CH323116A - Gasturbinenanlage mit getrennten Maschinensätzen zur Erzeugung der Verdichterleistung und der Nutzleistung - Google Patents

Description

      Gasturbinenanlage    mit getrennten Maschinensätzen zur Erzeugung der     Verdichterleistung     und der Nutzleistung    Es ist bekannt, eine     Gasturbinenanlage    in  zwei     Maschinensätze    aufzulösen, einen Ma  schinensatz, in dem die     Verdichterleistung    er  zeugt wird, und einen zweiten Maschinensatz  zur Deckung des     Nutzleistungsbedarfes.    Ob  man dabei die     Verdichterturbine    vor oder  hinter die     Nutzleistungsturbine    schaltet, ist  für die nachstehenden Ausführungen unerheb  lich.

   Die Trennung der beiden Maschinensätze  hat den Vorteil, dass man sie unabhängig von  einander mit der für sie jeweils günstigen  Drehzahl fahren kann. Es sei angenommen,  die     Nutzleistungsturbine    laufe mit konstanter  Drehzahl. Die     Verdichterturbine    dagegen wird  mit der Drehzahl betrieben, die für den augen  blicklichen Lastzustand am günstigsten ist.  Sie läuft also bei hoher Last zur Erzielung  einer hohen Luftförderung mit höherer Dreh  zahl, bei kleinen Lasten mit geringerer Dreh  zahl.  



       Erfahrungsgemäss    ist es nicht ganz ein  fach, die     Verdichterdrehzahl        absolut    genau  auf den jeweiligen Belastungswert der Nutz  leistungsturbine     einzuregeln.    Es werden kleine  Lastunterschiede auftreten, bei denen der     Ver-          dichtersatz    zu schnell laufen, also mehr Luft  fördern würde als gebraucht wird, oder bei  denen er in der Drehzahl etwas zurückblei  ben und dann zuwenig fördern würde. Hier  für muss ein gewisser Ausgleich geschaffen   erden.

   Eine weitere wichtige und schwierige    Aufgabe tritt aber bei Laständerungen der       Nutzleistungsturbine    auf, eine Aufgabe, die  um so schwieriger wird, je steiler die Last  änderungen verlaufen. Der     Verdichtermaschi-          nensatz    kann wegen seiner erheblichen       Schwungmomente    den Laständerungen des  Generators nicht ohne weiteres folgen, kann  sich vielmehr nur mit einer gewissen zeitlichen  Verschiebung auf den neuen Belastungswert  einstellen. Hieraus ergibt sich die Aufgabe,  diese zeitliche Verschiebung wesentlich zu ver  kürzen.  



  Aufgaben dieser Art treten auch in andern  Zweigen des Maschinenbaues auf und werden  dann vielfach durch die Einführung eines  Schwungrades gelöst. Auch bei der Erfindung  soll von einem solchen Schwungrad Gebrauch  gemacht werden. Ein Schwungrad kann nur  wirksam werden, wenn sich seine Drehzahl  ändert. Nur bei Drehzahlabsenkung kann es  sich entladen und nur bei Drehzahlanstieg  aufladen. Sofern es nur die Aufgabe hat, eine       Drehzahl    möglichst gleich zu halten, setzt man  es unmittelbar auf die Maschinenwelle. Diese  Voraussetzung ist im vorliegenden Fall je  doch nicht gegeben, da, worauf bereits hin  gewiesen wurde, der     Verdichtersatz    mit je  nach     derBelastung        wechselnderDrehzahl    läuft.

    Es wäre daher erforderlich, zwischen Schwung  rad und Welle des     Verdichtermaschinensat-          zes    eine veränderliche     >J'bersetzung,    etwa in      Form eines Flüssigkeitsgetriebes, einzuschal  ten.     Wenngleich    dieser Weg gangbar ist, so  erfordert er doch einen erheblichen Bauauf  wand.  



  Nach der Erfindung wird eine vorteilhafte,       besonders    günstige Regelverhältnisse     ermög-          lielrende    Ausbildung derartiger Anlagen da  durch erzielt, dass zum Leistungsausgleich ein  freilaufendes, mit einer elektrischen Regel  maschine, z. B. mit einer Gleichstromregel  maschine, gekuppeltes Schwungrad     vorgese-          lien    ist und dass die Regelmaschine elektrisch  mit zwei Ausgleichsmaschinen, von denen die  eine- mit dem     Verdichtermaschinensatz    und  die andere mit dem     Nutzleistungsmaschinen-          satz    gekuppelt ist,     verbunden    ist.

   Diese Lö  sung     maelit    es möglich, bei Laststössen die       Verdiehtermasehinenleistung    durch Energie  entnahme aus dem Schwungrad zu erhöhen,  anderseits gestattet sie, bei geringerer Nutz  leistung von dem     Nutzleistungsmaschinensatz     wie von dem     Verdichte.rmasehinensatz    Energie  dem     Schwungrad    zuzuführen.  



  Im folgenden soll die Erfindung an Hand  eines Ausführungsbeispiels näher erläutert  werden, das sieh auf eine erfindungsgemäss  ausgebildete     Gasturbinenanlage    bezieht. Mit 1  ist in der Zeichnung der Verdichter bezeich  net, der von der Gasturbine 2 angetrieben  wird. 3 bedeutet die zwischen Verdichter und  Gasturbine eingeschaltete     Brennkammer.    Zur       Nutzleistungserzeugung    dient der     Nutzlei-          stungsmascliinensatz,    der aus der Gasturbine 4  und einem elektrischen Generator 5 besteht.

    Die     Nutzleistungsturbine    4 ist mit der     Ver-          dichterturbine    2 im Zuge des     Entspannungs-          verlaufes    in Reihe geschaltet. Etwaige Wärme  austauscher,     Zwischenüberhitzer    usw. sind, da  für die Erfindung unerheblich, nicht darge  stellt. Der Maschinensatz 4, 5 möge auf ein  Netz     starrer    Frequenz arbeiten, also mit kon  stanter Drehzahl. laufen, während die Dreh  zahl des Maschinensatzes 1, 2 mit der Last  veränderlich ist. Um nun einen Leistungsaus  gleich zu ermöglichen, insbesondere bei Last  stössen die     Verdichterleistung    erhöhen zu kön  nen, ist ein Schwungrad 6 vorgesehen.

   Das  Schwungrad 6 ist mit einer elektrischen Regel-         maschine    8 gekuppelt, die durch Leitungen  mit zwei mit den beiden     Maschinengruppen     mechanisch verbundenen     Ausgleichmaschinen     7 und 9     verbunden    ist. Die     Ausgleichmaschine     7 ist hierbei starr mit. dem     Verdiclitermaselri-          nensatz,    die     Ausgleiehmasehine    9 mit dem       Nutzleistungsmaschinensatz    verbunden. 10,     l    l  und 12 sind     Grunderregerwieklungen    der Ma  schinen 8, 7 und 9.

   Zusätzlich ist die Ma  schine 8 mit einer Regelwicklung     10a.,    die  Maschine 7 mit. einer im entgegengesetzten  Sinn geschalteten Regelwicklung     11a    und die  Maschine 9 mit einer     Regelwicklung        12a    ver  sehen.

   Durch geeignete Änderung des den Re  gelwicklungen zugeführten Stromes kann nun  erreicht werden, dass einerseits bei Unter  schreitung einer gewissen Leistung sowohl  von der     Ausgleiehmasehine    7, die mit. dem       Verdiehtermaschinensatz        l.,    2 gekuppelt ist,  als auch von der     Ausgleichmaschine    9, die  mit dem     Nutzleistungsmaschinensatz    4, 5 ge  kuppelt ist, über die Regelmaschine 8 dem  Schwungrad 6 unter Erhöhung seiner Dreh  zahl Energie zugeführt werden kann.

   Bei  einem bestimmten Belastungszustand wird  sich bei einer gewissen Drehzahl des     Verdieh-          termaschinensatzes    ein Gleichgewichtszustand  einstellen, so dass kein Leistungsaustausch  eintritt. Erfolgt aus irgendeinem Grunde ein  Drehzahlabfall der     Verdiehterturbine,    so wird  die Maschine 8 als Generator arbeiten, so dass  die Maschine 7 als Motor die Drehzahl des       Verdichtermaschinensatzes    1 erhöht.

   Solange  die Belastung des     Nutzleistungsgenerators    5  einen gewissen Wert nicht übersteigt, kann  auch die Maschine 9 zur Drehzahlschaltung  des     Verdichterniaschinensatzes    Energie ab  geben.     Tritt    ein grösserer Laststoss auf, so  kann durch die elektrische Regelung die Re  gelmaschine 8 unter Entnahme von Energie  aus dem Schwungrad 6 zur erhöhten Lei  stungsabgabe veranlasst werden, wobei das  Feld der Maschine 8 durch zusätzliche Erre  gung mittels der Erregerwicklung     10a    ver  stärkt und das Feld der     Ausgleichmaschine    7  durch die feldschwächende Wirkung der  Wicklung     11a    geschwächt wird.

   In diesem  Fall     kann    man den Generator 9 beispielsweise      so abhängig von dem Laststrom des     Nutzlei-          stungsgenerators    5 beeinflussen, dass er durch  die Regelwicklung     12a    auf den Strom Null  geregelt wird.  



  Man erkennt, dass es die erfindungsgemässe  Anordnung ermöglicht, einen Leistungsaus  gleich zwischen dem     Nutzleistungsmasehinen-          satz    und dem     Verdiehtermaschinensatz    unter  Einschaltung des     Schwungrades    zu     ermögli-          ehen.        Zweekmässigerweise    wird man die Rege  lung der Maschinensätze durch selbsttätig wir  kende Regeleinrichtungen herbeiführen.

   Zur  Auslösung der Regelimpulse können dabei die  Drehzahl der     Verdichterturbine,    die Regelung  der Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine be  wirkende Regelorgane sowie ferner     -unter    Um  ständen der Strom des     Nutzleistungsgenera-          tors    herangezogen werden. Die Regelimpulse  wirken auf geeignete Servomotoren, z. B.       Druekölantriebe,    ein, durch welche entspre  chend der verlangten Regelung die Feldregler  im     Stromkreis    der     Steuerwieklungen        10a    bis  12a verstellt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gasturbinenanlage mit getrennten Maschi nensätzen zur Erzeugung der Verdichterlei= stung und der Nutzleistung, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Ermöglichung eines Lei stungsausgleiches zwischen den Maschinensät zen ein freilaufendes, mit einer elektrischen Regelmaschine gekuppeltes Schwungrad vor gesehen ist und dass die Regelmaschine elek trisch mit einer mit dem Verdichtermaschinen- satz und mit einer mit dem Nutzleistungs- maschinensatz gekuppelten elektrischen Aus gleichmaschine verbunden ist.

   UNTERANSPRUCH Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die mit dem Schwungrad gekuppelte Regelmaschine als auch die Ausgleiehmaschinen des Verdich- termaschinensatzes und des Nutzleistungs- maschinensatzes je als regelbare Gleichstrom maschine mit einer Grunderregerwicklung und einer Riegelwicklung ausgebildet sind.