CH710739A2

CH710739A2 - Getriebeturbomaschine.

Info

Publication number: CH710739A2
Application number: CH01138/15A
Authority: CH
Inventors: Christina Dobat Anja; Hansen Ole; Hans-Otto Jeske Dr; Röhner Markus
Original assignee: Man Diesel & Turbo Se
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2016-08-15
Also published as: GB2536774A; DE102015001418A1; JP2016145636A; FR3032479B1; CZ2015686A3; GB201601246D0; CN114458395A; CN105863743A; CH710739B1; KR20160097116A; NL2015325B1; ITUB20159301A1; US20160230771A1; FR3032479A1

Abstract

Getriebeturbomaschine (10), die ein Getriebe (11), mindestens ein Antriebsaggregat (12), und mindestens zwei Abtriebsaggregate (13, 14) aufweist, die zu einem Maschinenstrang integriert sind; wobei das Getriebe (11) ein zentrales Grossrad mit einer Grossradwelle (18) und mindestens zwei in das Grossrad kämmende Ritzel mit mindestens zwei Ritzelwellen (22, 24) umfasst; wobei die Getriebeturbomaschine (10) ein Antriebsaggregat (12) umfasst, wobei das Antriebsaggregat (12) mit einer ersten Ritzelwelle (22) des Getriebes (11) auf einer Seite desselben über eine erste Kupplung (29) gekoppelt ist; wobei ein erstes Abtriebsaggregat (13) als Hauptkompressor ausgebildet ist, in welchem unter Nutzung der vom Antriebsaggregat (12) bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein erstes Prozessgas verdichtet wird, wobei das erste Abtriebsaggregat (13) mit der ersten Ritzelwelle (22) des Getriebes (11) auf der gegenüberliegenden Seite desselben über eine zweite Kupplung (30) derart gekoppelt ist, dass das erste Abtriebsaggregat (13) bei geschlossener erster Kupplung (29) und geschlossener zweiter Kupplung (30) direkt bei gleichbleibender Übersetzung des Getriebes (11) mit dem Antriebsaggregat (12) in Wirkverbindung steht; wobei mindestens ein zweites Abtriebsaggregat (14) als Getriebekompressor ausgebildet ist, in welches unter Nutzung der vom Antriebsaggregat (12) bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das erste oder ein weiteres Prozessgas verdichtet bzw. weiterverdichtet wird, wobei das mindestens eine zweite Abtriebsaggregat (14) mit mindestens einer weiteren Ritzelwelle (24) des Getriebes (11) drehfest verbunden ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Getriebeturbomaschine.

[0002] Aus der EP 2 128 448 A2 ist eine Getriebeturbomaschine mit einem Getriebe, mit einem Antriebsaggregat und mit mehreren Abtriebsaggregaten bekannt, wobei diese Komponenten der Getriebeturbomaschine zu einem Maschinenstrang integriert sind. Das Getriebe verfügt über ein zentrales Grossrad mit einer Grossradwelle, wobei mehrere auf Ritzelwellen gelagerte Ritzel in das Grossrad kämmen. Beim Antriebsaggregat handelt es sich vorzugsweise um eine Dampfturbine. Bei den Abtriebsaggregaten handelt es sich vorzugsweise um Kompressoren, nämlich um einen Hauptkompressor und mehrere Getriebekompressoren. Nach der EP 2 128 448 A2 ist das Antriebsaggregat über eine erste Kupplung mit einer ersten Ritzelwelle des Getriebes gekoppelt, wohingegen das als Hauptkompressor ausgebildete Abtriebsaggregat über eine zweite Kupplung mit einer zweiten Ritzelwelle des Getriebes gekoppelt ist, sodass also das Antriebsaggregat und das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat über eine Übersetzungsstufe des Getriebes (drehzahluntersetzendes Lastgetriebe) miteinander in Wirkverbindung stehen. Die optimale Auslegung solcher bekannter Maschinenstränge aus dem Stand der Technik gemäss EP 2 128 448 A2 erfolgt im Wesentlichen dahingehend, dass die An- und Abtriebsaggregate im optimalen Arbeitsbereich betrieben werden und eine Anpassung in Bezug auf die Drehzahlen weitgehend über das Übersetzungsverhältnis im Lastgetriebe erfolgt.

[0003] Es besteht Bedarf an einer Getriebeturbomaschine, die effektiver und demnach mit geringeren Verlusten betrieben werden kann. Weiterhin besteht Bedarf daran, den Bauraumbedarf einer solchen Getriebeturbomaschine zu verringern, um dieselbe in kleiner dimensionierten Gebäuden mit reduzierter Bauhöhe positionieren zu können.

[0004] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Getriebeturbomaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeturbomaschine gemäss Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemässe Getriebeturbomaschine weist ein Getriebe, ein Antriebsaggregat und mehrere Abtriebsaggregate auf, die zu einem Maschinenstrang integriert sind; wobei das Getriebe ein zentrales Grossrad mit einer Grossradwelle und mindestens zwei in das Grossrad kämmende Ritzel mit jeweiliger Ritzelwelle umfasst; wobei das Antriebsaggregat vorzugsweise als Dampfturbine ausgebildet sein kann, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung Dampf entspannt wird, wobei das Antriebsaggregat mit einer ersten Ritzelwelle des Getriebes auf einer Seite des Getriebes über eine erste Kupplung gekoppelt ist; wobei ein erstes Abtriebsaggregat als Hauptkompressor ausgebildet ist, in welchem unter Nutzung der vom Antriebsaggregat bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein erstes Prozessgas verdichtet wird, wobei das erste Antriebsaggregat mit der ersten Ritzelwelle des Getriebes auf der gegenüberliegenden Seite desselben über eine zweite Kupplung derart gekoppelt ist, dass das erste Abtriebsaggregat bei geschlossener erster Kupplung und geschlossener zweiter Kupplung direkt bei gleichbleibender Übersetzung (also ohne eine Übersetzungsstufe) des Getriebes mit dem Antriebsaggregat in Wirkverbindung steht; und wobei mindestens ein zweites Abtriebsaggregat als Getriebekompressor ausgebildet ist, in welchem unter Nutzung der vom Antriebsaggregat bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das erste oder mindestens ein weiteres Prozessgas verdichtet wird, wobei das zweite Abtriebsaggregat mit einer weiteren Ritzelwelle des Getriebes drehfest verbunden ist.

[0005] Eine solche Getriebeturbomaschine, bei welcher das vorzugsweise als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat mit dem als Hauptkompressor ausgebildeten, ersten Abtriebsaggregat direkt ohne Übersetzungsstufe des Getriebes der Getriebeturbomaschine gekoppelt ist, kann mit höherem Wirkungsgrad bzw. mit geringeren Verlusten als bei aus dem Stand der Technik bekannten Maschinensträngen betrieben werden.

[0006] Im Zuge der Überlegungen zu einem neuen Konzept für einen Maschinenstrang mit Getriebeturbomaschine und An- und Abtriebsaggregaten hat sich herausgestellt, dass nach den bisherigen Anordnungsprinzipien nicht für jeden Anwendungsfall das Optimum für den gesamten Maschinenstrang erreicht wird, dies besonders in Bezug auf Kosten und Bauraum.

[0007] Insbesondere durch Untersuchungen der Getriebekonfiguration hat sich demnach ergeben, dass durch den Verzicht eines Lastgetriebes zwischen dem An- und Abtriebsaggregat die Getriebeverluste sowie die Kosten für das Getriebe signifikant reduziert werden können und somit der Gesamtwirkungsgrad des Maschinenstrangs wesentlich beeinflusst wird.

[0008] Ausgehend von der Zielsetzung Kosten zu minimieren, die Verdichtungsleistung beizubehalten und auch den Gesamtwirkungsgrad zumindest gleich zu halten, hat sich unerwartet herausgestellt, dass somit ein auf den Gesamtprozess speziell ausgelegtes Antriebsaggregat nicht zwingend zur Erreichung der genannten Vorgaben notwendig ist und demnach kann das Antriebsaggregat weniger abhängig von seinem drehzahloptimierten Arbeitsbereich ausgewählt werden.

[0009] Nach einer ersten Weiterbildung ist der Hauptkompressor als Radialkompressor ausgebildet (vorzugsweise mindestens zweistufig), wobei stromabwärts der vorderen Verdichtertstufen, aber nicht der letzten Verdichtertstufe, in der Regel ein Zwischenkühler geschaltet ist, um das Volumen und die Temperatur des verdichtenden ersten Prozessgases zu verringern. Die Ausgestaltung des Hauptkompressors als Radialkompressor mit Zwischenkühlung nach oder zwischen den Verdichterstufen des Radialkompressors ist einerseits für eine Erhöhung des Wirkungsgrads und andererseits für eine Verringerung des Bauraumbedarfs der Getriebeturbomaschine vorteilhaft.

[0010] Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist der Hauptkompressor als Axialkompressor mit mindestens einer radialen Endstufe ausgebildet, wobei stromabwärts nach den Axialstufen und vor Eintritt in die radiale Endstufe eine Zwischenkühlung geschaltet ist.

[0011] Optional ist auch ein Axialkompressor mit zwei radialen Endstufen möglich, in diesem Fall ist auch eine Zwischenkühlung zwischen den beiden Radialstufen möglich.

[0012] Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung verfügt das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat über ein axiales Abdampfgehäuse, wobei ein Kondensator des als Dampfturbine ausgebildeten Antriebsaggregats in Richtung einer Längsachse der Dampfturbine gesehen neben einem die Dampfturbine tragenden Fundamenttisch vorzugsweise auf separaten Stützen positioniert ist. Durch diese Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, den Kondensator unterhalb des Fundamenttischs zu positionieren. Vielmehr ist der Kondensator neben dem Fundamenttisch auf separaten Stützen angeordnet. Dies ist insbesondere zur Reduzierung des Bauraumbedarfs von Vorteil, da hierdurch die Höhe des Fundamenttischs beispielsweise von bis zu ca. 12 m auf bis zu ca. 4 m und damit die Bauhöhe der gesamten Getriebeturbomaschine reduziert werden kann. Ferner ist es somit möglich, das Maschinenfundament dünner bzw. leichter auszuführen.

[0013] Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Getriebeturbomaschine zwei oder drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate auf, wobei dann, wenn die Getriebeturbomaschine zwei Getriebekompressoren aufweist, dieselben mit der zweiten Ritzelwelle drehfest verbunden sind, wobei dann, wenn die Getriebeturbomaschine drei oder vier Getriebekompressoren aufweist, dieselben mit einer weiteren Ritzelwelle drehfest verbunden sind, wobei dann, wenn die Getriebeturbomaschine fünf oder sechs Getriebekompressoren aufweist, dieselben mit noch einer weiteren Ritzelwelle drehfest verbunden sind, und dann, wenn die Getriebeturbomaschine sieben oder acht Getriebekompressoren aufweist, dieselben nochmals mit einer weiteren Ritzelwelle drehfest verbunden sind. Über die Auswahl einer geeigneten Anzahl an Getriebekompressoren kann der Wirkungsgrad weiter gesteigert werden.

[0014] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: <tb>Fig. 1a<SEP>ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 1b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 1a ; <tb>Fig. 2a<SEP>ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 2b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 2a ; <tb>Fig. 3a<SEP>ein Blockschaltbild einer dritten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 3b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 3a ; <tb>Fig. 4a<SEP>ein Blockschaltbild einer vierten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 4b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 4a ; <tb>Fig. 5a<SEP>ein Blockschaltbild einer fünften erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 5b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 5a ; <tb>Fig. 6a<SEP>ein Blockschaltbild einer sechsten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 6b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 6a . <tb>Fig. 7a<SEP>ein Blockschaltbild einer siebten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; <tb>Fig. 7b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 7a ; <tb>Fig. 8a<SEP>ein Blockschaltbild einer achten erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine; und <tb>Fig. 8b<SEP>eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäss Fig. 8a .

[0015] Die Erfindung betrifft eine Getriebeturbomaschine.

[0016] Fig. 3a und 3b zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine 10. Die Getriebeturbomaschine 10 umfasst ein integriertes Getriebe 11, ein Antriebsaggregat 12, mehrere Abtriebsaggregate 13, 14, 15 und 16, wobei das Getriebe 11, das Antriebsaggregat 12 und die mehreren Abtriebsaggregate 13, 14, 15 und 16 zu einem Maschinenstrang integriert sind.

[0017] Das Getriebe 11 der Getriebeturbomaschine 10 umfasst ein Grossrad 17, das auf einer Grossradweile 18 positioniert und über die Grossradwelle 18 in einem Getriebegehäuse 19 des Getriebes 11 drehbar gelagert ist. In das Grossrad 17 des Getriebes 11 kämmen am Umfang desselben mehrere Ritzel 21, 23, 25 ein, die auf Ritzelwellen 22, 24, 26 befestigt und über die Ritzelwellen 22, 24 und 26 ebenfalls im Getriebegehäuse 19 drehbar gelagert sind.

[0018] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3a und 3b kämmen am Umfang des Grossrads 17 insgesamt drei derartige auf Ritzelwellen 22, 24 und 26 gelagerte Ritzel 21, 23 und 25 in das Grossrad 17 ein.

[0019] Das Antriebsaggregat 12 ist als Dampfturbine ausgebildet, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung Dampf entspannt wird. Das Antriebsaggregat 12 ist mit einer ersten Ritzelwelle 22 des Getriebes 11 gekoppelt, nämlich auf einer ersten Seite 27 des Getriebes 11 bzw. des Getriebegehäuses 19, wobei das als Dampfturbine ausgebildete Antriebesaggregat 12 über eine erste Kupplung 29 an die erste Ritzelwelle 22 gekoppelt ist.

[0020] Zu den mehreren Abtriebsaggregaten 13, 14, 15 und 16 zählen ein erstes, als Hauptkompressor ausgebildetes Abtriebsaggregat 13 sowie mehrere zweite, als Getriebekompressoren ausgebildete Abtriebsaggregate 14, 15 und 16. Der Hauptkompressor bzw. das erste Abtriebsaggregat 13 ist mindestens zweistufig ausgebildet, wobei in dem Hauptkompressor unter Nutzung der vom Antriebsaggregat 12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein erstes Prozessgas verdichtet wird.

[0021] Das erste Abtriebsaggregat 13 bzw. der Hauptkompressor ist ebenfalls mit der ersten Ritzelwelle 22 des Getriebes 11 gekoppelt, nämlich auf einer der ersten Seite 27 gegenüberliegenden, zweiten Seite 28 des Getriebes 11 bzw. Getriebegehäuses 19. Dabei greift das als Hauptkompressor ausgebildete, erste Abtriebsaggregat 13 über eine zweite Kupplung 30 an der ersten Ritzelwelle 22 an, an welche auch das Antriebsaggregat 12 über die erste Kupplung 29 gekoppelt ist.

[0022] Dann, wenn die erste Kupplung 29 und die zweite Kupplung 30 beide geschlossen sind, stehen das Antriebsaggregat 12 und das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 direkt bzw. unmittelbar bei gleichbleibender Übersetzung und ohne Zwischenschaltung einer Übersetzungsstufe des Getriebes 11 miteinander in Wirkverbindung, sodass dieselben mit gleicher Drehzahl drehen.

[0023] Die Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 3a umfasst zusätzlich zum Antriebsaggregat 12 und dem als Hauptkompressor ausgebildeten ersten Abtriebsaggregat 13 drei zweite Abtriebsaggregate 14, 15 und 16, die als Getriebekompressoren ausgebildet sind. In den als Getriebekompressoren ausgebildeten zweiten Abtriebsaggregaten 14, 15 und 16 wird unter Nutzung der vom Antriebsaggregat 12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das erste Prozessgas und/oder ein oder mehrere weitere Prozessgase verdichtet oder weiter verdichtet, wobei die zweiten Abtriebsaggregate 14, 15 und 16 mit weiteren Ritzelwellen 24, 26 des Getriebes 11 drehfest verbunden sind.

[0024] So sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3a und 3b die drei weiteren, zweiten Abtriebsaggregate 14, 15 und 16 mit zwei weiteren Ritzelwellen 24 und 26 drehfest verbunden, nämlich derart, dass die beiden Getriebekompressoren 14 und 15 an gegenüberliegenden Seiten 27 und 28 des Getriebes 11 bzw. Getriebegehäuses 19 mit einer zweiten Ritzelwelle 24 des Getriebes 11 drehfest verbunden sind, wohingegen der Getriebekompressor 16 mit einer dritten Ritzelwelle 26 des Getriebes 11 drehfest verbunden ist, vorzugsweise im Bereich derjenigen Seite 28 des Getriebegehäuses 19, an welcher auch der Getriebekompressor 14 und der Hauptkompressor 13 positioniert sind.

[0025] Von der Gesamtleistung des Maschinenstrangs entfallen mindestens 50% auf den Hauptkompressor und der Rest (weniger als 50 %) auf den Getriebekompressor, somit wird deutlich, dass die drehzahloptimierte Auslegung insbesondere des Hauptkompressors und des Antriebsaggregates 12 von grosser Bedeutung für die Steigerung der Effektivität des Maschinenstranges sind.

[0026] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3a und 3b ist die erste Ritzelwelle 22 in etwa an der 6-Uhr-Position des Grossrads 17 positioniert und kämmt über das Ritzel 21 an dieser Position in das Grossrad 17 ein. Die zweite Ritzelwelle 24 mit dem Ritzel 23 ist in etwa an der 3-Uhr-Position und die dritte Ritzelwelle 26 mit dem Ritzel 25 ist in etwa an der 9-Uhr-Position des Grossrads 17 positioniert, wobei diese Ritzel 23 und 25 an diesen Positionen in das Grossrad 17 kämmen.

[0027] Wie in Fig. 3a gezeigt, kann an die Grossradwelle 18 des Getriebes 11 ein optionaler Generator 31 oder auch alternativ ein Motor gekoppelt sein, nämlich über eine Kupplung 32.

[0028] Wie bereits ausgeführt, kann das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 mehrstufig mit mehreren Kompressorstufen bzw. Verdichterstufen ausgebildet sein.

[0029] Stromabwärts der vorderen Kompressorstufe 13a ist ein Zwischenkühler 13b positioniert, um das bereits verdichtete, erste Prozessgas zu kühlen und hierdurch das Volumen und die Temperatur desselben zu verringern. Hiermit kann der Wirkungsgrad der Getriebeturbomaschine verbessert werden, insbesondere im Hinblick auf eine Weiterverdichtung des ersten Prozessgases im Bereich der Getriebekompressoren 14, 15 oder 16.

[0030] Es ist vorzugsweise möglich, auch stromabwärts jedes Getriebekompressors 14, 15 und 16 einen Zwischenkühler (nicht gezeigt) zur Abkühlung des jeweils verdichteten Prozessgases zu positionieren.

[0031] Das Getriebe 11 zusammen mit den Getriebekompressoren 14, 15 und 16, das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat 12 sowie das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Fundamenttisch 20 eines Maschinenfundaments gelagert.

[0032] Im Bereich der Dampfturbine bzw. des Antriebsaggregats 12 kommt ein axiales Abdampfgehäuse 33 zum Einsatz, sodass entspanntes Medium die Dampfturbine 12 in axialer Richtung verlässt.

[0033] Ein stromabwärts der Dampfturbine 12 positionierter Kondensator 34 ist dann vorzugsweise in Richtung einer Längsachse der Dampfturbine 12 gesehen neben dem die Dampfturbine 12 tragenden Fundamenttisch 12 des Maschinenfundaments positioniert, und zwar vorzugsweise auf separaten Stützen 35.

[0034] Die in Fig. 3a und 3b gezeigte Getriebeturbomaschine 10 umfasst demnach das integrierte Getriebe 11, dass als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat 12, das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 sowie mindestens drei als Getriebekompressoren ausgebildete zweite Abtriebsaggregate 14, 15 und 16. Erfindungsgemäss sind die Dampfturbine 12 und der mindestens zweistufige Hauptkompressor 13 über entsprechende Kupplungen 29, 30 an dieselbe Ritzelwelle 22 des Getriebes 11 gekoppelt, sodass dann, wenn die beiden Kupplungen 29 und 30 gekoppelt sind, Dampfturbine 12 und Hauptkompressor 13 ohne Getriebeübersetzung des Getriebes 11 direkt bzw. unmittelbar bei gleichbleibender Übersetzung in Wirkverbindung stehen und mit der gleichen Drehzahl betrieben werden. Die Getriebekompressoren 14, 15 und 16 dienen nach Durchlaufen anderer Prozessschritte ausserhalb des Maschinenstrangs in der Regel der Weiterverdichtung des im Hauptkompressor 13 verdichteten Prozessgases und/oder der Verdichtung mindestens eines weiteren Prozessgases. Das auf der ersten Ritzelwelle 22 gelagerte Ritzel 21 muss die volle Leistung der Getriebeturbomaschine 10 bzw. die volle Antriebsleistung der Dampfturbine 12 übertragen. Die Dampfturbine 12 verfügt über ein axiales Abström- bzw. Abdampfgehäuse 33, wobei der Kondensator 34 neben dem Fundamenttisch 20 auf separaten Stützen 35 positioniert ist.

[0035] Der Hauptkompressor 13 ist bevorzugt mindestens zweistufig, vorzugsweise als Radialkompressor ausgeführt. In dem zweistufigen Radialkompressor sind dabei Zwischenkühler hinter den vorderen Stufen integriert. In den Getriebekompressoren 14, 15 und 16 wird das im Hauptkompressor 13 verdichtete Prozessgas und/oder mindestens ein weiteres Prozessgas verdichtet bzw. weiterverdichtet. Stromabwärts jedes Getriebekompressors 14, 15, 16 kann vorzugsweise ein weiterer Zwischenkühler positioniert sein.

[0036] Der Antrieb der Getriebeturbomaschine 10 erfolgt vorzugsweise über das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat 12, welches den Hauptkompressor 13 direkt bzw. unmittelbar mit gleicher Drehzahl durch das Gehäuse 19 des Getriebes 11 hindurch antreibt. Die Getriebekompressoren 14, 15 und 16 werden ebenfalls ausgehend von der Dampfturbine 12 bzw. vom Antriebsaggregat aus angetrieben, jedoch mit unterschiedlichen Drehzahlen, und zwar mit einer vom konkreten Übersetzungsverhältnis des Getriebes 11 abhängigen, optimalen Drehzahl für den jeweiligen Getriebekompressor.

[0037] Weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Getriebeturbomaschine 10 zeigen Fig. 1a , 1b und Fig. 2a , 2b und Fig. 4a , 4b und Fig. 5a , 5b und Fig. 6a , 6b und Fig. 7a , 7b und Fig. 8a , 8b , wobei nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die weiteren erfindungsgemässen Getriebeturbomaschinen 10 von der Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 3a , 3b unterscheiden.

[0038] Bei der Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 1a , 1b ist nur ein Getriebekompressor 14 vorhanden, der mit einer Ritzelwelle 24 drehfest verbunden ist.

[0039] Bei der Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 2a , 2b sind insgesamt zwei Getriebekompressoren 14, 15 vorhanden, die mit der Ritzelwelle 24 drehfest verbunden sind. So sind die beiden Getriebekompressoren 14 und 15 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses 10 mit der zweiten Ritzelwelle 24 des Getriebes 11 drehfest verbunden.

[0040] Bei der Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 4a , 4b sind insgesamt vier Getriebekompressoren 14, 15, 16 und 36 vorhanden, die mit zwei Ritzelwellen 24 und 26 drehfest verbunden sind. So sind die beiden Getriebekompressoren 14 und 15 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses 10 mit der zweiten Ritzelwelle 24 und die beiden Getriebekompressoren 16, 36 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses 10 mit der dritten Ritzelwelle 26 des Getriebes 11 drehfest verbunden.

[0041] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 5b sowie Fig. 6a und 6b umfasst das Getriebe 11 der Getriebeturbomaschine 10 jeweils eine vierte Ritzelwelle 39, mit der im Ausführungsbeispiel der Fig. 5a , 5b ein fünfter Getriebekompressor 37 und im Ausführungsbeispiel der Fig. 6a , 6b zusätzlich ein sechster Getriebekompressor 40 drehfest verbunden ist. Die vierte Ritzelwelle 39 ist dabei zusammen mit dem auf derselben gelagerten Ritzel 38 in etwa an der 12-Uhr-Position des Grossrads 17 angeordnet, wobei das auf der vierten Ritzelwelle 39 gelagerte Ritzel 38 an dieser Position am Umfang des Grossrads 17 in dasselbe kämmt.

[0042] Zwei weitere Ausführungsbeispiele von Getriebeturbomaschinen 10 zeigen Fig. 7a , 7b und Fig. 8a , 8b , wobei in Fig. 7a , 7b und Fig. 8a , 8b jeweils eine fünfte Ritzelwelle 43 vorhanden ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7a , 7b ist mit dieser fünften Ritzelwelle 43 ein siebter Getriebekompressor 41 drehfest verbunden, wobei in Fig. 8a , 8b mit der fünften Ritzelwelle 43 der siebte Getriebekompressor 41 und zusätzlich ein achter Getriebekompressor 44 drehfest verbunden ist. Wie Fig. 7b , 7b entnommen werden kann, sind in diesen Ausführungsbeispielen die vierten Ritzelwellen 39 in etwa an der 1-Uhr-Position und die fünften Ritzelwellen 43 in etwa an der 11-Uhr-Position des Grossrads 17 angeordnet, wobei die entsprechenden Ritzel 38, 42 an diesen Positionen am Umfang des Grossrads 17 in dasselbe kämmen.

[0043] Unabhängig der vorgenannten Ausführungsvarianten ist es möglich, dass die erste Ritzelwelle (22) in etwa an der 6-Uhr-Position oder in etwa der 9-Uhr Position oder in etwa der 11-Uhr-Position oder in etwa der 12-Uhr-Position oder in etwa der 1-Uhr-Position oder in etwa der 3-Uhr-Position des Grossrads über das Ritzel in dasselbe kämmt und dass die mindestens eine weitere Ritzelwelle (24, 26, 39, 43) an mindestens eine der freien Positionen des Grossrads über die jeweiligen Ritzel in dasselbe kämmt.

[0044] Auch ist es optional zu den vorgenannten Ausführungsvarianten möglich, dass jeweils zwischen den Ritzelwellen (22, 24, 26, 39, 43) und dem Grossrad (17) jeweils mindestens ein nicht dargestelltes Zwischenrad mit Zwischenradwelle angeordnet ist und drehfest mit den Ritzelwellen (22, 24, 26, 39, 43) sowie dem Grossrad (17) verbunden ist.

[0045] Bei besondere Einsatzgebieten von Getriebeturbomaschinen (nicht dargestellt) kann es auch sein, dass anstelle mindestens eines der zweiten Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 3740, 4144) mindestens ein weiteres Antriebsaggregat (14 ́, 15 ́, 16 ́, 36 ́, 37 ́, 40 ́, 41 ́, 44 ́) mit einer der Ritzelwellen (24, 26, 39, 43) drehfest verbunden ist. Das weitere Antriebsaggregat könnte ein Expander, ein Motor oder auch eine Gas- oder Dampfturbine sein.

[0046] Zudem kann zum Anfahren der Getriebeturbomaschine der Generator/Motor (31) zunächst als Antriebsaggregat fungieren und erst nach dem Anfahren der Motor/Generator (31) in Generatorschaltung als Abtriebsaggregat fungieren.

[0047] Unter besonderen Umständen kann es auch möglich sein, dass das Antriebsaggregat als Gasturbine, Expander oder Motor ausgeführt ist.

Bezugszeichenliste

[0048] <tb>10<SEP>Getriebeturbomaschine <tb>11<SEP>Getriebe <tb>12<SEP>Antriebsaggregat/Dampfturbine <tb>13<SEP>erstes Abtriebsaggregat/Hauptkompressor <tb>13a<SEP>Hauptkompressorstufe <tb>13b<SEP>Zwischenkühler <tb>14<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>14 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>15<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>15 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>16<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>16 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>17<SEP>Grossrad <tb>18<SEP>Grossradwelle <tb>19<SEP>Getriebegehäuse <tb>20<SEP>Fundamenttisch <tb>21<SEP>erstes Ritzel <tb>22<SEP>erste Ritzelwelle <tb>23<SEP>zweites Ritzel <tb>24<SEP>zweite Ritzelwelle <tb>25<SEP>drittes Ritzel <tb>26<SEP>dritte Ritzelwelle <tb>27<SEP>Seite <tb>28<SEP>Seite <tb>29<SEP>Kupplung <tb>30<SEP>Kupplung <tb>31<SEP>Generator/Motor <tb>32<SEP>Kupplung <tb>33<SEP>Abströmgehäuse <tb>34<SEP>Kondenstaor <tb>35<SEP>Stütze <tb>36<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>36 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>37<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>37 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>38<SEP>viertes Ritzel <tb>39<SEP>vierte Ritzelwelle <tb>40<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>40 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>41<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>41 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats <tb>42<SEP>fünftes Ritzel <tb>43<SEP>fünfte Ritzelwelle <tb>44<SEP>zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor <tb>44 ́<SEP>weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats

Claims

1. Getriebeturbomaschine (10), die ein Getriebe (11), mindestens ein Antriebsaggregat (12), und mindestens zwei Abtriebsaggregate (13, 14, 15, 16, 36, 37, 40, 41, 44) aufweist, die zu einem Maschinenstrang integriert sind; wobei das Getriebe (11) ein zentrales Grossrad (17) mit einer Grossradwelle (18) und mindestens zwei in das Grossrad (17) kämmende Ritzel (21, 23, 25, 38, 42) mit mindestens zwei Ritzelwellen (22, 24, 26, 39, 43) umfasst; wobei die Getriebeturbomaschine (10) ein Antriebsaggregat (12) umfasst, wobei das Antriebsaggregat (12) mit einer ersten Ritzelwelle (22) des Getriebes (11) auf einer Seite desselben über eine erste Kupplung (29) gekoppelt ist; wobei ein erstes Abtriebsaggregat (13) als Hauptkompressor ausgebildet ist, in welchem unter Nutzung der vom Antriebsaggregat (12) bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein erstes Prozessgas verdichtet wird, wobei das erste Abtriebsaggregat (13) mit der ersten Ritzelwelle (22) des Getriebes (11) auf der gegenüberliegenden Seite desselben über eine zweite Kupplung (30) derart gekoppelt ist, dass das erste Abtriebsaggregat (13) bei geschlossener erster Kupplung (29) und geschlossener zweiter Kupplung (30) direkt bei gleichbleibender Übersetzung des Getriebes (11) mit dem Antriebsaggregat (12) in Wirkverbindung steht; wobei mindestens ein zweites Abtriebsaggregat (14, 15, 16, 36, 37, 40, 41, 44) als Getriebekompressor ausgebildet ist, in welches unter Nutzung der vom Antriebsaggregat (12) bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das erste oder ein weiteres Prozessgas verdichtet bzw. weiterverdichtet wird, wobei das mindestens eine zweite Abtriebsaggregat (14, 15, 16, 36, 37, 40, 41, 44) mit mindestens einer weiteren Ritzelwelle (24, 26, 39, 43) des Getriebes (11) drehfest verbunden ist.

2. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (12) als Dampfturbine ausgebildet ist, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung Dampf entspannt wird.

3. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat (12) über ein axiales Abdampfgehäuse (33) verfügt.

4. Getriebeturbomaschine nach einem der Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (34) des als Dampfturbine ausgebildeten Antriebsaggregats (12) in Richtung einer Längsachse der Dampfturbine gesehen neben einem die Dampfturbine tragenden Fundamenttisch (20) positioniert ist.

5. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (34) neben dem die Dampfturbine tragenden Fundamenttisch (20) auf separaten Stützen (35) positioniert ist.

6. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (13) mehrstufig ist.

7. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (13) als Radialkompressor ausgebildet ist.

8. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts einer vorderen Verdicherstufe (13a) des Hauptkompressors (13) ein Zwischenkühler (13b) positioniert ist, um das Volumen und die Temperatur des verdichteten zweiten Prozessgases zu verringern.

9. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (13) als Axialkompressor mit mindestens einer radialen Endstufe ausgebildet ist.

10. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts nach den Axialstufen (13a) des Hauptkompressors (13) und vor Eintritt in die radiale Endstufe ein Zwischenkühler (13b) positioniert ist, um das Volumen und die Temperatur des verdichteten ersten Prozessgases zu verringern.

11. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ritzelwelle (22) in etwa an der 6-Uhr-Position oder in etwa der 9-Uhr-Position oder in etwa der 11-Uhr-Position oder in etwa der 12-Uhr-Position oder in etwa der 1-Uhr-Position oder in etwa der 3-Uhr-Position des Grossrads über das Ritzel in dasselbe kämmt und dass die mindestens eine weitere Ritzelwelle (24, 26, 39, 43) an mindestens eine der freien Positionen des Grossrads über die jeweiligen Ritzel in dasselbe kämmt.

12. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15), wobei diese zwei Getriebekompressoren (14, 15) an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes (11) mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes (11) drehfest verbunden sind.

13. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass drei als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16), wobei zwei Getriebekompressoren (14, 15) an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes (11) mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes (11) drehfest verbunden sind, und der dritte Getriebekompressor (16) mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes (11) drehfest verbunden ist.

14. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vier als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36), wobei zwei Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes und zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes drehfest verbunden sind.

15. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass fünf als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 37), wobei zwei Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes und zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes drehfest verbunden sind, und wobei der fünfte Getriebekompressor mit einer vierten Ritzelwelle (39) des Getriebes drehfest verbunden ist.

16. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sechs als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 37, 40), wobei zwei Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes, zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes, und nochmals zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer vierten Ritzelwelle (39) des Getriebes drehfest verbunden sind.

17. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sieben als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 37, 40, 41), wobei zwei Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes, zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes drehfest verbunden sind, und nochmals zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer vierten Ritzelwelle (39) des Getriebes drehfest verbunden sind, und wobei der siebte Getriebekompressor mit einer fünften Ritzelwelle (43) des Getriebes drehfest verbunden ist.

18. Getriebeturbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass acht als Getriebekompressoren ausgebildete, zweite Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 37, 40, 41, 44), wobei zwei Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer zweiten Ritzelwelle (24) des Getriebes, zweiweitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer dritten Ritzelwelle (26) des Getriebes, nochmals zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer vierten Ritzelwelle (39) des Getriebes drehfest verbunden sind, und nochmals zwei weitere Getriebekompressoren an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes mit einer fünften Ritzelwelle (43) des Getriebes drehfest verbunden sind.

19. Getriebeturbomaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle mindestens eines der Abtriebsaggregate (14, 15, 16, 36, 37, 40, 41, 44) mindestens ein weiteres Antriebsaggregat (14 ́, 15 ́, 16 ́, 36 ́, 37 ́, 40 ́, 41 ́, 44 ́) mit einer der Ritzelwellen (24, 26, 39, 43) drehfest verbunden ist.

20. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Antriebsaggregat (14 ́, 15 ́, 16 ́,36 ́, 37 ́, 40 ́, 41 ́, 44 ́) ein Expander, ein Motor oder eine Gas- oder Dampfturbine ist.

21. Getriebeturbomaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Generator/Motor (31), der über eine Kupplung (32) mit der Grossradwelle (18) des Grossrads (17) gekoppelt ist.

22. Getriebeturbomaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren der Getriebeturbomaschine der Generator/Motor (31) zunächst als Antriebsaggregat fungiert und wobei nach dem Anfahren im Betrieb der Generator/Motor (31) in Generatorschaltung als Abtriebsaggregat fungiert.

23. Getriebeturbomaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50 % der Gesamtleistung des Maschinenstrangs auf den Hauptkompressor entfallen.

24. Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen den Ritzelwellen (22, 24, 26, 39, 43) und dem Grossrad (17) jeweils mindestens ein Zwischenrad mit Zwischenradwelle angeordnet ist und drehfest mit den Ritzelwellen (22, 24, 26, 39, 43) sowie dem Grossrad (17) verbunden ist.