DE102006051232A1

DE102006051232A1 - Engine turbine system for use in ship building, has turbine coupled with hydraulic pump for conveying hydraulic fluid to hydraulic motor that is connected with motor-generator arrangement

Info

Publication number: DE102006051232A1
Application number: DE102006051232A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Bartholomä
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-08

Abstract

The system has a motor-generator arrangement comprising a diesel motor (1.1) and a generator (1.2). An autonomous exhaust gas turbine (2) is coupled with the arrangement so that the turbine and motor commonly operate the generator. The turbine and the motor are coupled by a gear mechanism. The turbine is coupled with a hydraulic pump (3.1) for conveying hydraulic fluid to a hydraulic motor (3.2) that is connected with the arrangement. A turbo drive is arranged between the turbine and the pump. The flow rate of the pump and/or the measure of hydraulic fluid in the hydraulic motor is variable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motor-Turbinen-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to an engine-turbine system according to the Preamble of claim 1.

Beispielsweise im Schiffbau sind, etwa aus der DE 33 04 646 A1 , Motor-Turbinen-Systeme bekannt, bei denen ein erster Motor und eine hiervon autonome Turbine mit vom ersten Motor unabhängiger Energiezufuhr gemeinsam eine Abtriebswelle antreiben. Handelt es sich bei dem Motor um einen Dieselmotor und bei der autonomen Turbine um eine Gasturbine, spricht man auch von CODAG-Systemen („Combined Diesel And Gas", kombiniertes Diesel- und Gassystem).For example, in shipbuilding, about the DE 33 04 646 A1 Motor-turbine systems are known in which a first motor and a turbine thereof autonomous with independent of the first motor power supply drive an output shaft. If the engine is a diesel engine and the autonomous turbine is a gas turbine, it is also referred to as CODAG systems (combined diesel and gas, combined diesel and gas systems).

Mit der gemeinsamen Abtriebswelle kann nicht nur, wie in der DE 33 04 646 A1 , ein Schiffspropeller angetrieben werden. Vielmehr ist es betriebsintern auch bekannt, einen Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung anzutreiben. Dabei ist es notwendig, die in der Regel höhere Turbinendrehzahl auf die gewünschte Drehzahl des Generators bzw. des mit diesem gekoppelten ersten Motors zu untersetzen, wozu insbesondere zwei- und mehrstufige Stirn- oder Planetengetriebe zum Einsatz kommen.With the common output shaft can not only, as in the DE 33 04 646 A1 to be propelled by a ship propeller. Rather, it is also known internally to drive a generator for generating electrical power. It is necessary to suppress the usually higher turbine speed to the desired speed of the generator or the first motor coupled thereto, including in particular two- and multi-stage front or planetary gear used.

Das Getriebe, welches die Turbine und die aus dem ersten Motor und dem Generator bestehende Motor-Generator-Anordnung miteinander verbindet, bedingt eine fluchtende oder jedenfalls achsparallele Ausrichtung der Turbinenwelle mit der Abtriebswelle des ersten Motors oder der Antriebswelle des Generators. Dies schränkt die Flexibilität bei der Anordnung der einzelnen Baugruppen Turbine und Motor-Generator-Anordnung zueinander stark ein.The Transmission, which includes the turbine and the first engine and the Generator interconnects existing engine-generator arrangement, requires an aligned or at least axis-parallel alignment the turbine shaft with the output shaft of the first motor or the Drive shaft of the generator. This limits the flexibility in the arrangement the individual assemblies turbine and motor-generator arrangement to each other strong.

Aus der DE 35 32 938 C1 ist es bekannt, eine Turbine eines Abgasturboladers hydraulisch über eine Hydraulikpumpe und einen von dieser getriebenen Hydraulikmotor mit einem Generator zu koppeln, der normalerweise von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, deren Abgase zugleich auch den Turbolader an treiben. Hier ist also systembedingt kein erster Motor vorhanden, gegen den die Turbine autonom ist. Vielmehr stammt die die Turbine antreibende Energie aus der Brennkraftmaschine, die auch den Generator antreibt, so dass es sich nicht um eine gattungsgemäße Motor-Turbinen-Anordnung handelt und sich das Problem der Ausrichtung zwischen einem ersten Motor und einer gegen diesen autonomen Turbine somit nicht stellt.From the DE 35 32 938 C1 It is known to couple a turbine of an exhaust gas turbocharger hydraulically via a hydraulic pump and driven by this hydraulic motor with a generator which is normally driven by an internal combustion engine whose exhaust gases at the same time also drive the turbocharger. Here, therefore, there is no first engine available due to the system, against which the turbine is autonomous. Rather, the energy driving the turbine comes from the engine, which also drives the generator, so that it is not a generic engine-turbine arrangement and thus does not pose the problem of alignment between a first motor and a turbine against this autonomous ,

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen betriebsintern bekannten Motor-Turbinen-System, bei dem ein erster Motor und eine hiervon autonome Turbine gemeinsam einen Generator antreiben und hierzu über ein Getriebe miteinander gekoppelt sind, welches eine achsparallele oder fluchtenden Ausrichtung der Turbinenwelle und einer Welle der Motor-Generator-Anordnung bedingt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motor-Turbinen-System mit größerer Flexibilität bei der Anordnung der einzelnen Baugruppen zur Verfügung zu stellen.outgoing from the in-house known engine-turbine system described above, in which a first engine and a turbine autonomous therefrom are common driving a generator and this via a gearbox with each other coupled, which is an axially parallel or aligned orientation the turbine shaft and a shaft of the motor-generator assembly conditioned, it is an object of the present invention, an engine-turbine system with greater flexibility in the Arrangement of the individual modules to provide.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Motor-Turbinen-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet.to solution This object is an engine-turbine system according to the preamble of claim 1 further developed by its characterizing features.

Ein Motor-Turbinen-System nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motor-Generator-Anordnung mit einem ersten Motor und einem mit diesem gekoppelten Generator sowie eine ihrerseits mit dieser Motor-Generator-Anordnung gekoppelte autonome Turbine. Erfindungsgemäß wird dabei die Abtriebsleistung der Turbine hydraulisch ausgekoppelt, indem die Turbine eine Hydraulikpumpe antreibt, die ihrerseits eine Hydraulikfluid zu einem Hydraulikmotor fördert, der dadurch angetrieben wird. Der Hydraulikmotor ist abtriebsseitig mit der Motor-Generator-Anordnung gekoppelt.One Engine-turbine system according to the present invention comprises a Motor-generator assembly with a first motor and a generator coupled thereto and one in turn coupled with this motor-generator assembly autonomous turbine. According to the invention is doing the output power of the turbine hydraulically decoupled by the turbine drives a hydraulic pump, which in turn is a hydraulic fluid promotes to a hydraulic motor, which is driven by it. The hydraulic motor is driven side with the motor-generator arrangement coupled.

Eine zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor angeordnete Fluidpassage zur Förderung des Hydraulikfluides von der Hydraulikpumpe zu dem Hydraulikmotor kann nahezu beliebig ausgestaltet, insbesondere gekrümmt und/oder versetzt ausgebildet werden. Damit ist es vorteilhaft möglich, die Motor-Generator-Anordnung mit dem ersten Motor und die Turbine sehr flexibel zueinander anzuordnen. Insbesondere müssen die Turbinenwelle und eine Welle der Motor-Generator-Anordnung, mit der die Turbinenwelle gekoppelt ist, nicht mehr miteinander fluchten oder achsparallel mit vorgegebenen Achsabständen ausgerichtet sein. Auch größere räumliche Entfernungen zwischen Motor-Generator-Anordnung und Turbine werden dadurch möglich. Insbesondere kann eine als Abgasturbine ausgebildete Turbine nahe an einer sie beschickenden Brennkraftmaschine positioniert werden. Umgekehrt ist es auch möglich, die Turbine sehr nahe, insbesondere neben der Motor-Generator-Anordnung zu platzieren.A between the hydraulic pump and the hydraulic motor arranged fluid passage to promote the hydraulic fluid from the hydraulic pump to the hydraulic motor can be designed almost arbitrarily, in particular curved and / or be formed offset. Thus, it is advantageously possible, the Motor-generator assembly with the first motor and the turbine very flexible to each other to arrange. In particular, need the turbine shaft and a shaft of the motor-generator arrangement, with which the turbine shaft is coupled, no longer together aligned or aligned parallel to the axis with predetermined center distances be. Also larger spatial Distances between the motor-generator arrangement and the turbine are thereby possible. Especially For example, a turbine designed as an exhaust gas turbine can be close to one of them charging internal combustion engine are positioned. Vice versa it also possible the turbine very close, in particular next to the motor-generator arrangement to place.

Die Zwischenschaltung einer hydraulischen Leistungsauskoppelung zwischen Turbine und Motor-Generator-Anordnung kann auch Störungen, insbesondere Stöße, Drehungleichförmigkeiten, Drehschwingungen und dergleichen ausgleichen oder dämpfen, die im Momentenfluss auftreten. So werden durch die dämpfende Wirkung eines viskosen Hydraulikfluides Ungleichförmigkeiten, insbesondere Schwingungen, die in der Drehzahl der Turbine auftreten, nicht oder nur gedämpft auf die Motor-Generator-Anordnung übertragen. Umgekehrt wirken sich solche Störungen in der Drehzahl des Motors nicht oder nur gedämpft auf die Turbine aus. Auch translatorische Stöße in Richtung der Wellenachsen oder senkrecht hierzu, die in herkömmlichen Motor-Turbinen-Systemen das zwischengeschaltete Getriebe belasten, können durch die hydraulische Auskoppelung gedämpft oder eliminiert werden.The interposition of a hydraulic power extraction between turbine and motor-generator assembly can also compensate for or dampen disturbances, in particular shocks, rotational irregularities, torsional vibrations and the like, which occur in the moment flux. Thus, the damping effect of a viscous hydraulic fluid nonuniformities, especially vibrations that occur in the rotational speed of the turbine, not or only attenuated transferred to the motor-generator assembly. Conversely, such disturbances in the speed of the engine do not affect or only dampened on the turbine. Also transla Toric shocks in the direction of the shaft axes or perpendicular thereto, which burden the intermediate gearbox in conventional engine-turbine systems can be attenuated or eliminated by the hydraulic decoupling.

In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Motor ein Dieselmotor, der hinsichtlich seines Wirkungsgrades, insbesondere auch bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen, gut zum Antrieb eines Generators geeignet ist. Natürlich kann der erste Motor auch von einem anderen Typ sein, insbesondere ein Otto-Motor.In a preferred embodiment the first engine is a diesel engine, which in terms of its efficiency, especially at relatively low Speeds, good for driving a generator is suitable. Of course you can the first engine also be of a different type, in particular an Otto engine.

Die Turbine ist gegenüber dem ersten Motor autonom, i.e. ihre Energiezufuhr erfolgt nicht vom ersten Motor, sondern separat. Dies ermöglicht es, Turbine und ersten Motor in den jeweils optimalen Bereichen, insbesondere in optimalen Drehzahlbereichen, zu betreiben. Gleichermaßen kann auch ein vermindertes Antriebsdrehmoments von einer Antriebsquelle durch die andere jedenfalls teilweise ausgeglichen werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Turbine in einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben, in dem sie eine bestimmte Nennleistung ab gibt. Die Differenz zwischen dieser Nenn- und der vom Generator zu erbringenden Leistung kann (unter Berücksichtigung der bei der Übertragung und Umwandlung auftretenden Verluste) zusätzlich durch den ersten Motor geliefert werden, dessen Leistung hierzu entsprechend vorgegeben wird. Bevorzugt werden Turbine, erster Motor und Generator so ausgelegt, dass die Summe der Leistungen, die der erste Motor und die Turbine jeweils in einem optimalen Betriebspunkt bzw. -bereich abgeben, in etwa der Sollleistung des Generators entspricht.The Turbine is opposite the first motor autonomously, i. their energy supply does not take place from the first engine, but separately. This allows turbine and first Motor in the respectively optimal areas, especially in optimal Speed ranges, operate. Similarly, a diminished Drive torque from one drive source through the other anyway be partially compensated. So it is possible, for example, a Turbine to operate in an optimal operating point in which they a certain nominal power gives off. The difference between this Nominal and the power to be supplied by the generator (under consideration the one at the transmission and conversion occurring losses) additionally by the first motor be supplied, the performance of which given accordingly becomes. Preferably, turbine, first motor and generator are designed that the sum of the services that the first engine and the turbine each at an optimal operating point or range, corresponds approximately to the nominal power of the generator.

Bei stillstehender Turbine kann der Generator vorteilhafterweise alleine von dem ersten Motor angetrieben werden. Umgekehrt kann die Turbine den Generator bevorzugt auch alleine drehen, ohne dass der erste Motor Leistung abgibt. In diesem Fall wird der erste Motor leer mitgedreht. Um den Drehwiderstand einer Antriebsquelle (erster Motor bzw. Turbine), die keine Antriebsleistung abgibt, zu eliminieren, kann in einer bevorzugten Ausführung der erste Motor und/oder die Turbine vom Generator entkoppelt werden, wenn er bzw. sie keine Leistung abgibt.at idle turbine, the generator can advantageously alone be driven by the first motor. Conversely, the turbine can the Generator also prefers to turn on its own without the first motor Delivers performance. In this case, the first motor is idled. To the rotational resistance of a drive source (first motor or turbine), which does not give off drive power, can be eliminated in one preferred embodiment the first engine and / or the turbine are decoupled from the generator, if he or she gives no performance.

Die Turbine kann eine Dampf- oder Gasturbine sein. Besonders bevorzugt ist sie als Abgasturbine ausgebildet, die durch die Abgase einer vom ersten Motor verschiedenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, angetrieben wird. Beispielsweise kann es sich bei der Brennkraftmaschine um ein Hauptaggregat eines Schiffes handeln, welches direkt oder indirekt einen Schiffspropeller antreibt.The Turbine can be a steam or gas turbine. Especially preferred is it designed as an exhaust gas turbine, which by the exhaust gases of a from the first engine different internal combustion engine, in particular a diesel engine, is driven. For example, it may be in the internal combustion engine is a main unit of a ship, which drives a ship propeller directly or indirectly.

Durch die Abgasturbine kann die in den Abgasen der Brennkraftmaschine abgeführte Enthalpie jedenfalls teilweise genutzt werden, um den Generator anzutreiben und so elektrische Leistung zu erzeugen. Dabei kann die von der Abgasturbine abgegebene Leistung durch Einstellung der sie beaufschlagenden Abgasmenge gesteuert bzw. geregelt werden. Wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine, insbesondere ein Hauptaggregat eines Schiffes, nicht kontinuierlich betrieben wird, kann der erste Motor den Generator zusätzlich antreiben, wenn die von der Abgasturbine abgegebene, schwankende Leistung nicht ausreicht, den Generator mit der gewünschten Drehzahl zu betreiben. Somit können die Brennkraftmaschine und/oder der erste Motor jeweils in einem optimalen Bereich betrieben werden.By The exhaust gas turbine can be used in the exhaust gases of the internal combustion engine dissipated In any case, enthalpy can be partially used to the generator to drive and so produce electrical power. It can the output of the exhaust gas turbine power by adjusting the They are controlled or regulated act on exhaust amount. If For example, the internal combustion engine, in particular a main unit A ship that is not operated continuously may be the first one Motor the generator in addition drive when the output from the exhaust turbine, fluctuating Power is insufficient, the generator with the desired speed to operate. Thus, you can the internal combustion engine and / or the first motor in each case in an optimal Operated area.

Zwischen der Turbine und der Hydraulikpumpe kann ein erstes Getriebe, insbesondere ein Turbogetriebe, angeordnet sein, um die in der Regel höhere Turbinendrehzahl auf eine Drehzahl zu reduzieren, der die Hydraulikpumpe folgen kann. Damit kann einer unterschiedlichen Viskosität zwischen dem die Turbine antreibenden Arbeitsfluid und dem von der Hydraulikpumpe geförderten Hydraulikfluid, bei dem es sich insbesondere um Hydrauliköl handeln kann, Rechnung getragen werden. Zudem stehen Kombinationen von Abgasturbinen mit nachgeschalteten (Turbo)Getrieben als sogenannte „Powerturbinen" in Form standardisierter Baugruppen kostengünstig zur Verfügung.Between the turbine and the hydraulic pump may be a first transmission, in particular a turbo gear, to be arranged around the usually higher turbine speed to reduce to a speed that can follow the hydraulic pump. This allows a different viscosity between the turbine driving working fluid and funded by the hydraulic pump Hydraulic fluid, which is in particular hydraulic oil can be taken into account. There are also combinations of exhaust gas turbines with downstream (turbo) transmissions as so-called "power turbines" in the form of standardized Modules cost-effective to disposal.

Zwischen dem Hydraulikmotor und der Motor-Generator-Anordnung kann zusätzlich oder alternativ ein zweites Getriebe angeordnet sein. Hierdurch ist eine Auslegung des Hydraulikmotors bzw. der Hydraulikpumpe in einem optimalen Drehzahlbereich unabhängig von einer vorgegebenen Generatordrehzahl möglich, die insbesondere durch die Netzfrequenz bestimmt sein kann, die der Generator erzeugt.Between the hydraulic motor and the motor-generator assembly may additionally or alternatively, a second transmission may be arranged. This is a Design of the hydraulic motor or the hydraulic pump in an optimal Speed range independent from a given generator speed possible, in particular by the mains frequency can be determined, which generates the generator.

Wie vorstehend erläutert, können das erste und/oder zweite Getriebe durch die hydraulische Koppelung vor Drehungleichförmigkeiten, Stößen und anderen Störungen geschützt werden. Zudem können die beiden Getriebe in nahezu jeder gewünschten Weise zueinander positioniert werden.As explained above, can the first and / or second transmission through the hydraulic coupling before rotational irregularities, Bumps and other disorders protected become. In addition, you can the two gears positioned in almost any desired manner to each other become.

Das erste und/oder zweite Getriebe kann darüber hinaus eine Überlast-, insbesondere eine Rutschkupplung umfassen, um die Übertragung unzulässig hoher Drehmomente zu vermeiden. Das erste und/oder zweite Getriebe kann auch eine schaltbare Kupplung umfassen, um, wie vorstehend ausgeführt, die Turbine von der Motor-Generator-Einheit zu trennen. Auch zwischen Motor und Generator kann eine solche schaltbare Kupplung vorgesehen sein.The first and / or second transmission may also have an overload, In particular, include a slip clutch to the transmission inadmissible to avoid high torques. The first and / or second transmission may also comprise a shiftable clutch to, as stated above, the Disconnect turbine from the motor-generator unit. Also between Motor and generator can provide such a switchable coupling be.

Der Hydraulikmotor kann mit einer Abtriebswelle des ersten Motors gekoppelt sein. Da der erste Motor seinerseits über diese Abtriebswelle mit dem Generator gekoppelt ist, kann der Hydraulikmotor so den Generator indirekt antreiben. Glei chermaßen kann er ihn aber auch direkt antreiben und hierzu mit einer Antriebswelle des Generators gekoppelt sein. Die Koppelung kann dabei form- und oder reibschlüssig, beispielsweise über eine Klauenkupplung oder eine Keilwellenverbindung erfolgen.The hydraulic motor can be driven by an output be coupled shaft of the first motor. In turn, since the first motor is coupled to the generator via this output shaft, the hydraulic motor can indirectly drive the generator. However, it can also drive it directly and coupled with a drive shaft of the generator. The coupling can be positive and / or frictional, for example via a dog clutch or a splined connection.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Förderleistung der Hydraulikpumpe und/oder die den Hydraulikmotor beaufschlagende Menge an Hydraulikfluid veränderbar. Dies kann beispielsweise durch einstellbare Schaufeln oder Excenterkolben in der Hydraulikpumpe oder eine wahlweise umschaltbare Überbrückungsleitung realisiert werden. Werden etwa die Leitschaufeln einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe teilweise oder ganz geschlossen, so fördert die Pumpe weniger bzw. kein Hydraulikfluid. Damit erfolgt eine geringere oder keine Leistungsübertragung zwischen Hydraulikpumpe und -fluid.In a preferred embodiment is the delivery rate the hydraulic pump and / or the hydraulic motor acting on Quantity of hydraulic fluid changeable. This can be achieved, for example, by adjustable blades or eccentric pistons in the hydraulic pump or an optional switchable bridging line will be realized. Be about the vanes as a centrifugal pump trained hydraulic pump partially or completely closed, so promotes the pump less or no hydraulic fluid. This is a lower or no power transmission between hydraulic pump and fluid.

Gleichermaßen kann das Hydraulikfluid durch Ansteuern eines Umschaltventils teilweise oder vollständig in eine Überbrückungsleitung umgeleitet werden, die den Hydraulikmotor überbrückt, so dass dieser wiederum weniger oder gar nicht mehr mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann die Größe der von der Turbine in die Motor-Generator-Anordnung eingespeisten Leistung durch Variation der von der Hydraulikpumpe geförderten bzw. der den Hydraulikmotor beaufschlagende Menge an Hydraulikfluid in konstruktiv und regelungstechnisch einfacher Weise eingestellt werden, ohne dass es hierzu einer Ansteuerung der Turbine selbst bedürfte.Likewise the hydraulic fluid by driving a switching valve partially or Completely into a bridging line be redirected, which bypasses the hydraulic motor, so this in turn less or no longer supplied with hydraulic fluid. In this way, the size of the the turbine fed into the motor-generator assembly power by varying the pumped by the hydraulic pump or the hydraulic motor pressurizing amount of hydraulic fluid in design and control technology easier Be set manner, without this being a control the turbine itself needed.

Einen ähnlichen Effekt erzielt ein Hydraulikmotor, dessen abgegebene Leistung, beispielsweise durch Änderung seines Schluckvolumens, einstellbar ist. Hierzu können beispielsweise die Propellerschaufeln eines als Kaplan-Turbine ausgebildeten Hydraulikmotors schräg oder parallel zur Strömungsrichtung des Hydraulikfluides gestellt oder die Leitschaufeln eines als Francis-Turbine ausgebildeten Hydraulikmotors teilweise oder vollständig geschlossen werden, so dass der Hydraulikmotor bei gleicher Förderleistung der Hydraulikpumpe weniger oder gar kein Drehmoment mehr auf die Motor-Generator-Anordnung überträgt.A similar one Effect achieves a hydraulic motor whose output power, for example by changing his swallow volume, is adjustable. For example, this can be done the propeller blades of a trained as a Kaplan turbine hydraulic motor aslant or parallel to the flow direction put the hydraulic fluid or the guide vanes as a Francis turbine trained hydraulic motor partially or completely closed so that the hydraulic motor at the same flow rate the hydraulic pump less or no torque on the Motor generator arrangement transmits.

Die Einstellung der Förderleistung der Hydraulikpumpe bzw. der abgegebenen Leistung des Hydraulikmotors ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. So kann beispielsweise die Hydraulikpumpe und/oder der Hydraulikmotor als Hubkolbenpumpe bzw. -motor mit veränderbarem Volumen ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise das Kolbenvolumen einer Axialkolbenpumpe bzw. eines Axialkolbenmotors durch die Winkelstellung einer Taumelscheibe verändert werden.The Adjustment of the delivery rate the hydraulic pump or the output power of the hydraulic motor is not limited to these examples. So, for example the hydraulic pump and / or the hydraulic motor as a reciprocating pump or motor with variable Be formed volume. For this example, the piston volume an axial piston pump or an axial piston motor by the angular position changed a swash plate become.

Sowohl mit solch einstellbaren Hydraulikpumpen bzw. Hydraulikmotoren, als auch mit Hydraulikpumpen bzw. Hydraulikmotoren mit festen Förder- bzw. Schluckvolumina kann vorteilhaft auch eine Über- bzw. Untersetzung zwischen der Turbinendrehzahl (bzw. der Drehzahl des ersten Getriebes) und der Drehzahl der Motor-Generator-Anordnung (bzw. der Drehzahl des zweiten Getriebes) dargestellt werden. Denn die Übersetzung zwischen Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor hängt von dem Verhältnis des von der Hydraulikpumpe geförderten und des von dem Hydraulikmotor aufgenommenen bzw. durchgesetzten Volumens ab. Sind beide beispielsweise als Hubkolben- oder Zahnradpumpe bzw. -motor ausgebildet und unterscheiden sich in den in den Hubkolben bzw. zwischen den Zähnen ausgebildeten Volumina, so entspricht derselbe Volumenstrom an Hydraulikfluid unterschiedlichen Drehzahlen von Hydraulikpumpe und -motor. Damit kann vorteilhaft die Übersetzung des ersten bzw. zweiten Getriebes geringer als bei bisherigen Motor-Turbinen-Systemen gewählt werden, was den benötigten Bauraum vorteilhaft verringern kann. In einer besonders bevorzugten Ausführung kann hierbei das Übersetzungsverhältnis zwischen Hydraulikpumpe und -motor fest vorgegeben sein. Vorteilhafterweise wird das Übersetzungsverhältnis so gewählt, dass das Getriebe zwischen Hydraulikmotor und Generator oder erstem Motor entfallen kann.Either with such adjustable hydraulic pumps or hydraulic motors, as also with hydraulic pumps or hydraulic motors with fixed conveyor or Swallowing volumes can advantageously also be an over- or reduction between the turbine speed (or the speed of the first transmission) and the speed of the motor-generator assembly (or the speed of the second gear) are shown. Because the translation between hydraulic pump and hydraulic motor hangs from the relationship funded by the hydraulic pump and the volume taken up by the hydraulic motor from. Are both example, as reciprocating or gear pump or Engine formed and differ in the in the reciprocating piston or formed between the teeth Volumes, so corresponds to the same volume flow of hydraulic fluid different speeds of hydraulic pump and motor. In order to can be beneficial to the translation of the first and second transmission less than in previous engine-turbine systems chosen what the required space can advantageously reduce. In a particularly preferred embodiment Here is the ratio between Hydraulic pump and motor be specified. advantageously, the gear ratio will be like this selected that the transmission between hydraulic motor and generator or first Engine can be omitted.

Zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor kann eine Dämpfungsvorrichtung angeordnet sein. Obwohl ein viskoses Hydraulikfluid wie beispielsweise Hydrauliköl Ungleichförmigkeiten, insbesondere Schwingungen in der Drehzahl der Hydraulikpumpe bzw. des Hydraulikmotors, die durch entsprechende Störungen in den Drehzahlen der Turbine bzw. der Motor-Generator-Anordnung induziert werden, bereits zu einem gewissen Grade dämpfen kann, kann es vorteilhaft sein, eine zusätzliche Dämpfungsvorrichtung wie beispielsweise einen Ausgleichsbehälter mit einem gegen einen Dämpfer verschiebbaren Kolben vorzusehen, um insbesondere Druckstöße im Hydraulikfluid zu dämpfen.Between The hydraulic pump and the hydraulic motor may be a damper device be arranged. Although a viscous hydraulic fluid such as hydraulic oil irregularities, in particular vibrations in the rotational speed of the hydraulic pump or of the hydraulic motor caused by corresponding disturbances in the rotational speeds of the turbine or the motor-generator arrangement are already induced to dampen to a certain degree may, it may be advantageous, an additional damping device such as a surge tank with one against a damper provide slidable piston, in particular pressure surges in the hydraulic fluid to dampen.

Das von der Hydraulikpumpe angesaugte Hydraulikfluid kann einem Reservoir entnommen werden, in das Hydraulikfluid aus dem Hydraulikmotor abströmt. Bevorzugt ist zwischen Hydraulikpumpe und -motor jedoch ein geschlossener Hydraulikkreislauf derart ausgebildet, dass die Hydraulikpumpe Hydraulikfluid aus einem Ausgang des Hydraulikmotors ansaugt und zu einem Eingang des Hydraulikmotors fördert. Hierdurch kann die Menge an benötigtem Hydraulikfluid verringert werden.The Hydraulic fluid drawn by the hydraulic pump may be a reservoir be removed, flows into the hydraulic fluid from the hydraulic motor. Prefers However, there is a closed between hydraulic pump and motor Hydraulic circuit designed such that the hydraulic pump hydraulic fluid from an output of the hydraulic motor sucks and to an input promotes the hydraulic motor. This can reduce the amount of needed Hydraulic fluid can be reduced.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt:Further Objects, advantages and features emerge from the subclaims and the following description of preferred embodiments. This shows:

1 ein Motor-Turbinen-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 an engine-turbine system according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt ein Motor-Turbinen-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines CODAG-Systems für ein Schiff erläutert, sie ist jedoch nicht auf den Einsatz in Schiffen oder die Verwendung von Dieselmotoren und Abgasturbinen beschränkt. 1 shows an engine-turbine system according to an embodiment of the present invention. The invention will be explained below with reference to a CODAG system for a ship, but it is not limited to use in ships or the use of diesel engines and exhaust gas turbines.

Das System umfasst eine Brennkraftmaschine in Form eines großen Schiffsdiesels 4, der einen Schiffspropeller 4.1 antreibt. Die Abgase des Dieselmotors 4 strömen durch eine Abgasleitung 4.2 und treiben dabei eine Abgasturbine 2 an. Diese ist mit einem Turbogetriebe 5 gekoppelt und bildet mit diesem eine sogenannte Powerturbine.The system includes an internal combustion engine in the form of a large marine diesel 4 , a ship propeller 4.1 drives. The exhaust gases of the diesel engine 4 flow through an exhaust pipe 4.2 while driving an exhaust gas turbine 2 at. This is with a turbo transmission 5 coupled and forms with this a so-called power turbine.

Mit der Abtriebswelle des Turbogetriebes ist eine Hydraulikpumpe 3.1 gekoppelt, die Hydrauliköl zu einem Hydraulikmotor 3.2 fördert. Zwischen Hydraulikpumpe und -motor ist eine Dämpfungsvorrichtung 6 angeordnet, um Druckschwankungen, insbesondere Druckstöße zu dämpfen. Im Ausführungsbeispiel wird hierzu ein Zylinder von dem Hydrauliköl durchflossen, der einen gegen einen Dämpfer verschiebbaren Kolben aufweist. Eine Feder (nicht dargestellt) sucht, den Kolben in eine Gleichgewichtslage zurückzustellen, in der die Federkraft der den Kolben beaufschlagenden Druckkraft entgegenwirkt.With the output shaft of the turbo gear is a hydraulic pump 3.1 coupled, the hydraulic oil to a hydraulic motor 3.2 promotes. Between hydraulic pump and motor is a damping device 6 arranged to dampen pressure fluctuations, in particular pressure surges. In the exemplary embodiment, for this purpose a cylinder is flowed through by the hydraulic oil, which has a displaceable against a damper piston. A spring (not shown) seeks to return the piston to an equilibrium position in which the spring force counteracts the compressive force applied to the piston.

Der Hydraulikmotor 3.2 ist mit einer Antriebswelle eines Generators 1.2 gekoppelt, der mit einem ersten Dieselmotor 1.1 gekoppelt ist und mit diesem eine Motor-Generator-Anordnung 1 (sogenanntes „GenSet") bildet.The hydraulic motor 3.2 is with a drive shaft of a generator 1.2 coupled with a first diesel engine 1.1 is coupled and with this a motor-generator arrangement 1 (so-called "GenSet") forms.

Der Generator 1.2 kann somit einerseits durch den ersten Dieselmotor 1.1 direkt angetrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann er auch durch den Hydraulikmotor 3.2 und damit indirekt durch die Abgasturbine 2 angetrieben werden. Arbeitet der Schiffsdiesel mit ausreichender Last und produziert dabei einen entsprechenden Abgasstrom, so wird der Turbine 2 ausreichend Leistung zum Antrieb des Generators 1.2 zugeführt, die diese über die Hydraulikpumpe 3.1 und den Hydraulikmotor 3.2 an den Generator 1.2 überträgt. Der erste Dieselmotor 1.1 kann in diesem Fall unter Teillast oder leer mitdrehen. Reicht die Leistung der Abgasturbine 2 zum Antrieb des Generators 1.2 nicht aus, da beispielsweise der Schiffsdiesel 4 stillgesetzt ist, so wird der erste Dieselmotor 1.1 betrieben, um den Generator 1.2 zusätzlich anzutreiben.The generator 1.2 can thus on the one hand by the first diesel engine 1.1 be driven directly. Alternatively or additionally, it can also by the hydraulic motor 3.2 and thus indirectly through the exhaust gas turbine 2 are driven. If the ship diesel operates with sufficient load and produces a corresponding exhaust gas flow, the turbine becomes 2 sufficient power to drive the generator 1.2 fed these via the hydraulic pump 3.1 and the hydraulic motor 3.2 to the generator 1.2 transfers. The first diesel engine 1.1 can in this case under part load or empty turn. Achieves the performance of the exhaust gas turbine 2 to drive the generator 1.2 not from, for example, the marine diesel 4 is shut down, then becomes the first diesel engine 1.1 operated to the generator 1.2 to drive additionally.

Die von der Abgasturbine 2 und dem ersten Dieselmotor 1.1 dem Generator 1.2 zugeführten Leistungen addieren sich, so dass beide Antriebsquellen 1.1, 2 jeweils in einem optimalen Betriebszustand betrieben werden können. So kann beispielsweise auch der erste Motor in einem optimalen Betriebsbereich betrieben werden, in dem sein Wirkungsgrad hoch ist. Die dann zur Erreichung einer geforderten Generatorleistung noch vom Hydraulikmotor 3.2 dem Generator 1.2 zuzuführende Leistung kann dann durch Steuerung bzw. Regelung der die Turbine 2 beaufschlagenden Abgasmenge, der Förderleistung der Hydraulikpumpe 3.1, des den Hydraulikmotor 3.2 beaufschlagenden Hydraulikfluides und/oder der von dem Hydraulikmotor 3.2 abgegebenen Leistung eingestellt werden.The of the exhaust gas turbine 2 and the first diesel engine 1.1 the generator 1.2 supplied power add up so that both sources of power 1.1 . 2 can each be operated in an optimal operating condition. For example, the first motor can also be operated in an optimum operating range in which its efficiency is high. The then to achieve a required generator power still from the hydraulic motor 3.2 the generator 1.2 Power to be supplied can then be controlled by controlling the turbine 2 acting exhaust gas amount, the capacity of the hydraulic pump 3.1 , of the hydraulic motor 3.2 acting hydraulic fluid and / or the hydraulic motor 3.2 delivered power.

Wie in 1 schematisch angedeutet, können die Powerturbine (Turbine 2 und Turbogetriebe 5) und die Motor-Generator-Anordnung 1 in nahezu beliebiger Position zueinander angeordnet werden. Im Ausführungsbeispiel stehen die in der Fig. strichpunktiert eingezeichneten Drehachsen der Powerturbine und der Motor-Generator-Anordnung 1 senkrecht aufeinander und weisen darüber hinaus einen Versatz senkrecht zur Zeichenebene auf. Damit ist es möglich, die Powerturbine 2 in unmittelbarer Nähe zum Schiffsdiesel 4 anzuordnen.As in 1 indicated schematically, the power turbine (turbine 2 and turbo gearboxes 5 ) and the motor-generator arrangement 1 be arranged in almost any position to each other. In the exemplary embodiment, the axes of rotation of the power turbine and of the motor-generator arrangement shown in phantom in FIG 1 perpendicular to each other and also have an offset perpendicular to the plane. This makes it possible for the power turbine 2 in the immediate vicinity of the ship's diesel 4 to arrange.

In der Fluidpassage 3.3, durch die die Hydraulikpumpe 3.1 Hydrauliköl zum Hydraulikmotor 3.2 fördert, ist eine Regeleinheit 7 angeordnet, mit der der von der Hydraulikpumpe 3.1 geförderte Volumenstrom variable zwischen dem Hydraulikmotor 3.2 und einer diesen überbrückenden Überbrückungsleitung 7.1 aufgeteilt werden kann. Hierdurch kann die vom Hydraulikmotor 3.2 in den Generator 1.2 eingespeiste Leistung sehr einfach und variable eingestellt werden, ohne hierzu die Hydraulikpumpe 3.1, den Hydraulikmotor 3.2 oder die Abgasturbine 2 selbst anzusteuern. Diese kann vielmehr stets die durch den Abgasstrom vom Schiffsdiesel 4 bestimmte Leistung in die Hydraulikpumpe 3.1 einspeisen.In the fluid passage 3.3 through which the hydraulic pump 3.1 Hydraulic oil to the hydraulic motor 3.2 promotes, is a regulatory unit 7 arranged with that of the hydraulic pump 3.1 delivered volume flow variable between the hydraulic motor 3.2 and a bridging line bridging this 7.1 can be split. This can be done by the hydraulic motor 3.2 in the generator 1.2 fed power can be set very easily and variable, without the hydraulic pump 3.1 , the hydraulic motor 3.2 or the exhaust gas turbine 2 to drive yourself. This can always be through the exhaust stream from the ship's diesel 4 certain power in the hydraulic pump 3.1 feed.

Soll die gesamte von der Abgasturbine 2 erzeugte Leistung in den Generator 1.2 fließen, so wird die Regeleinheit 7 in die in 1 gezeigte Stellung geschaltet, in der das gesamte Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 3.1 gefördert wird, dem Hydraulikmotor 3.2 zugeleitet wird, der die derart hydraulisch ausgekoppelte Turbinenleistung in den Generator 1.2 einspeist. Soll umgekehrt der Generator 1.2 nur vom ersten Dieselmotor 1.1 angetrieben werden, da beispielsweise die Last des Schiffsdiesels 4 und damit die von der Turbine 2 seinem Abgasstrom entnommene Leistung stark schwankt, wird in der Regeleinheit 7 ein Schieber 7.2 nach links verschoben, wobei er die Fluidkommunikation zwischen Hydraulikpumpe 3.1 und Hydraulikmotor 3.2 unterbricht und den gesamten von der Hydraulikpumpe 3.1 geförderten Volumenstrom durch die Überbrückungsleitung 7.1 an dem Hydraulikmotor 3.2 vorbeileitet. Durch entsprechende Zwischenstellungen des Schiebers 7.2 ist es möglich, nur einen Teil des von der Hydraulikpumpe 3.1 geförderten Volumenstromes dem Hydraulikmotor 3.2 zuzuleiten und so die von der Turbine 2 an den Generator 1.2 abgegebene Leistung zu regeln.Should the whole of the exhaust gas turbine 2 generated power in the generator 1.2 flow, so will the control unit 7 in the in 1 shown switched position in which all the hydraulic oil coming from the hydraulic pump 3.1 is promoted, the hydraulic motor 3.2 is fed, the so hydraulically decoupled turbine power in the generator 1.2 feeds. Should the generator be the other way around 1.2 only from the first diesel engine 1.1 are driven, for example, the load of the ship's diesel 4 and with it from the turbine 2 The power taken from its exhaust gas flow fluctuates greatly in the control unit 7 a slider 7.2 shifted to the left, taking the fluid communication between hydraulic pump 3.1 and hydraulic motor 3.2 interrupts and the entire of the hydraulic pump 3.1 funded Volume flow through the bypass line 7.1 on the hydraulic motor 3.2 past conduct. By appropriate intermediate positions of the slider 7.2 It is possible to only part of the hydraulic pump 3.1 conveyed volume flow to the hydraulic motor 3.2 to feed and so from the turbine 2 to the generator 1.2 regulated performance.

Andererseits kann mit der Regeleinheit 7 auch der Hydraulikmotor 3.2 kurz geschlossen werden, damit er bei stillstehendem Hauptmotor 4 und laufendem Genset nicht die Hydraulikpumpe und Powerturbine 2 antreibt.On the other hand, with the control unit 7 also the hydraulic motor 3.2 be closed briefly so that he is at a stationary main engine 4 and running genset not the hydraulic pump and power turbine 2 drives.

Das Fördervolumen der als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe 3.1 beträgt im Ausführungsbeispiel 25% des Schluckvolumens des als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hydraulikmotors 3.2. Aufgrund der Kontinuitätsgleichung rotiert daher der Hydraulikmotor 3.2 nur mit 25% der Drehzahl der Hydraulikpumpe 3.1, um den gleichen Volumenstrom durchzusetzen. Damit wird eine Untersetzung der Drehzahl der Ausgangswelle des Turbogetriebes 5 auf die Antriebswelle des Generators 1.2 von vier realisiert. Somit kann das Turbogetriebe 5 entsprechend geringer untersetzt und damit insgesamt kleiner ausgeführt werden. Die Hydraulikkoppelung vermittelt insofern nicht nur eine Leistungsauskoppelung, sondern zugleich eine einfach zu realisierende Übersetzung.The delivery volume of the designed as axial piston pump hydraulic pump 3.1 is in the exemplary embodiment 25% of the absorption volume of the hydraulic motor designed as a radial piston pump 3.2 , Due to the equation of continuity, therefore, the hydraulic motor rotates 3.2 only with 25% of the speed of the hydraulic pump 3.1 to enforce the same volume flow. This is a reduction of the speed of the output shaft of the turbo gear 5 on the drive shaft of the generator 1.2 realized by four. Thus, the turbo gearbox 5 correspondingly less stocky and thus made smaller overall. The hydraulic coupling provides not only a Leistungsauskoppelung, but at the same time an easy-to-implement translation.

In einer nicht dargestellten Abwandlung kann das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3.1 variabel, beispielsweise durch Vorgabe der Winkelstellung einer Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe, eingestellt werden, wodurch auch variable Übersetzungen zwischen Hydraulikpumpe und -motor darstellbar sind.In a modification, not shown, the delivery volume of the hydraulic pump 3.1 variable, for example, by specifying the angular position of a swash plate of the axial piston pump to be set, whereby also variable ratios between the hydraulic pump and motor can be displayed.

Claims

Engine-turbine system with a motor-generator arrangement ( 1 ), which is a first engine ( 1.1 ) and a generator coupled thereto ( 1.2 ) and with an autonomous turbine coupled to the motor-generator assembly ( 2 ), characterized in that the turbine with a hydraulic pump ( 3.1 ) for conveying a hydraulic fluid to a hydraulic motor ( 3.2 ) coupled to the motor-generator assembly.

Engine-turbine system according to claim 1, characterized in that the first engine ( 1.1 ) is a diesel engine.

Engine-turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine ( 2 ) is an exhaust gas turbine, which by the exhaust gases of a different engine from the first engine ( 4 ), in particular a diesel engine, is driven.

Engine-turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that between the turbine and the hydraulic pump, a first transmission ( 5 ), in particular a turbo transmission, is arranged.

Engine-turbine system according to one of the preceding Claims, characterized in that between the hydraulic motor and the Motor-generator assembly a second transmission is arranged.

Engine-turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic motor ( 3.2 ) with an output shaft of the first motor ( 1.1 ) is coupled.

Engine-turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic motor ( 3.2 ) with a drive shaft of the generator ( 1.2 ) is coupled.

Engine-turbine system according to one of the preceding Claims, characterized in that the delivery rate of the hydraulic pump and / or the amount of hydraulic fluid acting on the hydraulic motor variable is.

Engine-turbine system according to one of the preceding Claims, characterized in that the output from the hydraulic motor Performance, especially through change a displacement of the hydraulic motor, is adjustable.

Engine-turbine system according to one of the preceding Claims, characterized in that the delivery volume of the hydraulic motor is not equal to the displacement of the hydraulic pump.

Engine-turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that between the hydraulic pump and the hydraulic motor, a damping device ( 6 ) is arranged.

Engine-turbine system according to one of the preceding Claims, characterized in that the hydraulic pump from hydraulic fluid sucks an output of the hydraulic motor and to an input of the Hydraulic motor promotes.