch nicht zwingend, als Untersetzungsgetriebe 8 ausgeführt ist. Gemäß der Ausführungsform in der Figur 3 ist ebenfalls ein Untersetzungsgetriebe 8 vorgesehen. Dieses ist eingangsseitig an dem drehzahlregelbaren Getriebe 4 angeflanscht und bildet mit diesem eine bauliche Einheit. Auch hier ist es nicht zwingend notwendig, dass die Leistungsverzweigung in einem
Untersetzungsgetriebe erfolgt. Allgemein könnte auch ein
Leistungsverzweigungsgetriebe vorgesehen sein, dessen Eingangswelle mit derselben Drehzahl umläuft, wie die Ausgangswellen oder sogar mit einer vergleichsweise kleineren Drehzahl.
Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 4 ist das Untersetzungsgetriebe 8 getrennt zu dem drehzahlregelbaren Getriebe 4 in Richtung des
Antriebsleistungsflusses vor diesem angeordnet.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist wiederum ein
Leistungsverzweigungsgetriebe, vorteilhaft als Untersetzungsgetriebe 8
ausgeführt, vorgesehen, an dessen ersten Ausgang ein drehzahlregelbares
Getriebe 4 mit einem mechanischen Hauptzweig 5 und einem hydrodynamischen Nebenzweig 6 angeschlossen wird, mittels dem eine Kesselspeisepumpe 3 angetrieben wird. Am zweiten Ausgang des Untersetzungsgetriebes 8 ist eine Vorpumpe 7 angeschlossen, die mit konstanter Drehzahl betrieben wird, sodass ein drehzahlregelbares Getriebe zwischen dem Untersetzungsgetriebe 8 und der Vorpumpe 7 entfallen kann.
In der Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel für ein drehzahlregelbares Getriebe 4 mit angeflanschtem Untersetzungsgetriebe 8 dargestellt. Der mechanische Hauptzweig 5 des drehzahlregelbaren Getriebes 4 wird durch eine Eingangswelle 9 des drehzahlregelbaren Getriebes 4 und ein sich anschließendes Planetengetriebe 10 sowie die Ausgangswelle 11 gebildet. Die Eingangswelle 9 treibt das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 10 an, welches über die Planeten 13 mechanisch mit dem Sonnenrad 14 verbunden ist. Das Sonnenrad 14 steht in mechanischer Verbindung mit der Ausgangswelle 11 oder wird durch diese getragen.
Der hydrodynamische Nebenzweig 6 wird durch einen hydrodynamischen Wandler 15, hier als Stellwandler ausgeführt, sowie sich daran anschließende mechanische Getriebestufen gebildet. Diese mechanischen Getriebestufen stehen wiederum mit den Planetenrädern 13 beziehungsweise dem Planetenträger 26 des
Planetengetriebes 10 in Verbindung.
In der Figur 6 sind zwei mögliche Ausführungsbeispiele für die mechanischen Getriebestufen des hydrodynamischen Nebenzweiges dargestellt, nämlich ein erstes Ausführungsbeispiel oberhalb der Eingangswelle 9 und ein zweites
Ausführungsbeispiel unterhalb der Eingangswelle 9. In beiden
Ausführungsbeispielen ist das Pumpenrad 16 des hydrodynamischen Wandlers 15 mechanisch an der Eingangswelle 9 angeschlossen beziehungsweise wird durch diese getragen. In beiden Ausführungsbeispielen steht ferner das Turbinenrad 17 des hydrodynamischen Wandlers 15 über ein Zwischenzahnrad 18 in
Triebverbindung mit entweder gemäß dem ersten Ausgangsbeispiel einer
Zwischenwelle 20 oder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einer Hohlwelle 21. Die Verbindung zwischen dem Turbinenrad 17 und dem Zwischenzahnrad 18 ist in beiden Ausführungsbeispielen über eine Hohlwelle 19, die ein Außenzahnrad 22 trägt, ausgeführt.
Die Zwischenwelle 20 trägt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein erstes Zahnrad 23, das mit dem Zwischenzahnrad 18 kämmt und ein zweites Zahnrad 24, das mit einem dritten Zahnrad 25, welches die Planetenträger 26 drehbar trägt, kämmt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kämmt die Hohlwelle 21 mit dem Zwischenzahnrad 18, von welchem auch mehrere vorgesehen sein können, und trägt die Planetenträger 26, entweder drehbar oder drehfest. Beim zweiten Ausführungsbeispiel können die Zahnräder 22, 18 und die Verzahnung der Hohlwelle 21 ein Planetengetriebe darstellen, insbesondere wenn 2, 3 oder mehr Zwischenzahnräder 18 vorgesehen sind. Wie dargestellt, ist in dem
Ausführungsbeispiel die Hohlwelle 21 mit einer Innenverzahnung versehen. Diese kann dadurch erreicht werden, dass ein innenverzahntes Stirnrad an einer
Hohlwelle angeschlossen wird oder die Hohlwelle innen verzahnt wird.
Der hydrodynamische Wändler 15 weist ferner einen verstellbaren
Leitschaufelkranz 27 auf. Abweichend von der hier dargestellten Ausführungsform könnten auch weitere Leitschaufelkränze und/oder Schaufelräder vorgesehen sein.
Das Untersetzungsgetriebe 8 ist mit seinem Getriebegehäuse 31 am Gehäuse 32 des drehzahlregelbaren Getriebes 4 angeflanscht, beispielsweise durch
Anschrauben, Anschweißen oder eine sonstige geeignete lösbare oder unlösbare Befestigung. Das Untersetzungsgetriebe 8 weist eine Eingangswelle 28 und eine Ausgangswelle 29 auf. Die Ausgangswelle 29 kann einteilig mit der Eingangswelle 9 des drehzahlregelbaren Getriebes 4 ausgeführt sein, oder geeignet
formschlüssig und/oder kraftschlüssig lösbar oder unlösbar an diese
angeschlossen sein. Die Eingangswelle 28 ist über ein Planetengetriebe 30 mechanisch mit der Ausgangswelle 29 verbunden. Das Planetengetriebe 30 stellt eine
Untersetzungsstufe dar, sodass die Eingangswelle 28 mit einer höheren Drehzahl umläuft als die Ausgangswelle 29, beispielsweise mit der doppelten Drehzahl.
Die Planetenträger 33 des Planetengetriebes 30 werden vom Gehäuse 32 des drehzahlregelbaren Getriebes 4 getragen. Selbstverständlich wäre es auch möglich, anstelle des Planetengetriebes 30 ein anderes Untersetzungsgetriebe, beispielsweise in Form eines Stirnradgetriebes vorzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftwerksstrang
1.1 mit einer mit einer konstanten Drehzahl umlaufenden Dampfturbine (1) und/oder Gasturbine zum Antrieb eines elektrischen Generators (2);
1.2 mit einer drehzahlvariablen Pumpe zum Fördern und/oder Verdichten eines Arbeitsmediums zum Antrieb und/oder zur Prozessversorgung der
Dampfturbine (1) und/oder der Gasturbine oder zum Fördern und/oder Verdichten eines in der Prozessversorgung oder der Gasturbine
entstehenden Abgases;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.3 die drehzahlvariable Pumpe mittels der Dampfturbine (1) und/oder
Gasturbine angetrieben wird und in der Triebverbindung ein
drehzahlregelbares Getriebe (4) angeordnet ist, umfassend eine
Leistungsverzweigung mit einem mechanischen Hauptzweig (5) und einem hydrodynamischen Nebenzweig (6), wobei
1.4 mittels des hydrodynamischen Nebenzweigs (6) Antriebsleistung über eine hydrodynamische Kupplung oder einen hydrodynamischen Wandler vom mechanischen Hauptzweig (5) abgezweigt wird und mittels eines
Überlagerungsgetriebes dem mechanischen Hauptzweig (5)
getriebeausgangsseitig drehzahlvariabel wieder zugeführt wird.
2. Kraftwerksstrang gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlvariable Pumpe eine Kesselspeisepumpe (3) zum Fördern des Arbeitsmediums der Dampfturbine (1) ist.
3. Kraftwerksstrang gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Nebenzweig (6) eingerichtet ist, um maximal 30% oder 35% der Leistung des mechanischen Hauptzweiges (5) oder der gesamten mit dem drehzahlregelbaren Getriebe (4)
übertragbaren Leistung zu übertragen.
4. Kraftwerksstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass dem drehzahlregelbaren Getriebe (4) ein
Untersetzungsgetriebe (8) vorgeschaltet ist, das insbesondere von außen an das drehzahlregelbare Getriebe (4) angeflanscht ist.
5. Kraftwerksstrang gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (8) ein Planetengetriebe (30) umfasst, dessen Planetenträger vom drehzahlregelbaren Getriebe (4), insbesondere dessen Gehäuse, getragen wird.
6. Kraftwerksstrang gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (8) einen Getriebeeingang in Triebverbindung mit der Dampfturbine (1) und/oder der Gasturbine aufweist, ferner wenigstens zwei oder genau zwei Getriebeausgänge und eine Leistungsverzweigung, welche die Antriebsleistung von dem
Getriebeeingang auf die Getriebeausgänge verteilt, und dass an jedem Getriebeausgang eine Pumpe insbesondere über ein drehzahlregelbares Getriebe (4), umfassend eine Leistungsverzweigung mit einem
mechanischen Hauptzweig (5) und einem hydrodynamischen Nebenzweig
(6) , angeschlossen ist, wobei mittels des hydrodynamischen Nebenzweigs (6) Antriebsleistung über eine hydrodynamische Kupplung oder einen hydrodynamischen Wandler vom mechanischen Hauptzweig (5) abgezweigt wird und mittels eines Überlagerungsgetriebes dem mechanischen
Hauptzweig (5) getriebeausgangsseitig drehzahlvariabel wieder zugeführt wird.
7. Kraftwerksstrang gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Getriebeausgang eine mit konstanter Drehzahl umlaufende Pumpe angeschlossen ist und an dem anderen Getriebeausgang eine
drehzahlvariable Pumpe über ein drehzahlregelbares Getriebe (4) angeschlossen ist, wobei die mit konstanter Drehzahl umlaufende Pumpe der drehzahlvariablen Pumpe hinsichtlich des geförderten Mediums als Vorpumpe (7) vorgeschaltet ist.
8. Kraftwerksstrang gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Triebverbindung zwischen einem
Getriebeausgang oder beiden Getriebeausgängen und der jeweiligen Pumpe jeweils eine Feststellbremse und/oder jeweils eine Trennkupplung angeordnet ist.
9. Kraftwerksstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das drehzahlregelbare Getriebe (4) eine Ölpumpe aufweist, welche zur Schmierölversorgung des drehzahlregelbaren
Getriebes (4), der Dampfturbine (1) und/oder der Gasturbine, des
Generators (2), des Untersetzungsgetriebes (8) und/oder einem zum Betrieb der Dampfturbine (1) und/oder Gasturbine vorgesehenen
Nebenaggregats dient.
10. Kraftwerksstrang gemäß Anspruch 1 und insbesondere einem der
Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe Abgas oder einen Bestandteil desselben der Gasturbine und/oder eines
Heißdampferzeugers für die Dampfturbine (1) in einen unterirdischen Speicher pumpt.
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