CN101592045B - 用于机器链的传动涡轮机、机器链和用于传动涡轮机的传动装置 - Google Patents

Abstract

机器链包括传动装置，特别是具有轴向排气流的汽轮机、一个传动涡轮机(2)和另一个压缩机(4)，其中，具有集成的传动装置的传动涡轮机(2)具有一个通过大轮子(2.2)传动涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)的驱动小齿轮(2.1)和一个用于传动另一压缩机(4)的降低转速的负载传动装置的输出小齿轮(2、3)。

Description

用于机器链的传动涡轮机、机器链和用于传动涡轮机的传动装置

技术领域

本发明涉及一种具有用于机器链的集成的负载传动装置的传动涡轮机(Getriebeturbomaschine)，特别是径向传动涡轮机，用于这样一种传动涡轮机的集成的负载传动装置，以及具有这样一种传动涡轮机和另一压缩机，特别是一个主压缩机的机器链。

背景技术

通常机器链具有一个驱动装置，特别是一个汽轮机、一个燃气轮机，或者一个膨胀机，特别是一个膨胀-或剩余燃气轮机，和一个或者多个由这个驱动装置所驱动的，例如压缩空气或者其它气体的压缩机。

在企业内部实践中特别是已公开这样一些机器链。在这样一些机器链中一个双驱动的汽轮机在一侧驱动具有多个压缩机级的升压压气机，并且在汽轮机的对置侧驱动一个主压缩机。这个主压缩机吸入并且压缩介质，并且将其中一部分质量流输送给升压压缩机。这个升压压缩机进一步将这股部分质量流继续压缩到一个至三个压力等级。

在这个过程中必须将汽轮机、主-和升压压缩机的转速彼此协调一致。由于热动力学的原因汽轮机和升压压缩机的压缩机级的转速应该比较高，然而这些转速对于主压缩机来说由于它的直径大及与相关联的大的离心力却是比较低的，并且到目前为止特别是限制了汽轮机的转速，这对于它的效率和结构尺寸是不利的。

因此按照企业内部实践已公开将升压压缩机设计为传动装置压缩机，例如EP 1 691 081 A2公开的。该文献公开了具有一个集成的传动装置的传动压缩机，用于机器链的传动涡轮机的集成的传动装置具有：驱动小齿轮，这个驱动小齿轮和驱动轴不相对转动地连接；同驱动小齿轮啮合的大轮子和至少一个涡轮机转子，所述涡轮机转子具有用于用传动涡轮机的至少一个工作轮传递力矩的涡轮机轴；并且具有和涡轮机轴不相对转动地连接的涡轮机小齿轮，涡轮机小齿轮和大轮子啮合，或者DE 42 41 141 A1也公开使它的压气机级在比主压缩机更高的转速中运行。在DE 24 13 674 C2中也公开的三级传动压缩机中传动转速以更高的转速在压缩机级中加速。

例如DE-GM 712 2098原则上也公开了通过在主压缩机前面的一个单独的圆柱齿轮传动装置来降低汽轮机的转速，然后由于单独地设置这个传动装置不仅增大了生产和安装费用，而且也增大了机器链的轴向结构长度，并且也因此增大了运输费用和建筑物的费用。

这些已公开的机器链还具有其它的缺点。例如主压缩机和升压压缩机的到目前为止的在汽轮机的两侧的布局例如要求汽轮机径向地排流。这使效率变坏。若要在汽轮机的后面设置一个冷凝器则这个提供径向排出蒸汽的冷凝器必须设置在汽轮机的上面或者下面的一个水平面中。这会增大整个机器链的结构高度，并且因此大大地增加用于容纳它的地基和建筑物的费用。

发明内容

本发明的任务是减少前述缺点中的至少一个缺点，并且改进机器链。

这个任务通过一个按本发明的集成的传动装置，一个按本发明的传动涡轮机和一个按本发明的机器链得以完成。按本发明的用于机器链的传动涡轮机的集成的传动装置具有：驱动小齿轮，这个驱动小齿轮和驱动轴不相对转动地连接；同驱动小齿轮啮合的大轮子和至少一个涡轮机转子，所述涡轮机转子具有用于用传动涡轮机的至少一个工作轮传递力矩的涡轮机轴；并且具有和涡轮机轴不相对转动地连接的涡轮机小齿轮，涡轮机小齿轮和大轮子啮合，减速的负载传动装置的输出小齿轮和驱动小齿轮啮合，所述输出小齿轮和输出轴不相对转动地连接用于驱动和传动涡轮机分开的另一压缩机的可和输出轴耦合的压缩机驱动轴。按本发明的用于机器链的传动涡轮机具有前述按本发明的集成的传动装置，其特征在于，传动涡轮机的压缩机级或者膨胀器级的至少一个工作轮和涡轮机转子的涡轮机轴不相对转动地连接。按本发明的具有驱动装置的机器链具有前述按本发明所述的传动涡轮机并且具有和传动涡轮机分开的另一压缩机，所述压缩机沿轴向方向和传动涡轮机间隔。

按照本发明的第一方面建议将设置在驱动装置和压缩机之间的降低转速的负载传动装置集成到传动涡轮机的传动装置中，并且同时和压缩机分开。

为此，用于机器链的传动涡轮机包括一个驱动小齿轮，这个驱动小齿轮和一个驱动轴不相对转动地连接，还包括一个和该驱动小齿轮啮合的大轮子和一个或者多个，优选地至少两个，特别是三个或者四个涡轮机转子。传动涡轮机的这些涡轮机转子分别包括一个涡轮机轴，一个或者多个，优选地两个和这个涡轮机轴不相对旋转地连接的工作轮和一个与这个涡轮机轴不相对旋转地连接的涡轮机小齿轮，其中，一个或者多个涡轮机转子的涡轮机小齿轮和大轮子相啮合。

在这种情况中一个涡轮机转子的工作轮可以设计为压缩机工作轮或者膨胀器工作轮。特别是同一涡轮机转子的两个或者多个压缩机工作轮和/或不同的涡轮机转子的压缩机工作轮可构成为传动涡轮机的优选地设计为径向压机的压缩机级，所述传动涡轮机起传动压缩机的作用。代替地同一涡轮机转子的两个膨胀器工作轮和/或不同的涡轮机转子的膨胀器转子工作轮可形成传动涡轮机的优选地设计为径向膨胀器的膨胀器级。所述传动涡轮机起传动膨胀器的作用。这两种设计也可组合起来，其办法是例如至少一个装配有一个或者多个压缩机工作轮的涡轮机转子形成一个或者多个压缩机级，并且至少一个装配有一个或者多个膨胀器工作轮的另外的涡轮机转子形成同一传动涡轮机的一个或者多个膨胀级，和/或其办法是将一个或者多个涡轮机转子分别装配至少一个压缩机工作轮和至少一个膨胀器工作轮，并且因此既形成一个压缩机级，也形成一个膨胀器级。因此在当前将具有一个或者多个装配有至少一个压缩机工作轮的压缩机轴的纯的一级的或者多级的传动压缩机，具有一个或者多个的装配有至少一个膨胀器工作轮的膨胀轴的纯一级的或者多级的传动膨胀器，也将组合的传动压缩机/膨胀器(“传动压缩扩展机”)普遍地称之为传动涡轮机，将它的装配有压缩机工作轮和/或膨胀器工作轮的转子称为涡轮机转子。

现在根据本发明这个传动涡轮机附加地具有降低转速的负载传动装置的输出小齿轮。这个输出小齿轮和一个从动轴不相对旋转地连接，这个从动轴是用于驱动另一个和这个传动涡轮机分开的压缩机的，特别是机器链的一个主压缩机的和这个从动轴可耦合的压缩机驱动轴。所述压缩机特别是可设计成单轴压缩机，优选地可设计为例如具有水平的和/或竖直的接合部的轴向压缩机、径向压缩机，或者设计为等温压缩机，或者组合式的轴向-径向压缩机。

和大轮子一样，这个输出小齿轮优选在驱动小齿轮的和这个大轮子对置的一侧和这个驱动小齿轮啮合。因此，根据本发明的传动涡轮机首次地将一个传动涡轮机的多轴传动装置和用于和它分开的压缩机的负载传动装置组合起来。

根据本发明的这个第一方面的一个集成的传动装置、一个具有这样一个集成的传动装置的传动涡轮机或一个机器链具有一系列的优点：通过降低转速的负载传动装置一个驱动装置，例如一个汽轮机、一个燃气轮机或者膨胀器，特别是降压涡轮机或剩余气体涡轮机-它驱动驱动轴-另一压缩机、特别是主压缩机和传动涡轮机的涡轮机转子可分别在一个对它们有利的转速范围内运行。

例如降低转速的负载传动装置可用一种传动比将驱动小齿轮的转速降低到输出小齿轮的转速。这个传动比在1.25到1.45的范围内，优选地在1.3到1.4的范围内，特别是在1.32到1.38的范围内。目前传动比是以专业上通常的方式定义为驱动转速和输出转速的数量比，在此也就是由驱动小齿轮转速除以输出小齿轮转速定义的，这样通过一个正的传动比也可描述一个转动方向的转变。相应地涡轮机小齿轮和驱动小齿轮可以具有位于0.28到0.54，优选地位于0.30到0.52，特别地在0.32到0.50之间范围内的传动比，其中，这个传动比是从驱动小齿轮转速除以涡轮机小齿轮转速的商数中产生的。

通过这一措施在一个设计中例如一个汽轮机可在每分钟4000到7000转(转/分)范围的额定转速中运行，一个设计为传动涡轮机的升压压缩机的涡轮机转子可在10000到17000转/分的范围的额定转速中运行，并且一个设计为单轴压缩机的主压缩机可在2000到6000转/分范围的额定转速中运行。这提高了汽轮机的效率，此外该汽轮机还可有利地设计得更小。

在这种情况中驱动小齿轮和输出小齿轮形成一个负载传动装置。通过这个负载传动装置可将由驱动装置输送的功率-在汽轮机中这个功率例如可在40至80兆瓦的范围内-的大部分输送到另一压缩机中-该压缩机例如被30至50兆瓦范围的功率加载。优选地至少一半，特别优选地至少60％的功率从驱动轴输送到从动轴的。大轮子相应地将余下的差值功率分配到和它相啮合的涡轮机转子上。因此涡轮机小齿轮和大轮子的齿部宽度可以优选地设计得较小，其优选地最多为驱动小齿轮的齿部宽度的0.91倍。

另一重要的优点是为了将驱动装置的转速降低到另一压缩机的转速也不再需要单独的传动装置，这节省了生产和安装费用以及节省结构空间。

另一压缩机优选地被容纳在一个和传动涡轮的壳体分开的壳体内。通过这一措施可特别有利地达到在传动涡轮机和另一压缩机之间的振动脱耦。为此，这个另一压缩机优选地沿轴向方向和传动涡轮机保持距离。当这个另一压缩机作为主压缩机结构较大时这种做法也是特别有利的。

通过将另一压缩机，特别是主压缩机的降低转速的负载传动装置按本发明集成到一个传动涡轮机中这个负载传动装置就不被容纳在另一压缩机或者主压缩机的壳体中了。这在振动技术上也是有利的。

如上所述，传动涡轮机可以具有一个或者多个膨胀器级，其方式是一个或者多个涡轮机转子分别配设至少一个、两个或者多个膨胀器工作轮。通过这一措施例如可有利地将在机器链中的转变的工序的排出介质，和/或在此之前在主压缩机中经压缩的过程介质，优选地将它们的部分质量流进行降压，并且将它的焓用于驱动另一压缩机，和/或被传动涡轮机的压缩机级所利用。附加地或者代替地这个传动涡轮机-然后它可起到机器链的升压压缩机的作用-可以具有一个或者多个压缩机级，其方式是一个或者多个涡轮机转子分别配设至少一个，两个或者多个压缩机工作轮。通过这一措施例如在另一压缩机中被压缩的介质，优选地来自主压缩机的部分质量流进一步地被压缩，为的是例如在中间冷却和降压之后起冷却剂的作用。附加地或者代替地也可在传动涡轮机的压缩机级中对不流过另一压缩机的其它介质进行压缩。也就是这个传动涡轮机可同样地起到作功机械和/或原动机的作用，其中，涡轮机轴对一个工作轮施加一个扭矩，或者由这个工作轮施加一个扭矩。

附加地或者代替地可设置一个支持驱动装置，和/或可由该驱动装置驱动的电机，特别是一个电动机、一个发电机或者一个电动机/发电机，它的电机输入轴和驱动小齿轮、大轮子、输出小齿轮或者一个涡轮机小齿轮作用，或者和驱动轴、输出轴、大轮子的轴或者一个涡轮转子耦合，或者不相对转动地连接。这样，例如可将附加的驱动扭矩通过一个电动机引入到传动涡轮机中，或者在那里将提供使用的机械功率在发电机中转换为电功率，并且例如存储起来，供机器链使用，或者输送到电网中。

当在前面在主压缩机中已被压缩的介质流过升压压缩机时，由于压力更高，并且特别是只以来自主压缩机的部分质量流流过时，传动涡轮机的流过的横截面，并且因此壳体直径、工作轮直径或者叶片直径可以设计得比另一压缩机中的更小一些。因此，优选地另一压缩机的最小的流过的横截面至少为传动涡轮机的最小的流过横截面的1.05倍，优选至少1.1倍，特别是至少为其1.2倍。

关于例如驱动小齿轮和驱动轴之间，涡轮机小齿轮和涡轮机轴之间，或者输出小齿轮和输出轴之间的不相对转动的连接在此既可以理解为例如可以包括花键轴和/或螺栓的可拆开的连接，也可以理解为一种不可拆开的连接，特别是一种焊接连接，或者一种整体设计，例如设计成单件的原型件和/或成形件。

输出轴和可和它耦合的分开的压缩机驱动轴之间的耦合例如可通过一种法兰连接、一种用于平衡轴向错位和/或角度错位的接合器和/或一种可连接的或者自连接的接合器，例如一种过载接合器实现。在这方面特别是无论是可拆开地还是不可拆开地彼此连接的输出轴和压缩机驱动轴都叫做可耦合的。有利地输出轴和压缩机驱动轴之间的接合器可对旋转振动、轴向冲击等进行阻尼。

按照本发明的构思所谓的啮合它一方面包括一种直接的啮合，也就是一种齿的啮合，例如两个彼此啮合的部件之间的单倾斜齿或者双倾斜齿的啮合。然而同样地它也包括在中间连接一个或者多个传动级，特别是圆柱齿轮传动级和/或行星式齿轮传动级情况下的间接啮合。例如DE42 41 141 A1公开了这种类型的啮合。在这方面它的公开已明确地收录在本说明书中。

假若按照本发明的第一个方面传动涡轮机具有两个或者多个涡轮机转子，则所有的涡轮机小齿轮可和大轮子啮合。这使得给大轮子均匀载荷和传动涡轮机更窄的结构成为可能。然而同样地一个或者多个涡轮机小齿轮也可和输出小齿轮啮合。通过这一措施增大了这些涡轮机转子到通过该大轮子驱动的间距，这有利地提高了单个的涡轮机转子或通过这些转子所形成的压缩机级和/或膨胀器级的结构设计的自由度。

在一个优选的方案中，驱动小齿轮的旋转轴线、大轮子的旋转轴线和输出小齿轮的旋转轴线设置在一个共同的优选地基本水平的平面中。这有利地减小了垂直于这个平面的传动涡轮机的结构高度。一个和大轮子啮合的涡轮机小齿轮的旋转轴线和/或一个和输出小齿轮啮合的涡轮机小齿轮的旋转轴线也可以设置在这个平面中，并且如此地进一步地减小了结构高度。若其它的涡轮小齿轮和大轮子啮合，则它们的旋转轴线优选地设置在另一个与那个设置大轮子的旋转轴线的平面平行的共同平面中。

优选地一个传动涡轮机具有一个多部件的壳体。这个壳体容纳着驱动小齿轮、大轮子、输出小齿轮和涡轮机小齿轮。特别是如前所述那些旋转轴线都位于一个或者两个彼此平行的，优选地水平的平面内，则这个壳体在这个平面内或者在这些平面中被分开是有利的。这简化了安装和维护。

优选地输出小齿轮和大轮子设置在驱动小齿轮的同一个横向的平面内。通过这一措施有利地使得传动涡轮机的结构轴向地特别的短。同样地大轮子和输出小齿轮也可设置在轴向错位的平面中，其中，然后有利地将大轮子或者驱动小齿轮设计为两级，并且具有用于和驱动小齿轮和涡轮机小齿轮(在两级的大轮子情况下)相啮合或用于和大轮子和输出小齿轮(在两级的驱动小齿轮情况下)相啮合的两个不同的分度园直径。这种布局特别是可在驱动小齿轮和大轮子的旋转轴线的平面中设计得更加窄一些。

优选地不是所有的，而是驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮和输出小齿轮中的几个轴向地支承在传动涡轮机的一个壳体中。为此这个壳体例如具有两个到六个轴向轴承。而驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮和输出小齿轮中的其余的，特别是通过压力齿(

)轴向地支撑在这些轴向地支承在传动涡轮机的壳体中的部件上。所述压力齿在DE 42 41 141 A1中已公开。在这方面它的公开已明确地收录在本说明书中。通过这一措施可以在结构上更小的花费承受工作轮或者驱动装置的轴向推力。

特别有利的是在一个根据本发明的机器链中另一压缩机可以设置在传动涡轮机的与驱动装置对面的一侧上。特别是按照这一方式可将这个驱动装置-该驱动装置在传动涡轮机对置的一侧是空着的-设计为一种具有轴向排流的汽轮机。通过这一措施和具有带有径向排流的汽轮机的传统的机器链相比不仅改进了效率，而且也可将一个设置在该汽轮机后面的冷凝器基本地设置在同一个水平的平面上。这一举措明显地降低了这样一种机器链的结构高度。因此按照本发明的一个第二方面在一个设置有一个传动涡轮机、另一个压缩机，特别是一个主压缩机的机器链中有一个作为驱动装置的具有轴向排流的汽轮机。根据本发明的前述的第一和第二方面分别完成了本文开头所述的改进机器链的任务。特别有利的是这两个方面已彼此结合起来。然而这种结合并不是强制的。

因此在下面共同地借助使用这两个方面的本发明的一些实施例对这两个方面进行说明，其中需要明确强调的是，本发明无论如何至少仅具有第一方面或者第二方面的特征。两个方面的其它特征和优点产生自这些实施例。为此部分地示出一些附图。

附图说明

图1：按照本发明的一个第一方案的一个具有带有集成的传动装置的传动涡轮机的机器链的顶视图。

图2：按照本发明的一个第二方案的一个具有带有集成的传动装置的传动涡轮机的机器链的顶视图。

图3A：图1的传动涡轮机的一个传动布局的轴向图。

图3B：图3A的传动布局的顶视图。

图4A：图2的传动涡轮机的传动布局的轴向图。

图4B：图4A的传动布局顶视图。

图5：按照本发明的一个第三方案的一个具有集成的传动装置的传动涡轮机的传动布局的顶视图。

图6：按照本发明的一个第四方案的一个具有集成的传动装置的传动涡轮机的传动布局的顶视图。

图7：按照本发明的一个第五方案的一个具有集成的传动装置的传动涡轮机的传动布局的顶视图。

具体实施方式

在图1、3中示出了按照本发明的一个第一设计所述的一个机器链的主要部件。其中，本发明的第一和第二方面得以共同实现。

首先参考图1，用附图标记4表示一个设计为轴向抽吸的单轴压缩机的主压缩机。这个主压缩机在通过箭头所指的方式吸入空气，并且例如压缩到7巴。

然后这个被压缩的空气的部分质量流以一种未详细示出的方式输送到一个升压压缩机的一个第一涡轮机转子3.10。这个涡轮机转子设计成下面将详细叙述的传动涡轮机2。

其中，第一涡轮机转子3.10包括两个通过三角示出的压缩机工作轮3.12；3.13(图3b)，这些工作轮设置在一个共用的涡轮机轴上，并且在一个未示出的蜗壳中运转，为的是将从主压缩机输送来的空气继续进行压缩，并且如此地形成升压压缩机2的两个压缩级。然后从这些压缩级出来按照未详细示出的方式将空气输送到升压压缩机2的一个第二涡轮机转子3.20，它的也示为三角的两个压缩机工作轮3.22、3.23(图3b)具有一个较小的直径，并且转动得第一涡轮机转子3.10的工作轮更快，为的是对空气进行进一步的压缩，并且如此地形成升压压缩机2的另外两个压缩机级。然后在其中进一步压缩的空气又以未详细示出的方式被输送到升压压缩机2的一个第三涡轮机转子3.30。它的两个压缩机工作轮3.32；3.33(图3B)又具有较小的直径，其转速比第二涡轮机转子3.20的工作轮更快，为的是最后将空气压缩到所希望的最终压力75巴，并且如此地形成一共六级的升压压缩机2的另外两个压缩机级。此外，升压压缩机2的三个涡轮机转子3.10；3.20和3.30其结构设计是类似的。

如图3A、3B的轴向图或顶视图所示，各一个涡轮机小齿轮3.11；3.21；3.31和三个涡轮机转子3.10；3.20；3.30的涡轮机轴不相对转动地连接，例如切制到涡轮轴上，或者作为单独的小齿轮，通过一个轴-套筒-连接固定其上。其中，工作轮3.12和3.13，3.22和3.23以及3.32和3.33设置在这些涡轮轴上。所有三个涡轮机小齿轮3.11，3.21和3.31都和设计为多轴压缩机的一个升压压缩机的一个共用的大轮子2.2啮合。其中，为了实现三个涡轮机转子的不同的转速，转动得最慢的第一涡转转子3.10的涡轮机小齿轮3.11具有最大的直径。转动得最快的第三涡轮机转子3.30的涡轮机小齿轮3.31具有最小的直径。当然在实施例的改型中也可以有更多的，例如四个或者五个涡轮机转子，每个转子可分别具有一个、两个或者多个工作轮。

大轮子2.2本身是由一个具有较小直径的驱动小齿轮2.1驱动。这个驱动小齿轮以未详细示出的方式和一个汽轮机1(图1)的一个驱动轴，或者另一驱动装置，例如一个燃气轮机，或者一个膨胀器不相对转动地连接，这样，涡轮转速以不同的传动比被更快地传到三个涡轮机转子的涡轮机轴上。

按照本发明的第一方面在同一水平面中-在该水平面中也设置有驱动小齿轮2.1、大轮子2.2和涡轮机小齿轮3.11的旋转轴线-也设置有输出小齿轮2.3的旋转轴线。所述输出小齿轮和在与大轮子2.2相对的一侧上与驱动小齿轮2.1啮合。驱动小齿轮2.1、大轮子2.2和输出小齿轮2.3设置在同一个横向平面内(图3A的画面平面)，这样，驱动小齿轮2.1的同一齿部既和大轮子2.2啮合，也和输出小齿轮2.3啮合。如图3B简单所示，由于不同的转矩流涡轮机小齿轮3.11、3.21、3.31的轮宽要比驱动和输出小齿轮2.1、2.3的轮齿宽度要小。

输出小齿轮2.3的直径比驱动小齿轮2.1的直径大，这样，汽轮机1-该汽轮机驱动设置在它的驱动轴上的驱动小齿轮2.1-用输出小齿轮2.3减速传动到输出轴上。这个具有输出小齿轮2.3的输出轴通过一个在图1中示出的接合器(Kupplung)和一个设计为单轴压缩机的主压缩机4(图1)的一个压缩机驱动轴4.1连接，这样，涡轮机就减速地驱动这个主压缩机。这样，驱动-和输出小齿轮2.1，2.3就形成了一个减转速的负载传动装置。通过这个负载传动装置将涡轮功率的大部分传递到主压缩机4。

由于涡轮机转速或者驱动小齿轮的转速减速或者加速到更慢的输出小齿轮转速，或者更快的涡轮机小齿轮转速，所以汽轮机1、升压压气机2和主压缩机4可同时在最佳的转速范围中运行。特别是当主压缩机为较小转速时汽轮机1的转速可以更高，这改进汽轮机1的效率，并且可以使用更小、转速更快的汽轮机。由于设计成集成的传动器，所以有利地不需要单独的负载传动装置，并且机器链和地基在结构上可以设计得更加紧凑。

驱动和输出小齿轮2.1、2.3，大轮子2.2以及和这个大轮子啮合的涡轮机小齿轮3.11、3.21和3.31被容纳在一个共同的壳体(未示出)内。这个三部件的壳体在图3A点划线表示的平面中水平地被分开。在这个平面中设置有驱动-和输出小齿轮2.1、2.3，大轮子2.2和涡轮机小齿轮3.11，这样，它们就可以简单的方式安装在一个下面的第一壳体部件中，中间第二壳体部件安装在这个下壳体部件上。

第二和第三涡轮机转子3.20和3.30的涡轮机小齿轮3.21、3.31的旋转轴线位于图3A点划线所示的另一水平平面内。这个水平平面和设置有驱动-和输出小齿轮2.1、2.3，大轮子2.2和涡轮机小齿轮3.11的轴线所在的那个平面平行。壳体在这个平面中也是水平分开的，这样，在盖上中间的壳体部件以后可以简单的方式将涡轮小齿轮3.21、3.31安装在中间的壳体部件中。上部的第三壳体部件安装到这个中间的壳体部件上。通过在另一水平面上将两个涡轮小齿轮3.21、3.31竖直地设置在驱动小齿轮，输出小齿轮和大轮子的旋转轴线的平面之上有利地大轮子2.2的下面不需要用于设置涡轮机转子的结构空间了。

主压缩机4具有一个和升压压缩机2分开的壳体，并且只通过压缩机驱动轴4.1和其连接。这样，主压缩机和升压压缩机的两个壳体-这两个壳体例如设置在一个未示出的混凝土地基或者金属地基上-在振动技术上有利地可尽可能地分开。

特别是从图1可以看到汽轮机1只用一个驱动轴传动升压压缩机2和设置在与它对置一侧上的主压缩机4。与到目前为止的双驱动的涡轮机不同的是这种只具有一个轴端部的汽轮机有利地具有另外的固有频率或者临界转速-特别是可有利地扩大相邻的固有频率或者临界转速之间的范围(在运行中它们之间应保持足够的间距，以避免共振问题)，这样就有利地扩大了允许的运行范围。

将升压压缩机2和主压缩机4设置在汽轮机1的同一侧使得按照根据本发明的第二方面在图1中通过箭头示出的从汽轮机1向与主压缩机4和升压压缩机2对置的一侧的轴向流出成为可能(在图1中向左流出)。通过这一措施有利地改进了汽轮机1的效率。

从汽轮机1出来的轴向废气流到一个设置在该汽轮机之后的冷凝器(未示出)中。和传统的机器链(在这些机器链中升压压缩机和主压缩机设置在汽轮机的两侧，这引起径向流出，并且因此引起后置的冷凝器沿竖直方向设置在汽轮机的平面的上面或者下面，并且相应地产生具有相应竖直的结构高度的两层的基础结构)不同的是，按照本发明的第二方面，由于汽轮机1是轴向排流，所以机器链的冷凝器可基本和汽轮机设置在同一水平面上。这有利地使得该机器链的一层结构成为可能。由于更加紧凑的基础和更小的结构高度和建筑高度会大大地节省成本。同时，驱动小齿轮、输出小齿轮、大轮子和涡轮机小齿轮的旋转轴线设置在同一水平面，或者设置在与它平行的另一个竖直地在上面设置的水平面上也有利地对降低成本作出贡献。

和图1、3相类似地图2、4示出根据本发明的一个第二方案的一个机器链的主要部件。这个方案和第一方案基本相一致，并且在这个方案中根据本发明的第一方面和第二方面同样共同地被实现。和第一方案相同的部件用相同的附图标记表示，这样请参阅结构基本相同的第一方案的上述说明，并且在下面仅对第一方案和第二方案之间的不同之处加以说明。

如图2箭头所示，在第二方案中主压缩机4径向抽吸。第二方案的升压压缩机2和第一方案的升压压缩机的不同之处在于第二和第三涡轮机转子3.20、3.30的布置。如图3A所示，它们的涡轮机小齿轮3.21，3.31的旋转轴线位于另一共同的水平面内，而这个水平面和驱动小齿轮、输出小齿轮和大轮子的旋转轴线的平面平行，按照图4在第二方案中只有第一和第二涡轮机转子3.10，3.20的涡轮机小齿轮3.11，3.21和大轮子2.2相啮合，其中，第一和第二涡轮机转子3.10，3.20的涡轮机小齿轮3.11，3.21和驱动小齿轮2.1沿圆周方向优选地分别错位90°地和大轮子2.2啮合，也就是说，第二涡轮机小齿轮3.21的旋转轴线水平地位于驱动小齿轮2.1和第一涡轮机转子的涡轮机小齿轮3.11的旋转轴线之间并竖直地位于驱动小齿轮、输出小齿轮2.1，2.3，大轮子2.2和涡轮机小齿轮3.11的共同的水平面的上面。第三涡轮机转子3.30的涡轮机小齿轮3.31的旋转轴线位于驱动小齿轮、输出小齿轮2.1，2.3，大轮子2.2和涡轮机小齿轮3.11的旋转轴线的这个共同的水平平面中。所述涡轮机转子3.30的涡轮机小齿轮3.31在输出小齿轮2.3的和驱动小齿轮2.1对置的那一侧和这个输出小齿轮啮合，这样，它不是通过大轮子2.2，而是通过输出小齿轮2.3被驱动小齿轮2.1驱动的。

如同在第一方案中那样，通过中间连接大轮子2.2或者输出小齿轮2.3可以保持驱动轴在涡轮机轴上的旋转方向，而在输出轴中则相反。只要是有利的，当然通过在驱动小齿轮、输出小齿轮、大轮子和/或涡轮机小齿轮之间中间连接其它的传动级也可以设计不同的旋转方向。特别是可以将涡轮机小齿轮设计成行星传动装置的内齿圈。如DE 42 41 141A1所描述的，其驱动着涡轮机轴。在这方面上述文献的公开明确地包括在本说明之中。

图5以对应于图3B、4B的图示示出根据本发明的一个第三方案的具有集成的传动装置的一个传动涡轮机的传动布局的主要部件。这个第三方案和第一方案、第二方案基本一致。在该方案中也共同实现根据本发明的第一方面和第二方面。和第一、第二方案相一致的部件用相同的附图标记表示，因此，在这方面请参阅前述结构基本相同的与第一和第二方案的说明。下面仅对第一、第二和第三方案之间的不同之处进行叙述。

在第三方案中第一涡轮机转子3.10由一个电机输入轴5.1所代替。这个输入轴通过一个连接器和电机5、例如一个电动机或者发电机连接。这个电机输入轴5.1具有一个电机小齿轴2.4。这个电机小齿轮代替涡轮机小齿轮3.11地和大轮子2.2啮合。通过适当地选择电机小齿轮2.4和大轮子2.2之间传动比例如可将驱动小齿轮2.1的较高的转速降低到电机小齿轮的较低的转速。根据电网的频率这个较低转速例如为3000或者3600圈/分钟。

若将电机5设计为发电机或者电动机/发电机，则可将汽轮机1的机械功率-它不是用于驱动主压缩机4和传动涡轮机2的压缩机级所需要的-转变为电能，并且例如提供给电源电网。

若将电机5设计成电动机或者电动机/发电机，将相反地用于驱动主压缩机4和传动涡轮机2的压缩机级的附加的扭矩被提供给传动涡轮机2。

为此，作为和前述的第一和第二方案的另一不同之处在图5的第三方案中将第三涡轮机转子3.30的工作轮设计成膨胀器工作轮3.34。另外一个工作轮像第一和第二方案一样设计为压缩机工作轮3.33。这一点在图5中用相同意义的三角形表示。这样，传动涡轮机2因此具有五个压缩机级和一个膨胀机级，并且同时起作功机械和原动机(压缩扩展机(Kompander))的作用。当在压缩机级中对在主压缩机4中压缩的空气的部分质量流进一步地压缩时在膨胀器工作轮3.34的膨胀器级中介质，例如在过程中产生的剩余气体可进行减压，并且如此地将附加的扭矩提供给传动涡轮机2，以驱动主压缩机4和传动涡轮机2的压缩机级。

图6以和图5相应的视图示出按照本发明的一个第四方案的一个具有集成的传动装置的传动涡轮机的一个传动布局的主要部件。这个第四方案和第三方案基本一致，在该方案中也共同地实现本发明的第一方面和第二方面。和第三方案相一致的部件用相同的附图标记表示，因此，在这一方面请参阅前述的结构基本相同的第三方案的说明，并且在下面仅叙述第三方案和第四方案之间的不同之处。

在第三方案中第二和第三涡轮机转子3.20、3.30的涡轮机小齿轮3.21、3.31和大轮子2.2啮合，并且它们的旋转轴线设置在一个共同的水平平面中，在这个水平平面中也设置着传动涡轮机2的壳体的一个结合缝或者分离缝，而在第四方案中只有涡轮机转子3.20的涡轮机小齿轮3.21和大轮子2.2啮合，而支承着压缩机工作轮3.33和膨胀器工作轮3.34的涡轮机转子3.30的涡轮机小齿轮3.31和输出小齿轮2.3啮合，这点在图4B中的第二方案也是这样。

图7以和图6相应的视图示出按照本发明的一个第五方案的一个具有集成的传动装置的传动涡轮机的一个传动布局的主要部件。这个第五方案和第四方案基本一致。在该方案中也共同地实现本发明的第一和第二方面。和第四方案相一致的部件用相同的附图标记表示，因此在这方面请参考前述的结构基本相同的第四方案的说明，并且在下面仅叙述第四方案和第五方案的不同之处。

除了涡轮机转子3.20-它的涡轮机小齿轮3.21和大轮子2.2啮合-和涡轮机转子3.30-它的涡轮机转子3.31和输出小齿轮2.3啮合-外在第五方案中，按照图7设置了另一个具有两个压缩机工作轮3.12、3.13的涡轮机转子3.10。它的涡轮机小齿轮3.11在和大轮子2.2对置的一侧和电机小齿轮2.4啮合。

作为和前述的第四方案的另一不同之处在按照图7的第五方案中将第三涡轮机转子3.30的两个工作轮3.34、3.35设计成膨胀器工作轮。这一点在图7中通过和压缩机工作轮3.12，3.13，3.21和3.22方向相反的三角形示出。这样，传动涡轮机2有四个压缩级和两个膨胀器级，并且也是起压缩扩展器的作用。当在压缩机级中在对在主压缩机4中压缩了的空气的部分质量流进行进一步的压缩时可对在膨胀级中的介质，例如一种在过程中形成的剩余气体进行减压，并且将附加的扭矩输送到传动涡轮机2中，以驱动主压缩机4和传动涡轮机2的压缩机级。

如同在图2、4的第二方案一样，涡轮机小齿轮3.11，3.31，电机小齿轮2.4，大轮子2.2，驱动小齿轮2.1和输出小齿轮2.3的旋转轴线优选地都设置在传动涡轮机2的壳体的同一个水平的分界平面中。

也和前述的方案一样，传动涡轮机2的几个或者所有的压缩机工作轮可将介质，优选地这种介质的部分质量流(该介质已流过主压缩机)或者另一种介质，例如另一种过程气体进行压缩。传动涡轮机2可用它的不同的压缩机工作轮也对不同的介质进行压缩。

如在前面的方案中汽轮机、主压缩和传动涡轮机的涡轮机转子可分别在最佳的转速范围中运行。这些速度范围可通过相应地选择在传动涡轮机2的传动装置中和负载传动装置2.1，2.3中的传动比彼此协调。特别是汽轮机由于和慢速转动的主压缩机4通过减速的负载传动装置耦合可以更快地转动，这样改进了它的效率，并且可以使用结构尺寸更小的汽轮机。

通过将负载传动装置集成到传动涡轮机2中有利地不要求设置单独的负载传动装置。这导致一种更加紧凑的机器链和更小的生产和安装成本。由于主压缩机的壳体是和它分开的，所以主压缩机和传动涡轮机的振动技术上部分地脱耦是可能的。

由于汽轮机轴向排流-该汽轮机只朝一个和排流方向相反的一侧输出功率-所以可基本在一个和汽轮机同一个水平面上设置一个后置的冷凝器。和传统的两层式的机器链-在这种两层式的机器链结构中冷凝器竖直地设置在径向排流的汽轮机的下面-相比有利地使得一个一层的机器链结构成为可能，并且因此也使得更加紧凑的基础和用于容纳这样的链的更加紧凑建筑物成为可能。

上面借助一个具有一个作为驱动装置的汽轮机的机器链对本发明进行了说明。然而同样地也可以使用其它的涡轮机，特别是一种燃气轮机、或者是如同一种减压涡轮机或者剩余气体燃气轮机的膨胀机。

附图标记表

1                   汽轮机

2                   升压压缩机

2.1                 驱动小齿轮

2.2                 大轮子

2.3                 输出小齿轮

2.4                 电机小齿轮

3.10、3.20、3.30    涡轮机转子

3.11、3.21、3.31    涡轮机小齿轮

3.12、3.13、

3.22、3.23、

3.32、3，33         压缩机工作轮

3.34、3.35          膨胀器工作轮

4                   单轴压缩机(主压缩机)

4.1                 压缩机驱动轴

5                   电机

5.1                 电机轴

Claims (42)

1.用于机器链的传动涡轮机(2)的集成的传动装置，具有：

驱动小齿轮(2.1)，这个驱动小齿轮和驱动轴不相对转动地连接；

同驱动小齿轮啮合的大轮子(2.2)和至少一个涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)，所述涡轮机转子具有用于用传动涡轮机的至少一个工作轮(3.12、3.13、3.22、3.23、3.32、3.33、3.34)传递力矩的涡轮机轴；并且具有和涡轮机轴不相对转动地连接的涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)，涡轮机小齿轮和大轮子啮合，其特征在于，

减速的负载传动装置的输出小齿轮(2.3)和驱动小齿轮(2.1)啮合，所述输出小齿轮和输出轴不相对转动地连接用于驱动和传动涡轮机分开的另一压缩机(4)的可和输出轴耦合的压缩机驱动轴(4.1)。

2.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，这个集成的传动装置具有至少两个涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)，并且这些涡轮机转子各具有一个涡轮机轴和与所述涡轮机轴不相对转动连接的涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)，其中，至少一个涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)的一个涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)和大轮子(2.2)啮合和/或一个涡轮机转子(3.30)的一个涡轮小齿轮(3.31)和输出小齿轮(2.3)啮合。

3.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，驱动小齿轮(2.1)的、大轮子(2.2)的、至少一个涡轮机小齿轮(3.11；3.21；3.31)的和输出小齿轮(2.3)的旋转轴线设置在一个共同的平面中。

4.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，大轮子(2.2)和输出小齿轮(2.3)设置在驱动小齿轮(2.1)的一个共同的横向平面中。

5.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，这个传动装置具有多部件的壳体，所述壳体容纳着驱动小齿轮(2.1)、大轮子(2.2)、输出小齿轮(2.3)和所述至少一个涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)，所述壳体在设置有驱动小齿轮的、大轮子的、一个涡轮机小齿轮的和/或输出小齿轮的转动轴线的平面中被分开。

6.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮和输出小齿轮中的至少一个轴向地支承在传动涡轮机的壳体中，并且驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小轮子和输出小齿轮中的至少另一个轴向地支撑在轴向地支承在传动涡轮机的壳体中的所述驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮和输出小齿轮中的一个上。

7.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，降低转速的负载传动装置用一个传动比(i_2.1/2.3)将驱动小齿轮(2.1)的转速降低到输出小齿轮(2.3)的转速，所述传动比在1.25至1.45的范围内，这个传动比(i_2.1/2.3)定义为驱动小齿轮的转速除以输出小齿轮的转速的商。

8.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)和驱动小齿轮(2.1)具有传动比(i_2.1/3.n1)，这个传动比在0.28到0.54的范围内，该传动比(i_2.1/3.n1)定义为驱动小齿轮的转速除以涡轮机小齿轮的转速的商。

9.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，驱动小齿轮(2.1)的齿宽度至少为大轮子(2.2)的齿宽度的1.1倍。

10.按照权利要求1所述的集成的传动装置，其特征在于，所述所述另一压缩机(4)是机器链的主压缩机。

11.按照权利要求2所述的集成的传动装置，其特征在于，所述集成的传动装置具有三个或者四个涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)。

12.按照权利要求6所述的集成的传动装置，其特征在于，驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小轮子和输出小齿轮中的至少另一个通过压力齿轴向地支撑在轴向地支承在传动涡轮机的壳体中的所述驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮和输出小齿轮中的一个上。

13.按照权利要求7所述的集成的传动装置，其特征在于，所述传动比在1.3到1.4的范围内。

14.按照权利要求13所述的集成的传动装置，其特征在于，所述传动比位于1.32到1.38之间的范围内。

15.按照权利要求8所述的集成的传动装置，其特征在于，所述传动比在0.30到0.52的范围内。

16.按照权利要求15所述的集成的传动装置，其特征在于，所述传动比在0.32至0.50的范围内。

17.用于机器链的传动涡轮机(2)，具有前述权利要求的任一项所述的集成的传动装置，其特征在于，传动涡轮机的压缩机级或者膨胀器级的至少一个工作轮(3.12，3.13，3.22，3.23，3.32，3.33，3.34)和涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)的涡轮机轴不相对转动地连接。

18.按照权利要求17所述的传动涡轮机，其特征在于，传动涡轮机的压缩机级或者膨胀器级的一个工作轮(3.12、3.22、3.32)和传动涡轮机的压缩机级或者膨胀器级的另一工作轮(3.13、3.23、3.33、3.34)与涡轮机转子(3.10、3.20、3.30)的至少一个涡轮机轴不相对转动地连接。

19.具有驱动装置的机器链，具有按照前述权利要求17至18的任一项所述的传动涡轮机(2)并且具有和传动涡轮机分开的另一压缩机(4)，所述压缩机沿轴向方向和传动涡轮机(2)间隔。

20.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机是单轴压缩机。

21.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述的另一压缩机(4)被容纳在和传动涡轮机(2)的壳体分开的壳体中。

22.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，传动涡轮机设计为具有至少一个压缩机级的升压压缩机，被主压缩机压缩过的介质的至多一个部分质量流，和/或未被主压缩机压缩的介质被输送给所述的升压压缩机。

23.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机的最小流过的横截面至少为传动涡轮机的最小的流过的横截面的1.05倍。

24.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机(4)设置在传动涡轮机(2)的和驱动装置(1)对置的一侧。

25.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，汽轮机(1)具有轴向排流。

26.按照权利要求25所述的机器链，其特征在于，汽轮机和设置在该汽轮机后面的冷凝器设置在同一水平的平面中。

27.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，在额定工作状态时将至少50％的功率从驱动轴输送到输出轴。

28.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，该机器链具有带有电机输入轴(5.1)的驱动的电机(5)和/或可被驱动的电机，所述电机输入轴和驱动小齿轮(2.1)、大轮子(2.2)、输出小齿轮(2.3)或者一个涡轮机小齿轮(3.11)作用、不相对转动地连接，或者耦合。

29.按照权利要求28所述的机器链，其特征在于，电机输入轴(5.1)具有电机小齿轮(2.4)，这个电机小齿轮和大轮子(2.2)和/或涡轮机转子的涡轮机小齿轮(3.31)啮合。

30.按照权利要求29所述的机器链，其特征在于，驱动小齿轮(2.1)的、大轮子(2.2)的、至少一个涡轮机小齿轮(3.11、3.31)的、输出小齿轮(2.3)的和电机小齿轮(2.4)的旋转轴线设置在共同的平面中。

31.按照权利要求29所述的机器链，其特征在于，所述机器链具有多部件的壳体，该壳体容纳驱动小齿轮(2.1)、大轮子(2.2)、输出小齿轮(2.3)、至少一个涡轮机小齿轮(3.11、3.21、3.31)和电机小齿轮(2.4)，该壳体在一个平面内被划分，在所述平面内设置有驱动小齿轮、大轮子、一个涡轮机小齿轮、电机小齿轮和/或输出小齿轮的旋转轴线。

32.按照权利要求29所述的机器链，其特征在于，驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮、电机小齿轮和输出小齿轮中的至少一个轴向地被支承在传动涡轮机的壳体中，并且驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮、电机小齿轮和输出小齿轮中的至少另一个轴向地支撑在轴向地支承在传动涡轮机的壳体中的所述驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮、电机小齿轮和输出小齿轮中的一个上。

33.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述驱动装置是汽轮机(1)、燃气轮机或者膨胀器。

34.按照权利要求19所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机(4)是主压缩机。

35.按照权利要求20所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机是设计为轴向压缩机、径向压缩机、径向等温压缩机或者组合式的轴向-径向压缩机的单轴压缩机。

36.按照权利要求20所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机具有水平的和/或竖直的分割缝。

37.按照前述权利要求23所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机的最小流过的横截面至少为传动涡轮机的最小的流过的横截面的1.1倍。

38.按照前述权利要求37所述的机器链，其特征在于，所述另一压缩机的最小流过的横截面至少为传动涡轮机的最小的流过的横截面的1.2倍。

39.按照权利要求27所述的机器链，其特征在于，在额定工作状态时将至少60％的功率从驱动轴输送到输出轴。

40.按照权利要求28所述的机器链，其特征在于，所述驱动的电机(5)是电动机或者电动机/发电机。

41.按照权利要求28所述的机器链，其特征在于，所述可被驱动的电机是发电机或者电动机/发电机。

42.按照权利要求32所述的机器链，其特征在于，驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮、电机小齿轮和输出小齿轮中的至少另一个通过压力齿轴向地支撑在轴向地支承在传动涡轮机的壳体中的所述驱动小齿轮、大轮子、涡轮机小齿轮、电机小齿轮和输出小齿轮中的一个上。

Images