SE520475C2 - Gasturbinaggregat - Google Patents

Description

.-.... 10 15 20 25 30 52§0 475 ... a. 2 tillhörande lager och lagerhus etc. En hjälpapparatdrivning anordnad på detta sätt innebär att växellådan får en mycket komplicerad uppbyggnad i förhållande till huvudväxeln och växellådan blir därmed också kostsam att tillverka.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte :ned uppfinningen är att tillhandahålla ett gasturbinaggregat som i förhållande till tidigare teknik är mer kostnadseffektivt att tillverka.

Detta syfte uppnås genom att gasturbinaggregatet innefattar en startmotor som är ansluten till en utgående axel från generatorn. Startmotorn är alltså anordnad på en andra sida om generatorn relativt växellådan. Genom att anordna startmotorn på detta sätt kan växellådans konstruktion förenklas väsentligt.

Vidare blir valfriheten att utnyttja olika typer av startmotorer (elektriska, hydrauliska eller pneumatiska startmotorer) större eftersom startmotorn anordnas separat vid generatorns utgående axel. Dessutom förenklas monteringen och tillgängligheten för service aV StâItmOtOITl .

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar gasturbinaggregatet åtminstone en hjälpapparat, som för drivning är ansluten till en extern energikälla. Med andra ord drivs hjälpapparaten inte från gasturbinaggregatets roterande delar, och närmare bestämt inte från växellådan, utan istället från en separat energikälla, såsom en elektrisk motor. Detta växellådans förenklas innebär att uppbyggnad kan ytterligare. .»... 10 15 20 25 30 520 475 3 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, som är ett alternativ eller komplement till den föregående utföringsformen, utgörs växellådan av en planetväxellàda och gasturbinaggregatet innefattar åtminstone en hjälpapparat som för drivning är ansluten till en planethjulsaxel hos planetväxelládan. Härigenom kan alltsà hjälpapparaten istället för frán drivas fràn planethjulsaxeln hjälpapparatväxelládan, vilket ger möjlighet att reducera antalet kugghul i transmissionen för drivning av hjälpapparaten. Vissa hjälpapparater är speciellt varvtal som lämpade för att drivas med sà höga planethjulen har i drift. Exempel pá sádana hjälpapparater är oljepump och roterande oljeavskiljare.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har startmotorn reglerbart varvtal. Vid utnyttjande av bränsle i gasform finns ofta bestämmelser att skall Gasturbinens roterande delar skall då roteras med ett lágt, Efter slutförd ventilation startas gasturbinen och dà utnyttjas ett gasturbinen ventileras innan varje uppstart. sà kallat ventilationsvarvtal. betydligt högre varvtal.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till de utföringsformer som visas pà de bifogade ritningarna, varvid Fig 1 visar schematiskt gasturbinaggregatets ingående delar, Fig 2 visar schematiskt gasturbinaggregatet, i en delvis skuren vy, enligt ett första utförande, .-... 10 15 20 25 30 520 475Hm 4 Fig 3 visar schematiskt, i en sidovy, startmotorns inkoppling till gasturbinaggregatet enligt ett andra utförande, och Fig 4 visar schematiskt, i en sidovy, inkoppling av en hjälpapparat hos gasturbinaggregatet enligt ett tredje utförande.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN I figur 1 visas ett gasturbinaggregat 1 enligt ett första utförande. Gasturbinaggregatet 1 innefattar en gasturbin 2, en generator 3 och en mellan gasturbinen 2 och generatorn 3 anordnad växellåda 4. Växellådan 4 är närmare bestämt ansluten till en utgående axel 5 från gasturbinen 2 och en ingående axel 6 till generatorn 3.

Gasturbinaggregatet 1 innefattar vidare en startmotor 7, som är ansluten till en utgående axel 8 från generatorn 3. Till skillnad från konventionella gasturbinaggregat har alltså generatorn 3 inte enbart en ingående axel 6 utan även en utgående axel 8 på en andra sida av generatorn relativt växellådan 4.

För start av gasturbinaggregatet accelererar man upp gasturbinen med hjälp av startmotorn 7 och därefter tänder man en i gasturbinen 2 ingående brännkammare 15. därefter ur från drivande Startmotorn 7 kopplas förbindning med den utgående axeln 8 från generatorn 3.

Gasturbinen 2 innefattar en kompressordel 13, en turbindel 14 och en mellan dessa anordnad brännkammare 15. Turbinhjulet är förbundet med kompressorhjulet via en mellanliggande axel 16. Avgaserna från brännkammaren 15 påverkar turbinhjulets skovlar och detta bringar turbinhjulet att driver rotera. Turbinhjulet kompressorhjulet via den mellanliggande axeln 16 och ...».. 10 15 20 25 30 520 475 5 härigenom komprimeras luften som leds in till brännkammaren 15. En med kompressorhjulet förbunden utgäende axel 5 bildar en ingáende axel till växellådan 4. I Växelládan 4 växlas varvtalet ned till generatorn 3. I generatorn 3 omvandlas slutligen den mekaniska rotationsenergin till elektrisk energi.

Växelládan 4 är ansluten till gasturbinen 2 pà dess kompressorsida. Detta är fördelaktigt ur flera aspekter, exempelvis är temperaturen vid drift av aggregatet lägre Detta växellådan 4 kan direktanslutas till gasturbinen 2 via än vid gasturbinens turbinsida. medför att flänsanslutning av deras hus, se figur 2, vilket skapar förutsättningar för ett kompakt aggregat i axiell Váxellàdans 4 hus 17 är närmare bestämt direktanslutet till riktning. gasturbinens 2 ' hus 18 via växelládans 2 hus 17 skruvförband 19. Vidare är direktanslutet till generatorns 3 hus 20 via skruvförband 21. Tack vare placeringen av Växelládan 4 vid gasturbinens 2 kompressorsida sà kan dessutom ledningen av avgaser fràn gasturbinen utföras pà ett enkelt sätt.

I figur 2 visas ett första exempel pá anslutningen av startmotorn 7 till generatorns 3 utgående axel 8.

Startmotorn 7 är här ansluten till utgäende axel 8 via en kopplingsanordning i form av en kuggtransmission 9.

Kuggtransmissionen 9 innefattar ett pà axeln 8 anordnat första kugghjul i form av ett svänghjul 10 och ett till en axel 11 till startmotorn 7 anordnat andra kugghjul i Drevet 12 är form av ett förskjutbart drev 12. förskjutbart i axiell riktning, se pilarna med hänvisningsbeteckning X, för att bringas i och ur ingrepp med svänghjulet 10. En sàdan koppling är i sig »..... > - « . m. 10 15 20 25 30 520 475 känd sedan tidigare och koímer inte beskrivas närmare här. Vid önskad inkoppling av startmotorn 7 bringas först drevet 12 att förskjutas till ingrepp med svänghjulet 10, varefter startmotorn 7 sätts igàng. En sádan sekventiell ansättning àstadkoms lämpligtvis med en elektrisk krets. Dä brännkammaren kommit igäng och drevet 12 inte längre är drivande (eller vid ett visst varvtal) förskjuts drevet fràn ingrepp med svänghjulet 10 och startmotorn slàs av. Härigenom kan man åstadkomma in- och urkopplingen av startmotorn 7. Startmotorns 7 hölje är i sin tur fast förbundet med generatorns 3 hus 20 via ett stöd 40. Själva generatorn visas inte i figur 2.

Enligt det första utförandet är startmotorn 7 av en typ som medger 'inställning av olika varvtal. Detta är speciellt fördelaktigt dä man utnyttjar bränsle i gasform, säsom naturgas, eftersom det ofta finns bestämmelser att gasturbinen skall ventileras innan varje uppstart, vilket innebär att gasturbinens roterande delar skall roteras med ett làgt, sà kallat ventilationsvarvtal. Efter slutförd ventilation startas gasturbinen och dä betydligt utnyttjas ett högre varvtal.

I figur 2 visas ett exempel pà växellädans 4 konstruktion. Växellàdan är av planetväxeltyp med stillastående planethjulshállare. Den till växellådan 4 ingáende axeln 5 (det vill säga den utgående axeln fràn gasturbinen) är via kuggförband förbundet med ett flertal första planethjul 23. Vart och ett av de första planethjulen 23 är fast anordnat pä en planethjulsaxel 24, som även uppvisar ett andra planethjul 25. Det andra planethjulet är via kuggförband i drivande förbindning 10 15 20 25 30 520 475 med ett ringhjul 26. Planetgjulsaxeln 24 är upphängd i tvá lagringar 27,28. Det första planethjulet 23 har en större diameter än det andra planethjulet 25. Tack vare detta arrangemang sà àstadkoms ett extra växelsteg innan ringhjulet 26. Ringhjulet 26 är i sin tur via kuggförband 29 i drivande förbindning med den ur växellådan 4 utgående axeln 6. En hjälpapparat 30, exempelvis en oljepump, är ansluten direkt till planethjulsaxeln 24. En roterande komponent 33 i hjälpapparaten är schematiskt markerad med en punktad linje. Den roterande komponenten i hjälpapparaten bildar här en förlängning av planethjulsaxeln.

I figur 2 visas en ytterligare typ av drivning av en hjälpapparat 41, sàsom en oljepump, nämligen med hjälp av en extern energikälla 42, sàsom en elektrisk motor.

I figur 3 visas ett alternativ till den i figur 2 visade anordningen för in- och urkoppling av startmotorn 7.

Gasturbinaggregatet l innefattar här en pá den utgäende axeln 8 frán generatorn 3 inrättad kopplingsanordning i form av en koppling 34. Denna koppling 34 kan vara av ett flertal olika typer och. exempelvis av automatisk typ, dvs av sàdan art att den automatiskt kopplar ur startmotorn dä en till generatorns utgàende axel kopplad del roterar snabbare än en till startmotorn kopplad del.

Med andra ord kopplas startmotorn ur dä brännkammaren kommit igàng och blivit drivande. Sàdana kopplingar av frihjulstyp är väl kända sedan tidigare och beskrivs därför inte i detalj här.

I figur 3 är startmotorn 7 ansluten till den utgàende axeln 8 frän generatorn 3 via ett remförband 35. Ett första remhjul 37 är anordnat pà en utgäende axel 38 10 15 20 25 30 520 475 från kopplingen 34 och pà e: motsatt sida av kopplingen 34 relativt generatorn 3. Ett andra remhjul 36 är anordnat pà en axel ll till startmotorn 7 och en rem 39 sträcker sig över remhjulen 36,37 för överföring av energi fràn startmotorn 7 till gasturbinen. Enligt ett utnyttjas en alternativ till remförbandet sá kedjetransmission.

I figur 4 visas ett ytterligare exempel pà drivning av en hjälpapparat 43, sàsom en oljepump, vilket är en vidareutveckling av utförandet enligt figur 3. I detta fallet är hjälpapparaten förbunden med den utgående mellan generatorn och axeln 8 fràn generatorn 3 kopplingsanordningen. Härigenom kommer hjälpapparaten drivas av gasturbinen även dá startmotorn är urkopplad frän drivande förbindning med generatorn. Hjälpapparaten är närmare bestämt förbunden med den utgående axeln via ett remförband 44. Detta ytterligare exempel pà hjälpapparatdrivning kan givetvis även utnyttjas i utförandet enligt figur 2. används erfordras Detta Dä flytande bränsle, sásom diesel, vanligtvis inte nàgon ventilation (se ovan). innebär att startmotorn kan vara av en förhållandevis varvtalsinställningsfunktion, enkel typ utan nämnda vilket i sin tur innebär en kostnadseffektiv lösning.

Gasturbinaggregatet innefattar förutom startmotorn ytterligare hjälpapparater sàsom, oljepump, bränslepump, roterande oljeavskiljare och kompressorer.

Den i figur 2 visade planetväxellàdan skall enbart betraktas som ett exempel pà hur planetväxeln kan vara uppbyggd för drivning av hjälpapparaten. Enligt ett ...,... 10 15 20 25 30 520 475 9 alternativ kan var och en av planethjulsaxlarna enbart vara försedd med ett planethjul. Vidare kan flera av planethjulsaxlarna var och en driva en hjälpapparat.

Enligt ett ytterligare exempel så kan en planethjulsaxel driva två eller flera hjälpapparater. Exempelvis kan då två hjälpapparater vara anordnade vid två motsatta ändar av en och samma planethjulsaxel.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utförandena, utan en rad ytterligare varianter och modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis kan axeln ll till startmotorn vara direktansluten till den utgående axeln 8 från generatorn 3 via kopplingen 34.

Vidare kan andra planetväxellàdor än den ovan beskrivna utnyttjas, såsom en planetväxelláda med stillastående förbunden med den ringhjul, där planethàllaren är utgående axeln. skall enbart betraktas som ett exempel pá växellädstyp, och Den ovan beskrivna planetväxellådan dessutom andra typer är givetvis tänkbara inom ramen för följande patentkrav. Exempelvis kan växellådan vara av sà kallad ”parallellaxe1typ", det vill säga med en ingående och en utgående axel, anordnade i linje med varandra, samt en mellanaxel anordnad parallellt med och i drivande förbindning med dessa.

En tänkbar applikation av det ovan beskrivna gasturbinaggregatet är som framdrivningsenhet till ett fordon med elmotordrift. Generatorn är dà ansluten till en elektrisk motor, som i sin tur är ansluten till drivning av denna. Ett fordonets drivaxel för 520 475 10 energilagringsmedel, såsom en ackumulator, kan även anslutas till generatorn och elmotorn för att i vissa driftslägen lagra energi och i andra driftslägen tillföra lagrad energi. .....

Claims (12)

....... 10 15 20 25 30 520-'475 f' ll PATENTKRAV

1. Gasturbinaggregat (1) innefattande en gasturbin (2), en generator (3) och en växellåda (4), varvid växellådan (4) är gasturbinen (2) och en ingående axel (6) till generatorn ansluten till en utgående axel (5) från (3) k ä n n e t e c k n a t av, att gasturbinaggregatet (1) innefattar en startmotor (7) utgående axel (8) från som är ansluten till en generatorn (3).

2. Gasturbinaggregat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av, (9,34) generatorn och startmotorn för in- och urkoppling av att en kopplingsanordning är anordnad mellan startmotorn (7).

3. Gasturbinaggregat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av, (9,34) är av en att kopplingsanordningen typ med automatisk urkoppling.

4. Gasturbinaggregat enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av, att mellan startmotorn (7) och den utgående axeln (8) från generatorn (3) är en kugghjulstransmission anordnad, och att kopplingsanordningen (9) utgörs av att ett första (12) av kugghjulen i transmissionen är inrättat förskjutbart i axiell riktning relativt ett vilka första och andra andra (10) av kugghjulen, kugghjul är avsedda för ingrepp med varandra.

5. Gasturbinaggregat krav 2 eller 3, ..»»- 10 15 20 25 30 ' att gasturbinaggregatet 520 475 12 k ä n n e t e c k n a t av, att kopplingsanordningen utgörs av en koppling (34).

6. Gasturbinaggregat nàgot av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av, att startmotorn (7) är ansluten till generatorns (3) utgående axel (8) via en kedje- eller remtransmission (35).

7. Gasturbinaggregat enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t av, att startmotorn (7) har reglerbart varvtal.

8. Gasturbinaggregat enligt nágot av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av, innefattar àtminstone en hjälpapparat (41) som för drivning är ansluten till en extern energikälla (42).

9. Gasturbinaggregat enligt nágot av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t av, att växellådan (4) utgörs av en planetväxellàda.

10. Gasturbinaggregat enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av, att gasturbinaggregatet (1) innefattar àtminstone en hjälpapparat (30) som för drivning är ansluten till en planethjulsaxel (24) hos planetväxelládan (4).

11. Gasturbinaggregat enligt nàgot av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a t av, att gasturbinaggregatet innefattar àtminstone en hjälpapparat (43) som för drivning är ansluten till den utgående axeln frán generatorn. 520 475 13

12. Gasturbinaggregat enligt nágot av kraven 1-ll, k ä n n e t e c k n a t av, att gasturbinaggregatet (1) är ett stationärt aggregat 5 för elproduktion. . . . . H.