-
Einrichtung zum Anwerfen von Gasturbinensätzen In der Patentanmeldung
S 61468 VIIIb/21 d3 ist eine Einrichtung und ein Verfahren zum Anwerfen von Gasturbinensätzen
unter Verwendung des Generators zur Erzeugung des Anwurfmomentes angegeben. Der
Anfahrvorgang erfolgt in der Weise, daß der Generator des Maschinensatzes nach vorangehendem
Beschleunigen auf eine geringe Drehzahl durch die Wellendrehvorrichtung von dieser
Drehzahl unter Zuführung einer veränderlichen Frequenz von einem Frequenzumformer
gespeist und vorzugsweise synchron hochgefahren wird.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung der im Hauptpatent
vorgesehenen Einrichtung und besteht darin, daß als Frequenzumformer ein asynchroner
Motorgeneratorsatz vorgesehen ist, der aus einem drehzahlregelbaren Asynchronmotor
für den Antrieb und einem polumschaltbaren Asynchronmotor mit Kurzschlußläuferanker
besteht. Der Frequenzumformer wird beim Anfahren in der Weise betrieben, daß zunächst
der Asynchronmotor, welcher zur Regelung als Schleifringläufermotor oder polumschaltbarer
Kurzschlußläufermotor ausgebildet sein kann, auf die synchrone Drehzahl hochgefahren
wird, während gleichzeitig bei Speisung durch den für die niedrige Polzahl geschalteten
Asynchrongenerator der Generator der Gasturbinenanlage auf eine Teildrehzahl beschleunigt
wird. Anschließend wird der Asynchrongenerator des Umformersatzes auf eine andere
Polzahl umgeschaltet, welche einer höheren Frequenz entspricht. Dies hat zur Folge,
daß der Gasturbinengenerator weiter beschleunigt wird, bis seine Drehzahl angenähert
der synchronen Frequenz des Asynchrongenerators entspricht.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet die Möglichkeit, mit kleinem
Aufwand ein Hochfahren des Gasturbinensatzes unter Anwendung des elektrischen Generators
als Antriebsmotor für den Maschinensatz herbeizuführen. Hierbei ermöglicht die Anwendung
eines polumschaltbaren Asynchrongenerators in Verbindung mit dem asynchronen Antriebsmotor
auch für den Fall einer Schleifringregelung des Antriebsmotors die Anfahrverluste
verhältnismäßig gering zu halten. Der Anfahrvorgang ist einfach, da ein Synchronisieren
entfällt.
-
Für den Anfahrmaschinensatz können Asvnchronmaschinen verhältnismäßig
einfacher Bauart Anwendung finden, wie sie in laufender Fertigung hergestellt werden.
-
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden. Darin bedeutet 1 eine Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter
1 a, Brennkammer 1 b und Gasturbine 1 c. Die Gasturbine 1 c ist außer mit dem Verdichter
mit einem Synchrongenerator 2 gekuppelt, durch den die Nutzleistung der Gasturbine
in elektrischer Leistung umgeformt und an ein Netz abgegeben werden kann. 3 ist
eine Wellendrehvorrichtung für den Turnbetrieb beim An- oder Abstellen der Anlage,
die aus einer kleinen Ölturbine besteht. Um nun beim Inbetriebsetzen des Maschinensatzes
den Generator 2 als Antriebsmaschine für den Gasturbinensatz benutzen zu können,
ist erfindungsgemäß ein asynchroner Motorgeneratorsatz 4 vorhanden. Dieser besteht
aus dem Schleifringläufermotor 5 und einem polumschaltbaren Asynchrongenerator 6.
Der Motor 5 kann über einen Schalter 7 an die Sammelschienen 8 eines Stromversorgungsnetzes
ständerseitig angeschlossen werden. Zum Hochfahren des Schleifringmotors 5 ist ein
Schleifringanlasser 9 vorhanden, über dem die Läuferwicklung allmählich kurzgeschlossen
wird. Die Ständerwicklung 6a, des Asynchrongenerators 6 ist mit einem Polumschalter
10 verbunden, so daß eine Polumschaltung dieser Maschine, welche einen Kurzschlußläufer
6 b aufweist, möglich ist. 11 bedeutet noch einen Trennschalter, durch den zum Zwecke
des Anfahrens der Asynchrongenerator 6 nach gleichzeitiger Erregung des Synchrongenerators
2 an die Ständerwicklung des letzteren angeschlossen werden kann. Da im allgemeinen
bei Gasturbinen ein Zünden der Brennkammer sowie die Abgabe eines ausreichenden
Drehmoments bei etwa 40'% der normalen Betriebsdrehzahl möglich ist, wird der asynchrone
Motorgeneratorsatz so ausgelegt, daß die höchst abgegebene Frequenz etwa 50% der
Normalfrequenz des Generators beträgt. Infolgedessen kann beispielsweise der Anwurfmotor
5 als
6polige Maschine (Polpaarzahl 3) ausgeführt werden. Die synchrone
Drehzahl beträgt dann 500 U/min. Der Generator 6 wird sodann polumschaltbar für
die Polpaarzahlen 2 bzw. 3 ausgeführt. Bei Einschaltung der niedrigeren Polpaarzahl
p=2 würde sich dann bei Antrieb dieser Maschine mit der synchronen Drehzahl des
Motors 5 (500 U/min) ergeben, daß der Generator 6 eine Frequenz von 16=/s Hz abgeben
kann. Durch Polumschaltung auf die Palpaarzahl p=3 kann sodann die abgegebene Frequenz
des Generators 6 im Verhältnis 2:3 auf etwa 25 Hz erhöht werden. Bei dieser Frequenz
würde sich ergeben, daß der Generator 2 beim motorischen Antrieb bei 2poliger Ausführung
1500 U/min erreicht, womit ein sicheres Anwerfen des Gasturbinensatzes gewährleistet
ist. Geringe Abweichungen durch den Schlupf sind bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
-
Das Anw=erfen des Maschinensatzes erfolgt nun in der Weise, daß zunächst
durch die für andere Zwecke -vorhandene @ Jellendrehvorrichtung 3, die durch eine
kleine Ölturbine gebildet -wird, der Maschinensatz aus dem Stillstand angefahren
und auf eine Drehzahl von etwa 50 bis 70 Umdrehungen beschleunigt wird. Anschließend
wird zunächst die Gleichstrom-Erregung des mit der Gasturbine gekuppelten Generators
2 wenigstens teilweise eingeschaltet und der Kuppelschalter 11 in den Verbindungsleitungen
zu dem Asynchrongenerator 6, der für die kleinere Pohlzahl geschaltet ist, geschlossen.
Gleichzeitig wird der Ständerschalter 7 des Motors 5 eingelegt und über den Schleifringanlasser
8 der Asynchronmotor 5 angelassen. Mit zunehmender Drehzahl des Motors 5 wird die
Frequenz des Anwurfgenerators 6 erhöht, wodurch der :Maschinensatz l a,
1 c durch den von dem Anwurfgenerator 6 gespeisten Generator 2 beschleunigt
wird. -Nach dem Ausschalten des Anlassers 8 arbeitet der Motor 5 mit einer Drehzahl,
die entsprechend dem Schlupf etwas unterhalb der synchronen Drehzahl liegt. Bei
der oben angedeuteten Bemessung ergibt sich, daß die von dem Anwurfgenerator abgegebene
Frequenz etwa ein Drittel der -Normalfrequenz des Generators 2 entspricht, d. h.
die Maschine 2 läuft etwa mit ein Drittel -Normalfrequenz oder etwa 1000 U-`min
um. -Nunmehr wird durch den Polumschalter 10 die Ständerwicklung des Anwurfgenerators
umgeschaltet, wodurch die Polpaarzahl des Asynchrongenerators 6 erhöht wird. Infolge
dieser Umschaltung ergibt sich eine -weitere Beschleunigung des Hauptgenerators
2 auf eine Drehzahl, die etwa der halben Frequenz der Normalfrequenz entspricht,
so daß ohne -weiteres ein Zünden der Brennkammer und ein selbständiger Lauf der
Gasturbine möglich ist.
-
Hat nunmehr der 1laschinensatz eine genügend hohe Drehzahl erreicht,
kann durch Ausschalten des Trennschalters 11 der Anfahrmotor von dem Hauptgenerator
2 getrennt werden.
-
Fig. 2 der Zeichnung gibt noch das Diagramm eines Anfahrvorganges
wieder. Darin sind über der Drehzahl einerseits das Widerstandsmoment des anzufahrenden
Maschinensatzes (Kurve a) und das von dem Generator 2 entwickelte Anfahrmoment (Kurve
b) wiedergegeben. In dem Kurvenzug b bezieht sich der Kurventeil b 0, b 1 auf den
Bereich, in dem die Drehzahl des Umformersatzes durch Drehzahlregelung des Motors
5 erhöht wird. Im Punkt b 1 erfolgt die Polumschaltung des Generators, wonach sich
der weitere Verlauf der Drehmomentkurven der Maschine 2 von b 2 bis
b 4 ergibt.
-
In Einzelheiten kann selbstverständlich die beschriebene Einrichtung
abgeändert werden. So kann unter Umständen - wenn man eine weitere Herabsetzung
der Verluste erreichen will - der Motor 5 auch polumschaltbar ausgeführt werden.