专利汇可以提供Abgasturbinen-Generatoranlage专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且Abgasturbinen-Generatoranlage für Dieselmotoren, insbesondere für Schiffsdieselmotoren mit oder ohne Wellengenerator sowie für kombinierten Wellengenerator-Motor und Generatorbetrieb mit oder ohne frequenzentkoppelte Umrichter. Ein überschüssiger Teil der Dieselmotorabgase wird einer Nutzturbine zugeführt. Zur Optimierung der Energieeinsparung wird ein fremderregter, von der Nutzturbine über ein Untersetzungsgetriebe angetriebener Synchrongenerator (Turbogenerator) verwendet, der über einen Netzschalter die Energie in ein Netz oder auf einen Synchronwellengenerator des Dieselmotors einspeist. Ein über einen Antiduktor ansteuerbarer Widerstand zur Belastung des Turbogenerators bei Lastausfall des Netzes ist so dimensioniert, daß er kleiner als die Nennreaktanz des Turbogenerators ist. Vor dem Anfahren der Turbine und Öffnen der Abgasklappe wird der Generator erregt, der Antiduktor gezündet und der Netzschalter geöffnet. Nach dem Öffnen der Abgasklappe wird mit einer Frequenzregelung und Stellung des Belastungsstroms im Belastungswiderstand durch den Antiduktor die Frequenz des Turbogenerators an die des Inselnetzes oder eines Wellengenerators herangefahren und über den Netzschalter (S1) zusynchronisiert.,下面是Abgasturbinen-Generatoranlage专利的具体信息内容。
Die Erfindung betrifft eine Abgasturbinen-Generatoranlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige, aus der DE-OS 37 05 310 bekannte Generatoranlage weist einen selbsterregten Synchrongenerator auf, der in das Netz speist und bei Lastabfall durch einen Bremswiderstand belastet wird. Bei dieser Anlage besteht die Notwendigkeit eines teuren Anwurfmotors. Außerdem bedeutet jede Netzstörung ein Absetzen und Wiederstarten der Abgasturbinen, wobei die stoßartige Netzbelastung durch den Anwurfmotor und deren ständige Reibungs- und Lüfterverluste nachteilig sind. Weiterhin ist ein Betrieb nicht mehr möglich, wenn ein Schiffsbetriebszustand vorliegt, bei dem die Turboeigenleistung größer ist als die Bordnetzbedarfsleistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Abgasturbinen-Generatoranlage der eingangs genannten Art under Vereinfachung der Anlage und Minderung der Anlagenkosten die Energieeinsparung durch den Abgasturbinengenerator zu optimieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der unterbrechungslosen Stromversorgung bei kurzzeitigen Kurzschlüssen. Weiterhin ist vorteilhafterweise eine Einspeisung in das Bordnetz dann möglich, wenn die um die Minimalleistung der Dieselgeneratoren verringerte Bordnetzleistung geringer ist als die Abgasturbinenleistung.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ermöglichen für den Schiffsbetrieb vorteilhafterweise, daß bei längeren Seetörns und Vollastfahrt der Hauptmaschinen das Bordnetz allein vom Turbinengenerator gespeist werden kann,die Wartungsintervalle für die Hilfsdiesel erheblich vergrößert werden können und nur geringe Energie der Abgasturbine in den Heizwiderständen vernichtet werden muß.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
Gemäß Fig.1 wird ein Teil der Abgase eines zeichnerisch nicht dargestellten Dieselmotors über eine Rohrleitung einer Nutzturbine (4) zugeführt, deren Schaufelwelle über ein Untersetzungsgetriebe mit der Welle eines fremderregten Synchrongenerators (1) mechanisch verbunden ist, beispielsweise ein Synchrongenerator mit Permanent-Magnet-Erregung. Die im Betreibsfall erzeugte elektrische Leistung gelangt über eine Sammelschiene und einen geschlossenen Netzschalter (S1) in ein Netz (6), Inselnetz, vorzugsweise Schiffsbordnetz, oder auf einen Synchronwellengenerator (vgl. Fig.2).
Das An- bzw. Hochfahren des Synchrongenerators (1) bzw. der Nutzturbine (4) erfolgt bei einer geöffneten Abgasklappe (3), die in der Rohrleitung angeordnet ist und von einem Ablaufsteuergerät (9) Stellsignale erhält. Das Ablaufsteuergerät (9) erhält von der Sammelschiene Istwerte des Stromes, der Spannung, der Frequenz und des cos ℓ und gibt auch Stellsignale an den Netzschalter (S1) in Abhängigkeit von deren Iststellungen weiter. Auch kann es ein Steuersignal zur Schaltung eines Belastungswiderstandes (2) an eine Antiduktorschaltung (5) mit Thyristoren abgeben. Der Antiduktorschaltung (5) kann alternativ auch ein externes Steuersignal zugeführt werden.
Ein zusätzliches Sicherheitsgerät (11) erfaßt meßtechnisch eine Überdrehzahl an der Nutzturbine (4) oder am Untersetzungsgetriebe. Ist eine Überdrehzahl vorhanden, so löst das Sicherheitsgerät (11) unverzüglich einen Schnellschluß einer Schnellschlußklappe aus, die ebenso wie die Abgasklappe (3) in der Rohrleitung 1 angeordnet ist. Beide Klappen weisen lediglich zwei Betriebsstellungen auf, nämlich die Betriebsstellungen "geöffnet" oder "geschlossen".
Ein zu der Nutzturbine (4) und der Abgas- bzw. Schnellschlußklappe parallel liegender Bypaß 12 wird mittels eines Eckventils (13) bei allen Klappenzusteuerungen geöffnet. Hierdurch wird die Nutzturbine (4) durch Herabsetzung der auf sie einwirkenden Kräfte mechanisch geschont.
Die in Fig.2 dargestellte Anlage weist neben dem fremderregten Synchrongenerator (1) einen Synchronwellengenerator (7) auf, wobei beide Generatoren zusammengeschaltet sind und gemeinsam zur Netzversorgung in einen Frequenzumrichter (18) einspeisen. Auch kann eine Einspeisung in das Netz (6) über einen weiteren Netzschalter (S3) erfolgen. Der Frequenzumrichter (18) ist über einen Netzschalter (28) an das Netz (6) angeschlossen. Der Synchronwellengenerator (7) wird von einem Dieselmotor (19) angetrieben, der auch die Abgase für die Nutzturbine (4) bereitstellt. Alternativ zu der üblichen, vollausgezeichneten Wellengeneratoranlage kann ein Generator (20) vorgesehen sein, der mit dem Dieselmotor (19) über ein Getriebe (21) mechanisch ver-. bunden ist. Diese Alternativlösung ist gestrichelt dargestellt.
In das Netz (7) speisen über Netzschalter (26 und 27) zwei weitere Generatoren (22 und 23), die von Dieselmotoren (24 und 25) angetrieben werden, elektrische Leistung ein. Die Nennleistung dieser Generatoren kann z.B. doppelt so groß sein wie diejenigen des Synchrongenerators (1) und des Synchronwellengenerators (7). Die Wellengeneratoranlage ist mindestens in der Leistungsgröße des Synchrongenerators (1) dimensioniert. Der Frequenzumrichter (18) ist in der Leistungsgröße dimensioniert, die leistungsmäßig für einen Bordnetz-Seebetrieb ausreicht. Weiterhin weisen der Synchrongenerator (4) und der Wellengenerator (17) eine U/f = Konstant-Regelung und eine niedrigere Nennfrequenz als das Bordnetz auf. Die Frequenzregelung und unterlagerte Leistungsregelung des Frequenzumrichters (18) kann durch einen gestellten Gleichrichter erfolgen, der zwischen den Generatoren (1 bzw. 7) und dem Wechselrichter des Frequenzumrichters (18) angeordnet ist. Bei einer Systemstörung der obenbeschriebenen Art oder einem sonstigen Lastabfall wird der gestellte Gleichrichter dicht gefahren.
Unter Hinweis auf das in Fig.3 dargestellte Diagramm wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anlagen nachstehend erläutert. Nach Erregung des Synchrongenerators (1) mit Nennerregung und nach vollen Durchzünden des Antiduktors wird die Abgasklappe (3) des Abgaskanales aufgefahren. Der Netzschalter (S1) ist geöffnet. Der Belastungswiderstand (2) ist z.B. für eine Widerstandswert von 0.75 Xn ausgelegt, wobei Xn die Nennreaktenz des Synchrongenerators (1) ist. Die Turbine (4) wird beschleunigt und läuft gegen das Belastungsdrehmoment hoch. Hierbei ist:
MdLast = MdGen = 0 x I
I = U/R
U ∼ n , da 0 = konst.
Md = n/R = U/R
Ungeregelt erreicht die Turbine (4) Punkt 1 bei einer Drehzahl von ca. 80 % nn mit Ml = Mr = 0.8 : 0.75≈1.07. Anschließend setzt die Frequenzregelung ein, die durch Anschnittsteuerung des Antiduktors (5) den Strom und damit das Dichtmoment der Last verringert. Bei Pkt 2′ mit u = 0.77 er- gibt sich Ml = 0.77 : 0.75 = 1.027 und damit n≈95 % bei Pkt 2.
Mit Erreichen der Netzfrequenz wird durch ein Steuergerät (9) der Turbogenerator (1) zum Netz zusynchronisiert. Anschließend wird der Antiduktor (5) zeitverzögert zugesteuert, so daß eine allmählige Lastübergabe an das Netz (6) erfolgen kann.
Im allgemeinen läuft im Inselnetz (6) an Bord eines Schiffes nur ein Dieselmotor parallel zum Turbogenerator (1). Bei erhöhtem Leistungsaufkommen am Turbogenerator (1) oder bei verminderter Bordnetzlast muß sichergestellt sein, daß der Dieselmotor wegen Verkokungsgefahr nicht unter 25 % Last gefahren wird. In diesem Fall wird über die Antiduktorsteuerung (5) die überschüssige Energie im Belastungswiderstand (2) verheizt.
Bei Kurzschluß oder "blackout" im Netz (6) wird der Netzschalter (S1) (Fig.1) sofort durch Unterspannung ausgelöst. Das Steuergerät (9) gibt darauf die letzte Istfrequenz, die vor der Störung vorhanden war, als Sollfrequenz an den Frequenzregler, der über den Antiduktor (5) eine derartige Belastung vorgibt, daß die Frequenz gehalten wird. Sobald die Spannung im Netz (6) wieder aufgebaut ist, wird durch das Steuergerät (9) der Turbogenerator (1) wieder auf das Netz (6) synchronisiert. Damit erhält man eine marinale Energieausbeute aus dem Turbogenerator (1). Steht bei die Störung länger an, wird bei eingeschaltetem Widerstand (2) durch Klappenschließung die Turbine (6) abgesetzt.
Ist nach Fig.2 ein Getriebewellengenerator (20) über ein Kabel (8) und einen Netzschalter (S1) mit dem Turbogenerator (1) verbunden, so erfolgt der normale Anfahr- und Absetzvorgang des Turbogenerators (1) wie für Fig. 1 beschrieben.
Bei Störfällen wird am Netzschalter (S3) entschieden, ob es Netz-. störungen oder interne Störungen, d. h. zwischen Turbo- und Wellengenerator sind. Bei Netzstörungen wird der Netzschalter (S3) mit geringster Zeitverzögerung geöffnet, während der Netzschalter (S1) geschlossen bleibt, so daß der Turbogenerator (1) seine Leistung auf den Wellengenerator (7) abgibt, der als Motor zusätzlich den Schiffspropeller antreibt. Nach Störungsbeseitigung wird über den Netzschalter (S3) wieder zum Netz (6) zusynchronisiert. Interne Störungen veranlassen die unverzögerte Öffnung des Netzschalters (S1) und zeitverzögertes Öffnen vom Netzschalter (S3), wenn der Fehler vom Wellengenerator (7) kommt. Lag der Fehler beim Turbogenerator (1), arbeitet der Wellengenerator (7) nach dem Öffnen vom Netzschalter (S1) weiterhin mit Leistungsabgabe in das Bordnetz (6). Somit ist der Schiffsbereich optimal geschützt.
Eine andere Anlagenstruktur ergibt sich nach Fig.2, wenn ein Wellengenerator (7) mit dem Turbogenerator (1) über den Netzschalter (S1) verbunden ist und beide gemeinsam über einen Frequenzumrichter (18) und Schalter (28) auf ein Netz (6) speisen. Hierbei übernimmt bei Netzstörungen der Umrichter (18) die Trennung des Turbo-Wellengeneratorverbundes vom Netz (6), ohne daß der Netzschalter (S1) den Turbogenerator (1) abschaltet. Der Umformer kann diese Trennung durch Sperren des Gleichrichters oder des Wechselrichters erreichen.
Steht die Störung weiterhin an, so wird anschließend der Netzschalter (S1) den Turbogenerator (1) vom System trennen. Mit dieser Anlagenstruktur kann die Abgasenergie wahlweise für das Bordnetz oder für die Propulsion genutzt werden.
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