DE102010035217B4

DE102010035217B4 - Verfahren und Zentrifuge mit Energierückgewinnung

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Publication number: DE102010035217B4
Application number: DE201010035217
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: DE102010035217A1

Abstract

Gaszentrifuge mit Energierückgewinnung, wobei die Zentrifuge einen Rotor mit mindestens einer axialen oder in unmittelbarer Nähe zu der Rotationsachse eines Rotors angeordneten Öffnung zur Entnahme eines separierten Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszentrifuge eine Turbine (8) umfasst, die derart in einem dem Rotor in Richtung des Gasstroms nachfolgenden Leitungsabschnitt angeordnet ist, so dass eine als Druck und Bewegungsenergie in der Leichtgasfraktion (2) enthaltene reversible Energie in mechanische Energie umwandelbar ist und diese mittels einem zwischen Turbine (8) und Rotor (1) angeordnetem Getriebe dem Rotor (1) der Gaszentrifuge zuleitbar ist und zwar ohne Umwandlung in elektrische Energie, um eine Leistungsbilanz der Gaszentrifuge zu erhöhen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zur Separation von unterschiedlich schweren Gaskomponenten eines Gasgemisches und das dazugehörige Verfahren, so daß der größte Teil der aufgenommenen Energie wieder zurückgewonnen wird. Zentrifugen zur Separierung einer schweren Gaskomponente aus einem Gasgemisch sind seit langem bekannt. So verwendet die Zentrifuge des Patents DE 10 2009 022 701 B3 einen Rotor mit einer Reihe von konzentrisch angeordneten internen Stufen gebildet von ineinander stehenden Zylindern. Das zu separierende Gas fließt axial in jedem Zylinder und wechselt in den nächst größeren Zylinder wenn das Gas an seinem Ende angekommen ist; im nächsten Zylinder fließt das Gas ebenfalls axial aber in die entgegengesetzte Richtung. Während des axialen Fliessens wird das Gas durch Einwirkung der Zentrifugalkraft in zunehmend angereicherten Gaskomponenten separiert, welche parallel verlaufende Strömungen aufweisen. Diese Art von Gerät kann rekursive oder multiple Zentrifuge genannt werden. Diese multiplen Zentrifugen führen also parallele Gasströmungen mit unterschiedlichen Dichten in den jeweiligen konzentrischen Stufen des Rotors. Dabei ist die Förderkraft für alle parallelen Gasströmungen gleich und basiert auf den zentrifugal erzeugten Überdruck im Rotor. Zentrifugen mit Energierückgewinnungskonzepten sind ferner bekannt aus den Druckschrifen DE 20 09 725 A , DE 100 15 546 A1 , US 3 791 575 A und US 4 508 530 A .
Ein äußerst wichtiger Aspekt bei solcher Zentrifugen ist aber die hohe Energieaufnahme bedingt durch die Zentrifugation an sich. Die Zentrifugalkraft führt zu einer Druckerhöhung, die wiederum zu einer quasi adiabatischen Volumenänderung führt. Die erforderliche Energie W dafür in Hohe von W = m·R(T1 – T2)/(κ – 1)
Wobei m die Masse des Gases, R die spezifische Gaskonstante, T die Temperaturen vor und nach der Volumenänderung und κ eine weitere Gaskonstante mit dem Wert 1,3 für Kohlendioxid oder 1,4 für Luft sind.
Es ist ganz klar, daß mit zunehmender Drehzahl des Zentrifugenrotors, der zentrifugal erzeugte Druck steigt und diese Energie im Gas reversibel gespeichert bleibt. Sie ist verloren, wenn nicht Maßnahmen ergriffen werden, um diese Energie wieder zu gewinnen.
Eine ebenfalls wichtiger Aspekt ist die Energieaufnahme für die Bringung in Rotation der Gasmasse enthalten im Zentrifugenrotor. Die erforderliche Energie E hierfür ist: E = m·v²/2 wobei m die Masse des rotierten Gases, v die periphere Geschwindigkeit des Rotors sind.
Diese Energie E ist reversibel gespeichert als kinetische Energie des rotierten Gases und kann durch entsprechende Maßnahmen wieder gewonnen werden.
Diese zwei Arten von aufgenommenen Energien für den Betrieb der Zentrifuge übersteigen mit zunehmender Drehzahl und Abmessungen des Gerätes die anderen von der Zentrifuge verbrauchten Energien für

– Reibung in den Lagern
– Luftreibung an der Außenhülle der Zentrifuge
– Luftreibung beim Transport des Gases durch die Zentrifuge

Deswegen ist es dringend erforderlich die reversibel gespeicherten Energien während deren Betriebs wieder zu gewinnen, sonst kann die Zentrifuge nicht wirtschaftlich betrieben werden.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Zentrifuge so zu gestalten, daß alle reversibel gespeicherten Energien in der Gasmasse am Ende der Zentrifugation wieder gewonnen werden und nützlich verwendet werden.
Dafür verwendet die erfindungsgemäße Zentrifuge Öffnungen zur Entnahme des Separationsergebnisses in unmittelbarer Nähe der Rotorachse und zusätzlich eine mehrstufige Turbine gekoppelt mittels Getriebe an die Zentrifuge selbst, welche die enorme kinetische Energie des rotierten Gases und den Energieanteil gespeichert durch zentrifugale Kompression, bezogen auf das sogenannte Restgas, in nützliche Energie mit einem hohen Wirkungsgrad – bis etwa 80–85% – umwandelt. Diese Maßnahmen haben einen weiteren nützlichen Nebeneffekt: das in die Atmosphäre entlassene Restgas nach der Zentrifugation hat einen niedrigen Druck und wenig Übertemperatur.
Die Maßnahmen für die Energierückgewinnung erstrecken sich aber darüber hinaus auch auf die nützliche Umwandlung der thermischen und kinetischen Energie gespeichert im separierten Gas – was Kohlendioxid ist im Falle der Kraftwerke –, wobei diese einerseits für die Druckerhöhung im separierten Gas und andererseits für den Betrieb eines Wärmetauschers eingesetzt werden. Das separierte Gas wird meistens unter Druck von der Anwendung angefordert und somit erfüllt diese Maßnahme die Voraussetzungen dafür. Die Wärme geliefert vom Wärmetauscher wird anderweitig eingesetzt. Die Anwendung eines Getriebes zwischen Turbine und Zentrifugenrotor erlaubt die direkte Verwertung der kompletten wieder gewonnenen Energie einschließlich einen Teil der Reibungsverluste, wodurch die vom elektrischen Antrieb aufgenommenen Energie vom Netz auf weit unter 15% gegenüber dem Fall ohne Energiewiederverwertung erlaubt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
1 Längsschnitt durch die Zentrifuge; Schnitt B-B
2 Schnitt A-A durch die Zentrifuge
Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Zentrifuge hat den Gaseinlaß 27 am unteren Ende des Gehäuses 28 der Zentrifuge plaziert, welcher mit der Einlaßkammer 29 durch den zylindrischen Raum 30 und Durchbrüche 31 verbunden ist, wobei ein Teil des Gasgemisches 32 auch durch die Durchbrüche 33 im Rotor 34 des elektrischen Antriebes mit dem Stator 35 auf der untere Welle 36 befestigt mit dem Rillenkugellager 37 in der Aussparung 38 des Gehäuses 28 nach oben durch den zylindrischen Fortsatz 39 mit Durchbrüchen in das Innere des Rotors 1 gelangt. Ein Abdriften des Gasgemisches 32 in die Kammer 40 wird durch die Labyrinthdichtung 41 verhindert. Zwischen den Scheiben 41-a und 41-b, die den Stator und Rotor der Labyrinthdichtung 41 bilden, befindet sich eine kleine Menge Fett 41-c und zwar dergestalt, daß während der Rotation des Rotors 1 dieses Fett eine perfekte Abdichtung durch Mitwirkung der Zentrifugalkraft bildet, welche auch einem Druck von mehreren bar mühelos standhält, wobei bei Stillstand das Fett 41-c in Aufnahmeaussparungen 42 – ohne Darstellung in der Zeichnung – aufgenommen wird, um ein Wegfließen zu verhindern. Eine weitere Labyrinthdichtung 22 verhindert ein Entweichen der Druckluft befindlich in der Kammer 40 zur Kammer 25. Zwischen den Scheiben 22-a und 22-b, die den Stator und Rotor der Labyrinthdichtung 22 bilden, befindet sich eine kleine Menge Fett 22-c und zwar dergestalt, daß während der Rotation des Rotors 1 dieses Fett eine perfekte Abdichtung durch Mitwirkung der Zentrifugalkraft bildet, welche auch einem Druck von mehreren bar mühelos standhält, wobei bei Stillstand das Fett 22-c in Aufnahmeaussparungen 26 – ohne Darstellung in der Zeichnung – aufgenommen wird, um ein Wegfließen zu verhindern.
Das in den Rotor 1 eingelassene Gasgemisch 32 wird in bewährter Manier bei mehrstufigen Zentrifugen durch die radialen Trennwände 54 zur Rotation gezwungen und beim axialen Fortbewegen zwischen den Zylindrischen Stufen 51 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft in eine leichte Gasströmung 53 und eine schwere Gasströmung 52 getrennt, wobei am Ende eines jeden zylindrischen Abschnitts Umlenker für die korrekte Übergabe dieser Strömungen über die Grenzen der Zylinder 51 sorgen. Wenn die leichte Gasströmung 53 durch die Durchbrüche 3 gelangt, wird sie zum Restgas 2, während, wenn die schwere Gasströmung 52 durch die Durchbrüche 15 fließt, sie zum separierten Gas 14 wird.
Das unter dem zentrifugal erzeugten Druck stehende Restgas 2 fließt durch die Aussparungen 3 in die Umlenkbereiche 4 zum Zentrum und nach oben und mindert seinen Druck und Temperatur je weiter es in Richtung Zentrum kommt. Das Restgas 2 von allen Umlenkbereichen 4 vereinigt sich im Ringförmigen Kanal 5, begrenzt von der Rotorverlängerung 65 und fließt in die erste Stufe 7, versehen mit Laufschaufeln einer Turbine 8 mit hoher Geschwindigkeit V·D/D_max, wobei v die periphere Geschwindigkeit des Rotors 1 ist und zwingt diese zur Rotation. Das Restgas 2 wird durch die Leitschaufeln des Statorkranzes 10 gerichtet und den restlichen Laufschaufeln der weiteren Turbinen-Stufen 11 zugeführt, dergestalt, daß der größte Teil der im Restgas 2 gespeicherte Energie in Rotationsenergie der Turbine 8 umgewandelt wird, während das Restgas 2 sich entspannt und seine Temperatur weiter sinkt. Das Restgas 2 gelangt anschließend durch die Öffnungen 12 im Gehäuse 13 der Turbine 8 in einem Sammelraum 44 und dann durch die Zuleitung 66 zum Schornstein. Der Durchmesser der Schaufelräder der Turbine 8 nimmt mit der Entfernung von der Zentrifuge zu, während die Breite der Laufschaufeln ebenfalls zunimmt, um den immer kleiner werdenden Druck wirksam in mechanische Energie umwandeln zu können. Das unter dem zentrifugal erzeugten Druck stehende separierte Gas 14 fließt durch die Aussparungen 15 in die Umlenkbereiche 16, die mit den Umlenkbereichen 4 alternieren, und dringt nach oben in das Innenrohr 56 des Rotors 1. Das separierte Gas 14 und das Restgas 2 übergeben ihren Anteile an kinetischer Rotationsenergie durch die Wände der Umlenkbereiche 4, 16 an den Rotor 1. Das separierte Gas 14 hat nur einen sehr kleinen Anteil an Rotationsenergie inne, wenn es die radialen Öffnungen 17 im Innenrohr 56 durchfließt, welches zwischen den im spitzen Winkel stehenden Lamellen 47 weiter fließt und einen Staudruck von einigen bar in ringförmigen Kanal 48 erzeugt, von wo aus, das separierte Gas 14 durch die Zuleitung 19 der Anwendung als Gas unter Druck zur Verfügung gestellt wird. Eine Abdichtung 46 – ohne Darstellung auf der Zeichnung – verhindert eine Verunreinigung des separierten Gases 14 mit dem Restgas 2.
Weil die Außenfläche des Rotors 1 während des Betriebes eine höhere Temperatur von etwa 250–350°C erreichen kann und um zu verhindern daß diese Wärme verloren geht, ist der ganze Innenraum des Gehäuses 28 mit einer Thermoisolierung beschichtet – ohne Darstellung auf der Zeichnung –. Durch die spezielle Technologie bei der Herstellung des Rotors 1 sind in seiner Metallmasse zahlreiche Gaseinschlüsse enthalten, welche verhindern, daß die Wärme aus den peripheren Bereichen zum Zentrum des Rotors gelangen kann. Dadurch ist der Rotor 1 nur an seiner Peripherie heiß, während zur Mitte hin die Temperatur etwa der dem eingelassenen Gasgemisches 32 entspricht.
Der Rotor 1 befindlich in Rotation mit der Nenndrehzahl ist praktisch gewichtslos zwischen den Rillenkugellagern 37 und 43 gehalten und erlaubt dadurch eine enorme Entlastung für die Rillenkugellager 37, 43, indem der Überdruck von 1–2 bar in der Kammer 40 gegenüber dem Druck in der Kammer 25, erzeugt von einer externen Pumpe 24 – nicht dargestellt – wirkend auf die nach oben gerichtete Fläche des Rotors 1 das Eigengewicht des Rotors 1 aufhebt, wobei diese untere Fläche durch den Mittelbereich eingenommen von der Labyrinthdichtung 41 gemindert ist.
Es gibt eine Kopplung der Turbine 8 mittels drehzahlerhöhendem zweistufigem Getriebe gebildet von den Zahnrädern 58, 59 und 63, 62 mit dem Rotor 1 der Zentrifuge. Durch das Getriebe wird die Drehzahl der Turbine erhöht, um der Nenndrehzahl der Zentrifuge zu entsprechen. Somit kann die zurückgewonnene Energie durch die Turbine der Zentrifuge direkt zur Verfügung gestellt werden, d. h. ohne den Umweg über die Umwandlung in elektrischer Energie mittels Elektro-Generator. Das Innenzahnrad 58 ist direkt an der Turbine 8 angeflanscht und damit zusammen vom Rillenkugellager 57 befestigt im Zwischenteil 6, gehalten. Das Innenzahnrad 58 ist mit den gleichgroßen Zahnrädern 59 verzahnt und bewirkt eine erste Drehzahlerhöhung (z. B. 10:1), dergestalt dass die Zahnräder 59 ihre Drehmomente durch die gemeinsame Achse, auf der sie starr befestigt sind, an die Zahnräder 63 überträgt, die ebenfalls starr auf der jeweiligen Achse befestigt sind, wobei die Achsen der Zahnräder 63 und 59 von den Rillenkugellagern 60, 61 im Zwischenteil 6 gehalten werden und wobei die Zahnräder 63 ihre Drehmomente an das angetriebene Innenzahnrad 62 übertragen (z. B. Drehzahlminderung 1:4), welche direkt auf den Innenrohr 56 des Rotors 1 der Zentrifuge angeflanscht ist, welche durch das Rillenkugellager 43 zusammen mit dem Rotor 1 gelagert ist. Normalerweise ist die Drehzahlerhöhung in der ersten Getriebestufe größer als die Drehzahlminderung in der zweiten Stufe zum Rotor 1. Die zweite Lagerung der Turbine 8 erfolgt durch das Rillenkugellager 20 plaziert zwischen dem Inneren der Turbine 8 und dem Innenrohr 56 des Rotors 1.
Ein erheblicher Anteil der Energie reversibel gespeichert in der Zentrifuge während des Betriebs (bis zu 20–25%) ist enthalten im Restgas 2 abgenommen bei einem mittlerem Durchmesser D kleiner als D_max den Durchmesser des Rotors 1, wodurch die vom Netz aufgenommenen Leistung des elektrischen Antriebes 34, 35 wesentlich reduziert werden kann auf unter 5% vom inneren Energiebedarf des Gerätes. Die Turbine 8 und Getriebe erlauben eine Wiedergewinnung von bis zu 70% der Energie enthalten im Restgas; dadurch mindert sich die Leistungsaufnahme der Zentrifuge wesentlich. Die Reduzierung der aufgenommenen Leistung ist auch deshalb so groß, weil auch ein Teil der Verluste, die sich letztendlich in Wärme umwandeln, wieder gewonnen wird, indem sie den Druck und die Temperatur des Restgases 2 erhöhen. Die Gesamtleistungsbilanz ist noch mehr verbessert, indem die nützliche Arbeit der Druckerhöhung für das separierte Gas 14 – das ohnehin nur unter Druck für die Anwendung gebraucht wird – bei der Ausgabe durch die Zuleitung 19 hinzugerechnet werden muss. Bei einer Zentrifuge für Kraftwerke kann der Druck an der Zuleitung 19 etwa 2–5 bar betragen.
Besondere Ausführungsformen der Gaszentrifuge lassen sich wie folgt beschreiben:

1. Zentrifuge mit Energierückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß 1) das die reversible Energie enthalten als Druck und Bewegungsenergie im abgenommenen Restgas (2) mittels einer Turbine (8) in mechanische Energie umgewandelt wird und diese dem Rotor (1) der Zentrifuge zugeleitet wird, wodurch die Leistungsbilanz der Zentrifuge deutlich erhöht wird und 2) daß die reversibel im separierten Gas (14) enthaltene Rotationsenergie in Gasdruck umgewandelt wird und der Anwendung zur Verfügung gestellt wird.
2. Zentrifuge nach Ausführungsform 1, welche über einen mehrstufigen Rotor (1) verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß 1) das unter dem zentrifugal erzeugten Druck stehende Restgas (2) durch die Aussparungen (3) und (18) in die Umlenkbereiche (4) zum Zentrum und nach oben fließt und seinen Druck und Temperatur mindert, je weiter es in Richtung Zentrum kommt, wobei 2) sich das Restgas (2) von allen Umlenkbereichen (4) im Ringförmigen Kanal (5), begrenzt von der Rotorverlängerung (65), vereinigt und mit hoher Geschwindigkeit v·D/D_max in die erste Stufe (7) einer Turbine (8) fließt (wobei v die periphere Geschwindigkeit des Rotors (1) ist), versehen mit Laufschaufeln, und diese zur Rotation zwingt, wobei 3) das Restgas (2) durch die Leitschaufeln des Statorkranzes (10) gerichtet wird und den restlichen Laufschaufeln der weiteren Turbinen-Stufen (11) dergestalt zugeführt wird, daß der größte Teil der im Restgas (2) gespeicherte Energie in Rotationsenergie der Turbine (8) umgewandelt wird, während das Restgas (2) sich entspannt und seine Temperatur weiter sinkt, wobei 4) das Restgas (2) anschließend durch die Öffnungen (12) im Gehäuse (13) der Turbine (8) in einem Sammelraum (44) und dann durch die Zuleitung (66) zum Schornstein gelangt, wobei 5) der Durchmesser der Schaufelräder der Turbine (8) mit der Entfernung von der Zentrifuge zunimmt, während die Breite der Laufschaufeln ebenfalls zunimmt, um den immer kleiner werdenden Druck wirksam in mechanische Energie umwandeln zu können und wobei 6) das unter dem zentrifugal erzeugten Druck stehende separierte Gas (14) durch die Aussparungen (15) und (64) in die Umlenkbereiche (16) fließt, die mit den Umlenkbereichen (4) alternieren, und nach oben in das Innenrohr (56) des Rotors (1) dringt, wobei 7) das separierte Gas (14) und das Restgas (2) ihre Anteile an kinetischer Rotationsenergie durch die Wände der Umlenkbereiche (4, 16) an den Rotor (1) übergeben, wobei 8) das separierte Gas (14) nur einen sehr kleinen Anteil an Rotationsenergie inne hat, wenn es die radialen Öffnungen (17) im Innenrohr (56) durchfließt, welches zwischen den im spitzen Winkel stehenden gekrümmten Lamellen (47) weiter fließt und einen Staudruck von einigen bar in dem ringförmigen Kanal (48) erzeugt, von wo aus, das separierte Gas (14) durch die Zuleitung (19) der Anwendung als Gas unter Druck zur Verfügung gestellt wird und wobei 9) eine Abdichtung (46) – ohne Darstellung in der Zeichnung – eine Verunreinigung des separierten Gases (14) mit dem Restgas (2) verhindert.
3. Zentrifuge nach Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, daß, 1) weil die Außenfläche des Rotors (1) während des Betriebes eine höhere Temperatur von etwa 250–350°C erreichen kann und um zu verhindern, daß diese Wärme verloren geht, der ganze Innenraum des Gehäuses (28) mit einer Thermoisolierung (9) beschichtet ist – ohne Darstellung auf der Zeichnung – wobei 2) durch eine spezielle Technologie bei der Herstellung des Rotors (1) in seiner Metallmasse zahlreiche Gaseinschlüsse enthalten sind, welche verhindern, daß die Wärme aus den peripheren Bereichen zum Zentrum des Rotors gelangen kann, wodurch der Rotor (1) nur an seiner Peripherie heiß ist, während zur Mitte hin die Temperatur etwa der dem eingelassenen Gasgemisches (32) entspricht.
4. Zentrifuge nach Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass 1) der Gaseinlaß (27) am unteren Ende des Gehäuses (28) der Zentrifuge platziert ist, welcher mit der Einlaßkammer (29) durch den zylindrischen Raum (30) und Durchbrüche (31) verbunden ist, wobei ein Teil des Gasgemisches (32) auch durch die Durchbrüche (33) im Rotor (34) des elektrischen Antriebes mit dem Stator (35) auf der untere Welle (36) befestigt mit dem Rillenkugellager (37) in der Aussparung (38) des Gehäuses (28) nach oben durch den zylindrischen Fortsatz (39) mit Durchbrüchen in das Innere des Rotors (1) gelangt, wobei 2) ein Abdriften des Gasgemisches (32) in die Kammer (40) durch die Labyrinthdichtung (41) verhindert wird, so daß zwischen den Scheiben (41-a) und (41-b), die den Stator und Rotor der Labyrinthdichtung (41) bilden, sich eine kleine Menge Fett (41-c) befindet und zwar dergestalt, daß während der Rotation des Rotors (1) dieses Fett eine perfekte Abdichtung unter Mitwirkung der Zentrifugalkraft bildet, welche auch einem Druck von mehreren bar mühelos stattfindet, wobei bei Stillstand das Fett (41-c) in Aufnahmeaussparungen (42) – ohne Darstellung in der Zeichnung – aufgenommen wird, um ein Wegfließen zu verhindern und wobei 3) eine weitere Labyrinthdichtung (22) ein Entweichen der Druckluft befindlich in der Kammer (40) zur Kammer (25) verhindert, wobei 4) zwischen den Scheiben (22-a) und (22-b), die den Stator und Rotor der Labyrinthdichtung (22) bilden, sich eine kleine Menge Fett (22-c) befindet und zwar dergestalt, daß während der Rotation des Rotors 1 dieses Fett eine perfekte Abdichtung durch Mitwirkung der Zentrifugalkraft bildet, welche auch einem Druck von mehreren bar mühelos standhält, wobei bei Stillstand das Fett (22-c) in Aufnahmeaussparungen (26) – ohne Darstellung in der Zeichnung – aufgenommen wird, um ein Wegfließen zu verhindern.
5. Zentrifuge nach Ausführungsform 1 oder einer der Nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) befindlich in Rotation mit der Nenndrehzahl praktisch gewichtslos zwischen den Rillenkugellagern (37) und (43) gehalten wird und dadurch eine enorme Entlastung für die Rillenkugellager (37, 43) darstellt, indem der Überdruck von 1–2 bar in der Kammer (40) gegenüber dem Druck in der Kammer (25), erzeugt von einer externen Pumpe (24) – nicht dargestellt – wirkend auf die nach oben gerichtete Fläche des Rotors (1), das Eigengewicht des Rotors (1) aufhebt, wobei diese untere Fläche durch den Mittelbereich eingenommen von der Labyrinthdichtung (41) gemindert ist.
6. Zentrifuge nach Ausführungsform 1 oder einer der Nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, dass 1) es eine Kopplung der Turbine 8 mittels drehzahlerhöhendem zweistufigem Getriebe gebildet von den Zahnrädern (58, 59) und (63, 62) mit dem Rotor (1) der Zentrifuge gibt, welche durch das Getriebe die Drehzahl der Turbine (8) erhöht, um der Nenndrehzahl der Zentrifuge zu entsprechen, wodurch die zurückgewonnene Energie durch die Turbine der Zentrifuge direkt zur Verfügung gestellt wird, d. h. ohne den Umweg über die Umwandlung in elektrischer Energie mittels Elektro-Generator, wobei 2) das Innenzahnrad (58) direkt an der Turbine (8) angeflanscht ist und damit zusammen vom Rillenkugellager (57) befestigt im Zwischenteil (6), gehalten ist wobei 3) das Innenzahnrad (58) mit den gleichgroßen Zahnrädern (59) verzahnt ist und eine erste Drehzahlerhöhung (z. B. 10:1), dergestalt bewirkt, dass die Zahnräder (59) ihre Drehmomente durch die gemeinsame Achse, auf der sie starr befestigt sind, an die Zahnräder (63) übertragen, die ebenfalls starr auf der jeweiligen Achse befestigt sind, wobei die Achsen der Zahnräder (63) und (59) von den Rillenkugellagern (60, 61) im Zwischenteil (6) gehalten werden und wobei die Zahnräder (63) ihre Drehmomente an das angetriebene Innenzahnrad (62) übertragen (z. B. Drehzahlminderung 1:4), welche direkt auf den Innenrohr (56) des Rotors (1) der Zentrifuge angeflanscht ist, welche durch das Rillenkugellager (43) zusammen mit dem Rotor (1) gelagert ist, wobei 4) die Drehzahlerhöhung in der ersten Getriebestufe größer als die Drehzahlminderung in der zweiten Stufe zum Rotor (1) ist, wobei 5) die zweite Lagerung der Turbine (8) durch das Rillenkugellager (20) erfolgt, das zwischen dem Inneren der Turbine (8) und dem Innenrohr (56) des Rotors (1) platziert ist.

Claims

Gaszentrifuge mit Energierückgewinnung, wobei die Zentrifuge einen Rotor mit mindestens einer axialen oder in unmittelbarer Nähe zu der Rotationsachse eines Rotors angeordneten Öffnung zur Entnahme eines separierten Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszentrifuge eine Turbine (8) umfasst, die derart in einem dem Rotor in Richtung des Gasstroms nachfolgenden Leitungsabschnitt angeordnet ist, so dass eine als Druck und Bewegungsenergie in der Leichtgasfraktion (2) enthaltene reversible Energie in mechanische Energie umwandelbar ist und diese mittels einem zwischen Turbine (8) und Rotor (1) angeordnetem Getriebe dem Rotor (1) der Gaszentrifuge zuleitbar ist und zwar ohne Umwandlung in elektrische Energie, um eine Leistungsbilanz der Gaszentrifuge zu erhöhen.
Gaszentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein drehzahlerhöhendes, zweistufiges Getriebe ist.
Gaszentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlerhöhung der ersten Getriebestufe größer ist als eine Drehzahlminderung der zweiten Getriebestufe.
Gaszentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Rotors der Zentrifuge vertikal ausgerichtet ist und eine Druckkammer (40), in der ein Gasüberdruck von 1–2 bar vorliegt, den Rotor unterseitig beaufschlagt.
Gaszentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (40) durch eine Labyrinthdichtung (41), in der sich bevorzugt ein Fett (41-c) befindet, gegenüber einer Einlasskammer (31) abgetrennt ist.
Gaszentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Rotors zylindrische Stufen (51) angeordnet sind.
Gaszentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Stufen (51) zylindrische Abschnitte bilden, an deren stirnseitigen Enden jeweils eine Umlenkeinrichtung für den Gasstrom angeordnet ist.
Gaszentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Innenraum eines Gehäuses (28) der Gaszentrifuge mit einem thermisch isolierenden Material beschichtet ist.