WO2016162145A1 - Rotordrehvorrichtung und anlage mit einer derartigen - Google Patents

Rotordrehvorrichtung und anlage mit einer derartigen Download PDF

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WO2016162145A1
WO2016162145A1 PCT/EP2016/054483 EP2016054483W WO2016162145A1 WO 2016162145 A1 WO2016162145 A1 WO 2016162145A1 EP 2016054483 W EP2016054483 W EP 2016054483W WO 2016162145 A1 WO2016162145 A1 WO 2016162145A1
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pinion
drive
rotor
control
control device
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English (en)
French (fr)
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Markus Fischer
Friedrich KOPPELKAMP
Gerhard Maurer
Paul Martin
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/34—Turning or inching gear

Definitions

  • the invention relates to a rotor rotating device for a, a rotor comprehensive working and / or engine whose rotor is rotatably connected to a drivable by the rotor rotating drive pinion, with a drivable by a drive means pinion and the pinion associated adjusting device for positioning the pinion relative to the Drive pinion in at least two functional positions - an engagement position in which the teeth of the pinion with the drive pinion is engaged and a disengaged position in which the teeth of the pinion is disengaged from the teeth of the drive pinion.
  • the invention further relates to a system, in particular power plant with such a rotor turning device.
  • rotor rotating device Under rotor rotating device is generally understood a device which is suitable for rotating a shaft or coupled to this impeller. This is also referred to as shaft turning device.
  • Such rotor turning devices find application when rolling heavy wheels of turbines application to prevent deformation of these bearing waves.
  • the gas turbines when decommissioning of gas turbines in gas turbine generator trains, the gas turbines must be rotated during Austrudein with a minimum speed to prevent permanent wave deformation by the weight of the rotor. This process is carried out at least until cooled to the temperature at which a sufficient material strength of the shaft material is given.
  • the turning can start either from the stoppage of the strand or by catching the Stinging of the Stang at a so-called "turn speed", which may correspond to the required minimum speed when coasting.
  • a Pelton wheel which is mounted on the impeller of the turbine, acted upon with an oil jet.
  • a pinion In hydraulically actuated rotor rotating devices, a pinion is driven by a hydraulic motor, which can engage the rotor turning in a ring gear which is flanged to the turbine shaft.
  • the driving pinion is pivotally mounted on a fork and is brought via a hydraulic cylinder in meshing engagement with the ring gear of the rotor shaft and withdrawn from engagement.
  • a connection during operation can only be done at the same peripheral gear speed of pinion and ring gear of the rotor shaft.
  • a very low speed of the pinion is low in order to avoid a collision of the two tooth heads when engaging.
  • the speed synchronization requires a complex control, with this control is integrated in the control of the system.
  • the equipment supply and / or guide system of the plant has for this purpose a high-pressure part; which drives the hydraulic motor. Retrofitting such rotor rotating devices, especially with hydraulic actuation in existing systems is therefore not possible or only with increased effort. Furthermore, when configuring new systems, the function of the rotor turning device in the control system must be taken into account.
  • the invention therefore an object of the invention to develop a rotor rotating device of the type mentioned in such a way that it with low Expenditure and without liability-critical intervention in the plant control in new plants as well as old plants can be integrated.
  • the inventive solution of the decentralized control by providing its own, only the components of the rotor turning device associated control device has the advantage that the rotor rotating device offered with its own control as a completely preconfigured unit and can be integrated into systems without having to intervene in the control of the system.
  • the Rot Arthurhverraum can be retrofitted in existing facilities in a simple manner. It is only crucial that the control of the rotor turning device on the control of the system activating and can be deactivated. The control operations themselves are carried out in the self-sufficient control device associated with the components of the rotor turning device.
  • the rotor turning device To realize the individual control functions, provision is made for the rotor turning device to comprise the following components:
  • Speed of the drive pinion of the rotor shaft at least indirectly descriptive size.
  • the control device comprises at least one input for coupling with the aforementioned devices and an output for coupling with an actuating device of the drive device and the pinion associated adjusting device for positioning the pinion relative to the drive pinion.
  • the variables detected with the aforementioned detection devices are sufficient to be able to make all the required basic controls of the rotor turning device - position positioning of the pinion.
  • a redundant detection is preferably provided.
  • at least two devices for detecting a rotational speed of the pinion at least indirectly descriptive size and a speed of the drive pinion of the rotor shaft at least indirectly descriptive size are respectively provided.
  • the control device then has an evaluation device for the redundantly detected variables.
  • Coupled is to be understood functionally and includes an operative connection of the components or systems to be coupled in. Mechanically, coupling may be achieved by a direct mechanical connection or a connection via intermediate transmission elements with or without Drehnnonnent./Srehunterwandlung exist. Couplings between control device and detection or adjusting devices can be realized in particular wirelessly or via line connections.
  • the detection of a variable that at least indirectly characterizes a specific quantity involves the direct detection of the specific variable or else the detection of a variable from which the determination variable is derived or can be determined via functional relationships.
  • the rotor turning device also comprises its own hydraulic fuel supply and / or guide system, via which the drive device and setting device of the pinion are operated and controlled.
  • the drive device of the pinion comprises, for example, at least one hydraulic motor and the adjusting device for setting the functional position of the pinion a hydraulically actuable actuator, wherein the drive means and the actuator of the pinion a hydraulic Betnebskarzers- and / or guide system with integrated actuators of the actuator of the drive device and the pinion associated adjusting device for positioning the pinion relative to the drive pinion is assigned.
  • the hydraulic Betnebsffenzers- and / or guide system can be completely self-sufficient from Betnebsffenzers- and / or management system of the system, in which the rotor rotating device is integrated or can be integrally formed in this.
  • at least one device for optional coupling / decoupling of the own hydraulic Betnebsffenzers- and / or guiding system of the rotor turning device with the hydraulic Betnebsstoffzers- and / or guiding system of the system is provided.
  • the adjusting device of the drive device for the pinion comprises in this case in an advantageous embodiment of a shut-off valve.
  • a flow control valve is provided in the supply line to the hydraulic motor, for example.
  • the pinion associated adjusting device for positioning the pinion relative to the drive pinion comprises at least one or more valves in the supply line to a hydraulically actuated actuator, which may be embodied for example as a cylinder / piston element.
  • a system in particular a power plant with at least one turbine and a central control device for controlling the turbine and a rotor rotating device according to one of claims 1 to 5 is executed.
  • the control of the rotor rotating device is thus decentralized and the rotor rotating device with control device can be integrated later as an independent functional unit in the system.
  • Figure 1 illustrates in a highly schematic representation of the basic structure and the basic function of a rotor rotating device according to the invention with autarkic control device;
  • FIG. 2 shows the control device
  • FIG. 3 illustrates, in a simplified schematic illustration, the components for the hydraulic control of the rotor turning device via the control device.
  • the gas turbine generator train 2 comprises at least one gas turbine 3 which can be operated with fuel and drives a generator 4 coupled thereto.
  • the rotor turning device 1 is the gas turbine 3 for supporting the Austrudeins associated with this and the start and with the rotor shaft RW, which is formed by the turbine shaft of the gas turbine 3, coupled. With the rotor shaft RW to a drive pinion 5 is rotatably connected or integrally formed therewith.
  • the rotor turning device 1 may be structurally designed differently.
  • the pinion 6 can this either directly from a prime mover of the drive device 7 or a unit of prime mover and downstream components, such as a transmission 20 are driven.
  • an adjusting device 9 is provided, which is also referred to as a pivoting device in the execution of the pinion 6 as a pivot pinion.
  • the pivoting device comprises a swivel arm or lever on which the swivel pinion 6 is mounted and an adjusting element 8 which, acting on the swivel arm, spins the pinion 6 from an engaged position into the disengaged position and vice versa.
  • the drive of the pinion 6 and the adjusting device 9 are hydraulically actuated.
  • the drive device 7 is designed as a hydraulic motor and the adjusting device 9 includes, for example, a hydraulic piston. These are supplied by a hydraulic Troffenerss- and / or guide system 14, not shown in Figure 1.
  • a control device 10 For controlling the adjusting device 9 and the drive of the pinion 6, a control device 10 is provided.
  • the control device 10 is designed as a self-sufficient control device 10, which is assigned only to the rotor turning device 1.
  • the latter has at least one interface 12 for coupling to a control system or control system 1 1 having control over the rotor turning device 1.
  • This interface 12 receives the control device
  • the control of the rotor rotation itself also referred to as turn operation, takes place only via the control device 10.
  • the interface to the higher-level control system of the entire system is in the simplest case via a Input 13 of the controller 10 for coupling with the parent control system 1 1 formed.
  • the term coupling is to be understood functionally and includes both wireless connections and direct line connections.
  • the control device 10 as shown in FIG. 2 on the basis of the representation of the rotor turning device 1, furthermore has at least one or more inputs for coupling to the following devices:
  • the control device 10 has at least one or more outputs for coupling to the drive device 7, in particular the hydraulic motor and the adjusting device 9.
  • the functional couplings are shown in FIG. This ensures that the function of rotating the rotor shaft RW no longer needs to be directly integrated into the central control, ie the control system 11, but is handled completely autonomously via a control device 10 provided decentrally therefor.
  • the rotor turning device 1 can then be offered / delivered as a unit from the structural components drive device 7, pinion 6 and adjusting device 9 and control device 10 and integrated into an overall system of a system.
  • the hydraulic fuel supply and / or guiding system 14 of the rotor turning device 1 can be a system that is fully integrated into the hydraulic fuel supply and / or guidance system of the overall system or, according to a second embodiment, a completely self-sufficient system in a first embodiment.
  • the rotor turning device 1 has a hydraulic Betnebskarzers- and / or guide system directly to the drive means 7 and the actuator 9 directly associated and autonomous, which can be coupled via an interface with a hydraulic Betnebsffenzers- and / or management system of the entire system, in particular a resource source thereof.
  • the functions of the coupling / decoupling are integrated in the hydraulic Betnebsffenzers- and / or guiding system 14 of the rotor rotating device 1. This integration can be done in different ways.
  • FIG. 3 illustrates a particularly advantageous embodiment on the basis of a schematic functional sketch.
  • the drive device 7, in particular the hydraulic motor and the adjusting element 8 of the adjusting device 9 in the form of a hydraulic piston are integrated into the hydraulic Betnebsffenzers- and / or guide system 14.
  • corresponding adjusting devices in particular in the form of valve devices, are provided.
  • an adjusting device 21 for selectively coupling / interrupting the resource supply to the hydraulic motor and an adjusting device 22 for controlling the rotational speed of the hydraulic motor are provided.
  • the adjusting device 21 comprises in the simplest case a shut-off valve 16, the adjusting device 22 and for controlling the rotational speed of the hydraulic motor, a control valve, in particular flow control valve or a proportional directional valve, which is adapted to vary the speed of the hydraulic motor between 0 and the required turn speed.
  • the control of the hydraulic piston for example via an adjusting device 23, comprising two series-connected solenoid valves.
  • the position of the swivel pinion / swivel arm is in the illustrated case, for example, of a total of four detection devices, in particular Proximity initiators, of which three are for disengagement and one for disengaging.
  • the rotor rotating device 1 and the ring gear of the drive pinion 5 of the rotor shaft RW two or more detection means 16, 17 for detecting a speed of the respective component at least indirectly characterizing size, in particular installed speed sensors.
  • the signals of the rotational speed sensors are then fed in a redundant configuration to two rotational speed detection systems in the control device 10.
  • the control of the rotor rotating device 1 is released from the central control of the system, in the embodiment shown in Figure 3, the control of hydraulic motor and actuator 9 via the control device 10.
  • the control device 10 the oil flow in the direction of the hydraulic motor by opening the shut-off valve and control the flow control valve, that the rotational speed of the pinion 6 of the shaft rotation direction 1 is almost synchronous to the rotational speed of the ring gear of the rotor shaft RW and the drive pinion 5.
  • Synchronous means that the teeth of the pinion 6 and the drive pinion 5 move at almost the same speed.
  • the solenoid valves which are assigned to the actuating element 8, are actuated by the control device 10.
  • the pinion 6 is brought into engagement with the drive pinion 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)

Abstract

Rotordrehvorrichtung und Anlage mit einer derartigen Die Erfindung betrifft eine Rotordrehvorrichtung (1) für eine, einen Rotor umfassende Arbeits- und/oder Kraftmaschine (3), deren Rotor mit einem von der Rotordrehvorrichtung antreibbaren Antriebsritzel (5) drehfest verbunden ist, mit einem über eine Antriebseinrichtung (7) antreibbaren Ritzel (6) und einer dem Ritzel (6) zugeordneten Stelleinrichtung (9) zum Positionieren des Ritzels (6) gegenüber dem Antriebsritzel (5) in zumindest zwei Funktionsstellungen - eine Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels mit dem Antriebsritzel im Eingriff ist und eine Außer-Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels Außer-Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsritzels ist. Diese Vorrichtung umfasst auch eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung (7) und Stelleinrichtung (9), die autark zu einer Steuereinrichtung (11) der Arbeits- und/oder Kraftmaschine (3) ist und eine Schnittstelle zur Steuereinrichtung der Arbeits- und/oder Kraftmaschine umfasst, welche ausgebildet ist, ein Signal oder Befehl zur Aktivierung oder Deaktivierung der Rotordrehvorrichtung (1) zu empfangen.

Description

Rotordrehvorrichtung und Anlage mit einer derartigen
Die Erfindung betrifft eine Rotordrehvorrichtung für eine, einen Rotor umfassende Arbeits- und/oder Kraftmaschine, deren Rotor mit einem von der Rotordrehvorrichtung antreibbaren Antriebsritzel drehfest verbunden ist, mit einem über eine Antriebseinrichtung antreibbaren Ritzel und einer dem Ritzel zugeordneten Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels gegenüber dem Antriebsritzel in zumindest zwei Funktionsstellungen - eine Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels mit dem Antriebsritzel im Eingriff ist und eine Außer-Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels Außer-Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsritzels ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage, insbesondere Kraftwerksanlage mit einer derartigen Rotordrehvorrichtung.
Unter Rotordrehvorrichtung wird im Allgemeinen eine Einrichtung verstanden, die zum Drehen einer Welle bzw. eines mit diesem gekoppelten Laufrades geeignet ist. Diese wird auch als Wellendreheinrichtung bezeichnet.
Derartige Rotordrehvorrichtungen, finden insbesondere Anlagen beim Austrudeln schwerer Laufräder von Turbinen Anwendung, um Verformungen der diese tragenden Wellen zu verhindern. So müssen beispielsweise bei Außerbetriebnahme von Gasturbinen in Gasturbinen-Generatorsträngen die Gasturbinen während des Austrudeins mit einer Mindest-drehzahl gedreht werden, um eine bleibende Wellenverformung durch das Eigengewicht des Läufers zu verhindern. Dieser Vorgang wird dabei mindestens bis zur Abkühlung auf die Temperatur ausgeführt, bei der eine ausreichende Materialfestigkeit des Wellenmaterials gegeben ist. Das Drehen kann sowohl aus dem Stillstand des Strangs beginnen oder durch Auffangen beim Austrudeln des Stangs bei einer sogenannten „Turndrehzahl", welche der erforderlichen Mindestdrehzahl beim Austrudeln entsprechen kann. Bei einer älteren Ausführungsart einer Rotordreh Vorrichtung wird dabei ein Pelton-Rad, das am Laufrad der Turbine montiert ist, mit einem Öl-Strahl beaufschlagt. Äußerst problematisch gestaltet sich dabei, dass das verwendete Hydrauliköl bei zunehmender Öltemperatur, typischerweise verursacht durch hohe Umgebungstemperaturen oder lang anhaltenden Drehbetrieb, zum Schäumen neigt. In diesem Fall ist weder ein Starten des„Turnens" noch ein Fortführen desselben möglich. Allerdings ist dieses Antriebssystem torsionsflexibel. Das System lässt Schlupf zu; wodurch ein Zuschalten der Rotordrehvorrichtung auch im laufenden Betrieb erfolgen kann, d.h. ein Auffangen des Stranges beim Austrudeln ist möglich und eine einfache Steuerung ist ausreichend.
Bei hydraulisch betätigbaren Rotordrehvorrichtungen wird mittels Hydraulikmotor ein Ritzel angetrieben, das zum Rotordrehen in einen Zahnkranz eingreifen kann der an der Turbinenwelle angeflanscht ist. Das treibende Ritzel ist dazu an einer Gabel schwenkbar gelagert und wird über einen Hydraulikzylinder in Zahneingriff mit dem Zahnkranz der Rotorwelle gebracht bzw. dem Eingriff entzogen. Ein Zuschalten im laufenden Betrieb kann dabei nur bei gleicher Zahnumfangsgeschwindigkeit von Ritzel und Zahnkranz der Rotorwelle erfolgen. Beim Zuschalten bei stehendem Strang ist eine sehr geringe Drehzahl des Ritzels günstig, um eine Kollision beider Zahnköpfe beim Einrücken zu vermeiden. Die Drehzahlsynchronisation erfordert allerdings eine aufwändige Steuerung, wobei diese Steuerung in der Steuerung der Anlage integriert ist. Das Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Anlage verfügt dazu über einen Hochdruckteil; der den Hydraulikmotor antreibt. Ein Nachrüsten derartiger Rotordrehvorrichtungen, insbesondere mit hydraulischer Betätigung in bestehenden Anlagen ist daher nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich. Ferner ist bei Konfiguration von Neuanlagen die Funktion der Rotordrehvorrichtung in der Steuerung mit zu berücksichtigen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde eine Rotordrehvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese mit geringem Aufwand und ohne haftungskritischen Eingriff in die Anlagenteuerung in Neuanlagen als auch Altanlagen integrierbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 6 charakterisiert. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Rotordrehvorrichtung für eine, einen Rotor umfassende Arbeits- und/oder Kraftmaschine, deren Rotor mit einem von der Rotordrehvorrichtung antreibbaren Antriebsritzel drehfest verbunden ist, mit einem über eine Antriebseinrichtung antreibbaren Ritzel und einer dem Ritzel zugeordneten Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels gegenüber dem Antriebsritzel in zumindest zwei Funktionsstellungen - eine Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels mit dem Antriebsritzel im Eingriff ist und eine Außer-Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels Außer-Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsritzels ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung und Stelleinrichtung umfasst, die autark zu einer Steuereinrichtung der Arbeitsund/oder Kraftmaschine ist und eine Schnittstelle zur Steuereinrichtung der Arbeits- und/oder Kraftmaschine umfasst, welche ausgebildet ist, ein Signal oder Befehl zur Aktivierung oder Deaktivierung der Rotordrehvorrichtung zu empfangen.
Die erfindungsgemäße Lösung der dezentralen Steuerung durch Vorsehen einer eigenen, nur den Komponenten der Rotordrehvorrichtung zugeordneten Steuereinrichtung bietet den Vorteil, dass die Rotordrehvorrichtung mit eigener Steuerung als komplett vorkonfigurierte Einheit angeboten und in Anlagen integrierbar ist, ohne in die Steuerung der Anlage eingreifen zu müssen. Die Rotordrehverrichtung kann dadurch auch in bestehenden Anlagen auf einfache Art und Weise nachgerüstet werden. Entscheidend ist lediglich, dass die Steuerung der Rotordrehvorrichtung über die Steuerung der Anlage aktivier- und deaktivierbar ist. Die Steuervorgänge selbst werden in der den Komponenten der Rotordreh Vorrichtung zugeordneten autarken Steuereinrichtung vorgenommen.
Zur Realisierung der einzelnen Steuerfunktionen ist vorgesehen, dass die Rotordrehvorrichtung nachfolgende Komponenten umfasst:
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen zur Erfassung einer die
Funktionsstellung des Ritzels wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen zur Erfassung einer die
Drehzahl des Antriebsritzels der Rotorwelle wenigstens mittelbar beschreibenden Größe.
Die Steuereinrichtung umfasst zumindest einen Eingang zur Kopplung mit den vorgenannten Einrichtungen und einen Ausgang zur Kopplung mit einer Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung und der dem Ritzel zugeordneten Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels gegenüber dem Antriebsritzel.
Die mit vorgenannten Erfassungseinrichtungen erfassten Größen sind dabei ausreichend, alle erforderlichen Grundansteuerungen der Rotordrehvorrichtung - Lagepositionierung des Ritzels vornehmen zu können. Zur Gewährleistung einer hohen Funktionalität und Erkennung von Fehlerzuständen ist vorzugsweise eine redundante Erfassung vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind jeweils wenigstens zwei Einrichtungen zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und einer die Drehzahl des Antriebsritzels der Rotorwelle wenigstens mittelbar beschreibenden Größe vorgesehen. Die Steuereinrichtung weist dann eine Auswerteinrichtung für die redundant erfassten Größen auf.
Der Begriff „Kopplung" ist funktional zu verstehen und beinhaltet eine Wirkverbindung der zu koppelnden Komponenten oder Systeme. Mechanisch kann Kopplung durch eine direkte mechanische Verbindung oder eine Verbindung über zwischengeordnete Übertragungselemente mit oder frei von Drehnnonnent./Drehzahlwandlung bestehen. Kopplungen zwischen Steuereinrichtung und Erfassungs- oder Stelleinrichtungen können insbesondere drahtlos oder über Leitungsverbindungen realisiert werden. Die Erfassung einer eine bestimmte Größe (Bestimmungsgröße) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe beinhaltet die direkte Erfassung der bestimmten Größe oder aber die Erfassung einer Größe, aus welcher die Bestimmungsgröße abgeleitet oder über funktionale Zusammenhänge ermittelbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Rotordrehvorrichtung auch ein eigenes hydraulisches Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem, über welches die Antriebseinrichtung und Stelleinrichtung des Ritzels betrieben und gesteuert wird. Die Antriebseinrichtung des Ritzels umfasst beispielsweise zumindest einen Hydraulikmotor und die Stelleinrichtung zur Einstellung der Funktionsstellung des Ritzels ein hydraulisch betätigbares Stellelement, wobei der Antriebseinrichtung und der Stelleinrichtung des Ritzels ein hydraulisches Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem mit integrierten Stellelementen der Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung und der dem Ritzel zugeordneten Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels gegenüber dem Antriebsritzel zugeordnet ist.
Das hydraulische Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem kann vollständig autark vom Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Anlage, in welche die Rotordrehvorrichtung integriert ist oder aber in diese integrierbar ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall ist zumindest eine Einrichtung zur wahlweisen Kopplung/Entkopplung des eigenen hydraulischen Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystems der Rotordrehvorrichtung mit dem hydraulischen Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Anlage vorgesehen. Die Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung für das Ritzel umfasst in diesem Fall in einer vorteilhaften Ausbildung ein Absperrventil. Zur Realisierung der Steuerung der Drehzahl des Hydraulikmotors ist beispielsweise ein Stromregelventil in der Zulaufleitung zum Hydraulikmotor vorgesehen. Die dem Ritzel zugeordnete Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels gegenüber dem Antriebsritzel umfasst zumindest ein oder mehrere Ventile in der Zulaufleitung zu einem hydraulisch betätigbaren Stellelement, welches beispielsweise als Zylinder-/Kolbenelement ausgeführt sein kann. In vorteilhafter Ausbildung ist eine Anlage, insbesondere Kraftwerksanlage mit zumindest einer Turbine und einer zentralen Steuervorrichtung zur Steuerung der Turbine und einer Rotordrehvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt. Die Steuerung der Rotordrehvorrichtung erfolgt somit dezentral und die Rotordrehvorrichtung mit Steuereinrichtung kann noch als eigenständige Funktionseinheit nachträglich in die Anlage integriert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 verdeutlicht in stark schematisierter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion einer erfindungsgemäßen Rotordrehvorrichtung mit autarker Steuereinrichtung;
Figur 2 zeigt die Steuereinrichtung;
Figur 3 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung die Komponenten zur hydraulische Ansteuerung der Rotordrehvorrichtung über die Steuereinrichtung.
Die Figur 1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung eine beispielhafte Anordnung einer erfindungsgemäßen Rotordrehvorrichtung 1 in einem Gasturbinen-Generatorstrang 2 eines Kraftwerkes. Der Gasturbinen- Generatorstrang 2 umfasst zumindest eine mit Brennstoff betreibbare Gasturbine 3, die einen mit dieser gekoppelten Generator 4 antreibt. Die Rotordrehvorrichtung 1 ist der Gasturbine 3 zur Unterstützung des Austrudeins dieser und des Anfahrens zugeordnet und mit der Rotorwelle RW, die von der Turbinenwelle der Gasturbine 3 gebildet ist, koppelbar. Mit der Rotorwelle RW ist dazu ein Antriebsritzel 5 drehfest verbunden oder einteilig mit dieser ausgebildet. Die Rotordrehvorrichtung 1 kann konstruktiv verschiedenartig ausgebildet sein. Diese umfasst ein über eine Antriebseinrichtung 7 antreibbares und mit dem Antriebsritzel 5 in eine Eingriffsstellung/ aus der Eingriffsstellung heraus - Außer- Eingriffsstellung - verbringbares Ritzel 6. Das Ritzel 6 kann dazu entweder direkt von einer Antriebsmaschine der Antriebseinrichtung 7 oder über eine Einheit aus Antriebsmaschine und nachgeordneten Komponenten, beispielsweise ein Getriebe 20 angetrieben werden. Um das Ritzel 6 in die entsprechenden Stellungen gegenüber dem Antriebsritzel verbringen zu können, d.h. Einbringen in die Eingriffsstellung und zum Ausfahren aus der Eingriffsstellung ist eine Stelleinrichtung 9 vorgesehen, welche bei Ausführung des Ritzels 6 als Schwenkritzel auch als Schwenkeinrichtung bezeichnet wird. Die Schwenkeinrichtung umfasst im einfachsten Fall einen Schwenkarm oder Hebel, an welchem das Schwenkritzel 6 gelagert ist und ein Stellelement 8, welches am Schwenkarm angreifend das Ritzel 6 von einer Eingriffsstellung in die Außer- Eingriffsstellung und umgekehrt verbringt.
Der Antrieb des Ritzels 6 und die Stelleinrichtung 9 sind hydraulisch betätigbar. Die Antriebseinrichtung 7 ist als Hydraulikmotor ausgebildet und die Stelleinrichtung 9 umfasst beispielsweise einen Hydraulikkolben. Diese werden von einem in Figur 1 nicht dargestellten hydraulischen Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 14 versorgt.
Zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 9 und des Antriebes des Ritzels 6 ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 10 als autarke, lediglich der Rotordrehvorrichtung 1 zugeordnete Steuereinrichtung 10 ausgebildet. Diese weist zumindest eine Schnittstelle 12 zur Kopplung mit einem der Steuerung der Rotordrehvorrichtung 1 übergeordneten Steuersystem bzw. Leitsystem 1 1 auf. Über diese Schnittstelle 12 erhält die Steuereinrichtung 10 die Freigabe/den Befehl zur Vornahme einer gewünschten Turnoperation der Rotorwelle RW der Gasturbine 3. Die Steuerung der Rotordrehung selbst, auch als Turnoperation bezeichnet, erfolgt nur über die Steuereinrichtung 10. Die Schnittstelle zum übergeordneten Leitsystem der Gesamtanlage wird dabei im einfachsten Fall über einen Eingang 13 der Steuereinrichtung 10 zur Kopplung mit dem übergeordneten Leitsystem 1 1 gebildet. Der Begriff Kopplung ist funktional zu verstehen und beinhaltet sowohl drahtlose Verbindungen als auch direkte Leitungsverbindungen. Um die Funktion des Drehens ausführen zu können, weist die Steuereinrichtung 10, wie in Figur 2 anhand der Darstellung der Rotordrehvorrichtung 1 wiedergegeben, ferner zumindest einen oder mehrere Eingänge zur Kopplung mit nachfolgenden Einrichtungen auf:
- eine oder mehrere Einrichtungen 15 zur Erfassung einer die Funktionsstellung des Ritzels 6 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
- eine oder mehrere Einrichtungen 16 zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels 6 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
- eine oder mehrere Einrichtungen 17 zur Erfassung einer die Drehzahl des Antriebsritzels 5 der Rotor- bzw. Turbinenwelle RW wenigstens mittelbar beschreibenden Größe. Ferner weist die Steuereinrichtung 10 zumindest einen oder mehrere Ausgänge zur Kopplung mit der Antriebseinrichtung 7, insbesondere dem Hydraulikmotor und der Stelleinrichtung 9 auf. Die funktionalen Kopplungen sind in der Figur 2 wiedergegeben. Dadurch wird gewährleistet, dass die Funktion des Verdrehens der Rotorwelle RW nicht mehr in die zentrale Steuerung, d.h. das Leitsystem 1 1 direkt integriert werden muss sondern vollständig autark über eine dezentral dazu vorgesehene Steuereinrichtung 10 abgewickelt wird. Die Rotordrehvorrichtung 1 kann dann als Einheit aus den konstruktiven Komponenten Antriebseinrichtung 7, Ritzel 6 und Stelleinrichtung 9 sowie Steuereinrichtung 10 angeboten/geliefert und in ein Gesamtsystem einer Anlage integriert werden. Beim hydraulischen Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 14 der Rotordrehvorrichtung 1 kann es sich in einer ersten Ausbildung um ein in das hydraulische Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Gesamtanlage integrierbares System oder gemäß einer zweiten Ausführung um ein vollständig autarkes System handeln.
Vorzugsweise weist die Rotordrehvorrichtung 1 ein der Antriebseinrichtung 7 und der Stelleinrichtung 9 direkt zugeordnetes und autarkes hydraulisches Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem auf, welches über eine Schnittstelle mit einem hydraulischen Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Gesamtanlage, insbesondere einer Betriebsmittelquelle dessen koppelbar ist. Die Funktionen der Kopplung/Entkopplung sind dabei in das hydraulische Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 14 der Rotordrehvorrichtung 1 integriert. Diese Integration kann verschiedenartig erfolgen. Figur 3 verdeutlicht anhand einer schematischen Funktionsskizze eine besonders vorteilhafte Ausbildung. Die Antriebseinrichtung 7, insbesondere der Hydraulikmotor und das Stellelement 8 der Stelleinrichtung 9 in Form eines Hydraulikkolbens sind in das hydraulische Betnebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 14 integriert. Zur Erfüllung der unterschiedlichen Aufgaben sind entsprechende Stelleinrichtungen, insbesondere in Form von Ventileinrichtungen vorgesehen. Im dargestellten Fall sind eine Stelleinrichtung 21 zur wahlweisen Kopplung/Unterbrechung der Betriebsmittelversorgung zum Hydraulikmotor und eine Stelleinrichtung 22 zur Steuerung der Drehzahl des Hydraulikmotors vorgesehen. Die Stelleinrichtung 21 umfasst im einfachsten Fall ein Absperrventil 16, die Stelleinrichtung 22 und zur Steuerung der Drehzahl des Hydraulikmotors ein Regelventil, insbesondere Stromregelventil oder ein Proportional-Wegeventil, welches geeignet ist, die Drehzahl des Hydraulikmotors zwischen 0 und der geforderten Turndrehzahl zu variieren.
Die Ansteuerung des Hydraulikkolbens erfolgt beispielsweise über eine Stelleinrichtung 23, umfassend zwei in Reihe geschaltete Magnetventile.
Die Stellung des Schwenkritzels/Schwenkarms wird im dargestellten Fall beispielsweise von insgesamt vier Erfassungseinrichtungen, insbesondere Näherungsinitiatoren, von denen beispielsweise drei für die Stellung Außer- Eingriff und eine für die Erfassung der Eingriffsstellung vorgesehen sind.
Zur redundanten Erfassung der Drehzahlen sind sowohl am Ritzel 6
der Rotordrehvorrichtung 1 als auch am Zahnkranz des Antriebsritzels 5 der Rotorwelle RW zwei oder mehrere Erfassungseinrichtungen 16, 17 zur Erfassung einer die Drehzahl der jeweiligen Komponente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere Drehzahlsensoren installiert. Die Signale der Drehzahlsensoren werden in einer redundanten Konfiguration dann zwei Drehzahlerfassungssystemen in der Steuereinrichtung 10 zugeführt.
Ist die Steuerung der Rotordrehvorrichtung 1 von der zentralen Steuerung der Anlage freigegeben, erfolgt bei der in Figur 3 dargestellten Ausführung die Ansteuerung von Hydraulikmotor und Stelleinrichtung 9 über die Steuereinrichtung 10. Insbesondere wird die Steuereinrichtung 10 den Ölstrom in Richtung Hydraulikmotor derart durch Öffnung des Absperrventils und des Stromregelventils steuern, dass die Drehzahl des Ritzels 6 der Wellendreheinnchtung 1 nahezu synchron zur Drehzahl des Zahnkranzes der Rotorwelle RW bzw. des Antriebsritzels 5 ist. Synchron bedeutet dabei, dass die Zähne des Ritzels 6 und des Antriebsritzels 5 sich mit nahezu gleicher Geschwindigkeit bewegen. Ist der Zustand Synchron erreicht, werden seitens der Steuereinrichtung 10 die Magnetventile, die dem Stellelement 8 zugeordnet sind, angesteuert. Damit wird das Ritzel 6 in Eingriff mit dem Antriebsritzel 5 gebracht. Dieser Vorgang wird seitens der Steuerung zeitlich überwacht. Ist das Einschwenken vollzogen, kann der Hydraulikmotor auf die maximale Drehzahl und damit die Rotorwelle RW auf die geforderte Turndrehzahl gebracht werden. Ist die Steuerung deaktiviert, werden die Magnetventile, die dem Hydraulikkolben zugeordnet sind, nicht angesteuert. Der Hydraulikkolben wird beispielsweise durch Federkraft in Grundstellung gebracht und damit das Schwenkritzel 6 vom Antriebsritzel 5 getrennt. Auch dieser Vorgang wird seitens der Steuerung zeitlich überwacht. Bezugszeichenliste
1 Rotordreh Vorrichtung
2 Gasturbinen-Generatorstrang
3 Gasturbine
4 Generator
5 Antriebsritzel
6 Ritzel, Schwenkritzel
7 Antriebseinrichtung
8 Stellelement
9 Stelleinrichtung
10 Steuereinrichtung
1 1 Leitsystem
12 Schnittstelle
13 Eingang
14 Bet ebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem
15 Einrichtung zur Erfassung einer die Funktionsstellung des
Ritzels 6 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
16 Einrichtungen zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels 6 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
17 Einrichtung zur Erfassung einer die Drehzahl des
Antriebsritzels 5 der Rotorwelle RW wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
18 Ausgang
19 Ausgang
20 Getriebe
21 Stelleinrichtung zur wahlweisen Kopplung/Unterbrechung der
Betriebsmittelversorgung zum Hydraulikmotor
22 Stelleinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des
Hydraulikmotors
23 Stelleinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Rotordreh Vorrichtung (1 ) für eine, einen Rotor umfassende Arbeits- und/oder Kraftmaschine (3), deren Rotor mit einem von der Rotordrehvorrichtung (1 ) antreibbaren Antriebsritzel (5) drehfest verbunden ist,
mit einem über eine Antriebseinrichtung (7) antreibbaren Ritzel (6) und einer dem Ritzel (6) zugeordneten Stelleinrichtung (9) zum Positionieren des Ritzels (6) gegenüber dem Antriebsritzel (5) in zumindest zwei Funktionsstellungen - eine Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels (6) mit dem Antriebsritzel (5) im Eingriff ist und eine Außer- Eingriffsstellung, in welcher die Verzahnung des Ritzels (6) Außer-Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsritzels (5) ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung (7) und Stelleinrichtung (9) umfasst, die autark zu einer Steuereinrichtung (1 1 ) der Arbeits- und/oder Kraftmaschine (3) ist und eine Schnittstelle zur Steuereinrichtung der Arbeits- und/oder Kraftmaschine (3) umfasst, welche ausgebildet ist, ein Signal oder Befehl zur Aktivierung oder Deaktivierung der Rotordrehvorrichtung (1 ) zu empfangen.
2. Rotordrehvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass diese umfasst:
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen (15) zur Erfassung einer die Funktionsstellung des Ritzels (6) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen (16) zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels (6) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und
- zumindest eine oder mehrere Einrichtungen (17) zur Erfassung einer die Drehzahl des Antriebsritzels (5) und/oder Rotorwelle (RW) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
und die Steuereinrichtung (10) zumindest einen Eingang (13) zur Kopplung mit den vorgenannten Einrichtungen (15, 16, 17) und einen Ausgang zur Kopplung mit zumindest einer Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung (7) und der dem Ritzel (6) zugeordneten Stelleinrichtung (9) zum Positionieren des Ritzels (6) gegenüber dem Antriebsritzel (5) aufweist.
3. Rotordrehvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese zur redundanten Erfassung jeweils wenigstens zwei Einrichtungen (16, 17) zur Erfassung einer die Drehzahl des Ritzels (6) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und einer die Drehzahl des Antriebsritzels (5) der Rotorwelle (RW) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe umfasst, und die Steuereinrichtung (10) eine Auswerteinrichtung der redundant erfassten Größen aufweist.
4. Rotordrehvorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebseinrichtung (7) des Ritzels (6) zumindest einen Hydraulikmotor und die Stelleinrichtung (9) zur Einstellung der Funktionsstellung des Ritzels (6) ein hydraulisch betätigbares Stellelement
(8) umfasst, wobei der Antriebseinrichtung (7) und der Stelleinrichtung (9) des Ritzels (6) ein hydraulisches Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem (14) mit integrierten Stellelementen der Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung (7) und der dem Ritzel (6) zugeordneten Stelleinrichtung
(9) zum Positionieren des Ritzels (6) gegenüber dem Antriebsritzel (5) zugeordnet ist.
5. Rotordrehvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung der Antriebseinrichtung (7) ein Absperrventil und ein Stromregelventil oder ein Proportional-Wegeventil in der Zulaufleitung zum Hydraulikmotor umfasst und die dem Ritzel (6) zugeordneten Stelleinrichtung zum Positionieren des Ritzels (6) gegenüber dem Antriebsritzel (5) zumindest ein oder mehrere Ventile in der Zulaufleitung zu einem hydraulisch betätigbaren Stellelement (8) umfasst.
Anlage, insbesondere Kraftwerksanlage mit zumindest einer Arbeitsund/oder Kraftmaschine, insbesondere in Form einer Turbine oder Gasturbine, einer zentralen Steuervorrichtung zur Steuerung dieser und einer Rotordrehvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) der Rotordrehvorrichtung (1 ) über die Schnittstelle (12) mit der zentralen Steuervorrichtung , insbesondere einem Leitsystem (1 1 ) für die Arbeits- und/oder Kraftmaschine gekoppelt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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