DE102015001418A1 - Getriebeturbomaschine - Google Patents
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Abstract
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) drehtfest verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Getriebeturbomaschine.
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Optional ist auch ein Axialkompressor mit zwei radialen Endstufen möglich, in diesem Fall ist auch eine Zwischenkühlung zwischen den beiden Radialstufen möglich.
- 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.
- 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.
- 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:
-
1a ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
1b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß1a ; -
2a ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
2b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß2a ; -
3a ein Blockschaltbild einer dritten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
3b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß3a ; -
4a ein Blockschaltbild einer vierten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
4b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß4a ; -
5a ein Blockschaltbild einer fünften erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
5b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß5a ; -
6a ein Blockschaltbild einer sechsten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
6b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß6a . -
7a ein Blockschaltbild einer siebten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; -
7b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß7a ; -
8a ein Blockschaltbild einer achten erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine; und -
8b eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der Getriebeturbomaschine gemäß8a . - Die Erfindung betrifft eine Getriebeturbomaschine.
-
3a und3b zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine10 . Die Getriebeturbomaschine10 umfasst ein integriertes Getriebe11 , ein Antriebsaggregat12 , mehrere Abtriebsaggregate13 ,14 ,15 und16 , wobei das Getriebe11 , das Antriebsaggregat12 und die mehreren Abtriebsaggregate13 ,14 ,15 und16 zu einem Maschinenstrang integriert sind. - Das Getriebe
11 der Getriebeturbomaschine10 umfasst ein Großrad17 , das auf einer Großradwelle18 positioniert und über die Großradwelle18 in einem Getriebegehäuse19 des Getriebes11 drehbar gelagert ist. In das Großrad17 des Getriebes11 kämmen am Umfang desselben mehrere Ritzel21 ,23 ,25 ein, die auf Ritzelwellen22 ,24 ,26 befestigt und über die Ritzelwellen22 ,24 und26 ebenfalls im Getriebegehäuse19 drehbar gelagert sind. - Im Ausführungsbeispiel der
3a und3b kämmen am Umfang des Großrads11 insgesamt drei derartige auf Ritzelwellen22 ,24 und26 gelagerte Ritzel21 ,23 und25 in das Großrad17 ein. - Das Antriebsaggregat
12 ist als Dampfturbine ausgebildet, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung Dampf entspannt wird. Das Antriebsaggregat12 ist mit einer ersten Ritzelwelle22 des Getriebes11 gekoppelt, nämlich auf einer ersten Seite27 des Getriebes11 bzw. des Getriebegehäuses19 , wobei das als Dampfturbine ausgebildete Antriebesaggregat12 über eine erste Kupplung29 an die erste Ritzelwelle22 gekoppelt ist. - Zu den mehreren Abtriebsaggregaten
13 ,14 ,15 und16 zählen ein erstes, als Hauptkompressor ausgebildetes Abtriebsaggregat13 sowie mehrere zweite, als Getriebekompressoren ausgebildete Abtriebsaggregate14 ,15 und16 . Der Hauptkompressor bzw. das erste Abtriebsaggregat13 ist mindestens zweistufig ausgebildet, wobei in dem Hauptkompressor unter Nutzung der vom Antriebsaggregat12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein erstes Prozessgas verdichtet wird. - Das erste Abtriebsaggregat
13 bzw. der Hauptkompressor ist ebenfalls mit der ersten Ritzelwelle22 des Getriebes11 gekoppelt, nämlich auf einer der ersten Seite27 gegenüberliegenden, zweiten Seite28 des Getriebes11 bzw. Getriebegehäuses19 . Dabei greift das als Hauptkompressor ausgebildete, erste Abtriebsaggregat13 über eine zweite Kupplung30 an der ersten Ritzelwelle22 an, an welche auch das Antriebsaggregat12 über die erste Kupplung29 gekoppelt ist. - Dann, wenn die erste Kupplung
29 und die zweite Kupplung30 beide geschlossen sind, stehen das Antriebsaggregat12 und das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat13 direkt bzw. unmittelbar bei gleichbleibender Übersetzung und ohne Zwischenschaltung einer Übersetzungsstufe des Getriebes11 miteinander in Wirkverbindung, sodass dieselben mit gleicher Drehzahl drehen. - Die Getriebeturbomaschine
10 der3a umfasst zusätzlich zum Antriebsaggregat12 und dem als Hauptkompressor ausgebildeten ersten Abtriebsaggregat13 drei zweite Abtriebsaggregate14 ,15 und16 , die als Getriebekompressoren ausgebildet sind. In den als Getriebekompressoren ausgebildeten zweiten Abtriebsaggregaten14 ,15 und16 wird unter Nutzung der vom Antriebsaggregat12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das erste Prozessgas und/oder ein oder mehrere weitere Prozessgase verdichtet oder weiter verdichtet, wobei die zweiten Abtriebsaggregate14 ,15 und16 mit weiteren Ritzelwellen24 ,26 des Getriebes11 drehfest verbunden sind. - So sind in dem Ausführungsbeispiel der
3a und3b die drei weiteren, zweiten Abtriebsaggregate14 ,15 und16 mit zwei weiteren Ritzelwellen24 und26 drehfest verbunden, nämlich derart, dass die beiden Getriebekompressoren14 und15 an gegenüberliegenden Seiten27 und28 des Getriebes11 bzw. Getriebegehäuses19 mit einer zweiten Ritzelwelle24 des Getriebes11 drehfest verbunden sind, wohingegen der Getriebekompressor16 mit einer dritten Ritzelwelle26 des Getriebes11 drehfest verbunden ist, vorzugsweise im Bereich derjenigen Seite28 des Getriebegehäuses19 , an welcher auch der Getriebekompressor14 und der Hauptkompressor13 positioniert sind. - 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. - Im Ausführungsbeispiel der
3a und3b ist die erste Ritzelwelle22 in etwa an der 6-Uhr-Position des Großrads17 positioniert und kämmt über das Ritzel21 an dieser Position in das Großrad17 ein. Die zweite Ritzelwelle24 mit dem Ritzel23 ist in etwa an der 3-Uhr-Position und die dritte Ritzelwelle26 mit dem Ritzel25 ist in etwa an der 9-Uhr-Position des Großrads17 positioniert, wobei diese Ritzel23 und25 an diesen Positionen in das Großrad17 kämmen. - Wie in
3a gezeigt, kann an die Großradwelle18 des Getriebes11 ein optionaler Generator31 oder auch alternativ ein Motor gekoppelt sein, nämlich über eine Kupplung32 . - Wie bereits ausgeführt, kann das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat
13 mehrstufig mit mehreren Kompressorstufen bzw. Verdichterstufen ausgebildet sein. - Stromabwärts der vorderen Kompressorstufe
13a ist ein Zwischenkühler13b 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 Getriebekompressoren14 ,15 oder16 . - Es ist vorzugsweise möglich, auch stromabwärts jedes Getriebekompressors
14 ,15 und16 einen Zwischenkühler (nicht gezeigt) zur Abkühlung des jeweils verdichteten Prozessgases zu positionieren. - Das Getriebe
11 zusammen mit den Getriebekompressoren14 ,15 und16 , das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat12 sowie das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat13 sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Fundamenttisch20 eines Maschinenfundaments gelagert. - Im Bereich der Dampfturbine bzw. des Antriebsaggregats
12 kommt ein axiales Abdampfgehäuse33 zum Einsatz, sodass entspanntes Medium die Dampfturbine12 in axialer Richtung verlässt. - Ein stromabwärts der Dampfturbine
12 positionierter Kondensator34 ist dann vorzugsweise in Richtung einer Längsachse der Dampfturbine12 gesehen neben dem die Dampfturbine12 tragenden Fundamenttisch12 des Maschinenfundaments positioniert, und zwar vorzugsweise auf separaten Stützen35 . - Die in
3a und3b gezeigte Getriebeturbomaschine10 umfasst demnach das integrierte Getriebe11 , dass als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat12 , das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat13 sowie mindestens drei als Getriebekompressoren ausgebildete zweite Abtriebsaggregate14 ,15 und16 . Erfindungsgemäß sind die Dampfturbine12 und der mindestens zweistufige Hauptkompressor13 über entsprechende Kupplungen29 ,30 an dieselbe Ritzelwelle22 des Getriebes11 gekoppelt, sodass dann, wenn die beiden Kupplungen29 und30 gekoppelt sind, Dampfturbine12 und Hauptkompressor13 ohne Getriebeübersetzung des Getriebes11 direkt bzw. unmittelbar bei gleichbleibender Übersetzung in Wirkverbindung stehen und mit der gleichen Drehzahl betrieben werden. Die Getriebekompressoren14 ,15 und16 dienen nach Durchlaufen anderer Prozessschritte außerhalb des Maschinenstrangs in der Regel der Weiterverdichtung des im Hauptkompressor13 verdichteten Prozessgases und/oder der Verdichtung mindestens eines weiteren Prozessgases. Das auf der ersten Ritzelwelle22 gelagerte Ritzel21 muss die volle Leistung der Getriebeturbomaschine10 bzw. die volle Antriebsleistung der Dampfturbine12 übertragen. Die Dampfturbine12 verfügt über ein axiales Abström- bzw. Abdampfgehäuse33 , wobei der Kondensator34 neben dem Fundamenttisch20 auf separaten Stützen35 positioniert ist. - 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 Getriebekompressoren14 ,15 und16 wird das im Hauptkompressor13 verdichtete Prozessgas und/oder mindestens ein weiteres Prozessgas verdichtet bzw. weiterverdichtet. Stromabwärts jedes Getriebekompressors14 ,15 ,16 kann vorzugsweise ein weiterer Zwischenkühler positioniert sein. - Der Antrieb der Getriebeturbomaschine
10 erfolgt vorzugsweise über das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat12 , welches den Hauptkompressor13 direkt bzw. unmittelbar mit gleicher Drehzahl durch das Gehäuse19 des Getriebes11 hindurch antreibt. Die Getriebekompressoren14 ,15 und16 werden ebenfalls ausgehend von der Dampfturbine12 bzw. vom Antriebsaggregat aus angetrieben, jedoch mit unterschiedlichen Drehzahlen, und zwar mit einer vom konkreten Übersetzungsverhältnis des Getriebes11 abhängigen, optimalen Drehzahl für den jeweiligen Getriebekompressor. - Weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine
10 zeigen1a ,1b und2a ,2b und4a ,4b und5a ,5b und6a ,6b und7a ,7b und8a ,8b , wobei nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die weiteren erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschinen10 von der Getriebeturbomaschine10 der3a ,3b unterscheiden. - Bei der Getriebeturbomaschine
10 der1a ,1b ist nur ein Getriebekompressor14 vorhanden, der mit einer Ritzelwelle24 drehfest verbunden ist. - Bei der Getriebeturbomaschine
10 der2a ,2b sind insgesamt zwei Getriebekompressoren14 ,15 vorhanden, die mit der Ritzelwelle24 drehfest verbunden sind. So sind die beiden Getriebekompressoren14 und15 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses10 mit der zweiten Ritzelwelle24 des Getriebes11 drehfest verbunden. - Bei der Getriebeturbomaschine
10 der4a ,4b sind insgesamt vier Getriebekompressoren14 ,15 ,16 und36 vorhanden, die mit zwei Ritzelwellen24 und26 drehfest verbunden sind. So sind die beiden Getriebekompressoren14 und15 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses10 mit der zweiten Ritzelwelle24 und die beiden Getriebekompressoren16 ,36 an unterschiedlichen Seiten des Getriebegehäuses10 mit der dritten Ritzelwelle26 des Getriebes11 drehfest verbunden. - Im Ausführungsbeispiel der
5 und5b sowie6a und6b umfasst das Getriebe11 der Getriebeturbomaschine10 jeweils eine vierte Ritzelwelle39 , mit der im Ausführungsbeispiel der5a ,5b ein fünfter Getriebekompressor37 und im Ausführungsbeispiel der6a ,6b zusätzlich ein sechster Getriebekompressor40 drehfest verbunden ist. Die vierte Ritzelwelle39 ist dabei zusammen mit dem auf derselben gelagerten Ritzel38 in etwa an der 12-Uhr-Position des Großrads17 angeordnet, wobei das auf der vierten Ritzelwelle39 gelagerte Ritzel38 an dieser Position am Umfang des Großrads17 in dasselbe kämmt. - Zwei weitere Ausführungsbeispiele von Getriebeturbomaschinen
10 zeigen7a ,7b und8a ,8b , wobei in7a ,7b und8a ,8b jeweils eine fünfte Ritzelwelle43 vorhanden ist. Im Ausführungsbeispiel der7a ,7b ist mit dieser fünften Ritzelwelle43 ein siebter Getriebekompressor41 drehfest verbunden, wobei in8a ,8b mit der fünften Ritzelwelle43 der siebte Getriebekompressor41 und zusätzlich ein achter Getriebekompressor44 drehfest verbunden ist. Wie7b ,7b entnommen werden kann, sind in diesen Ausführungsbeispielen die vierten Ritzelwellen39 in etwa an der 1-Uhr-Position und die fünften Ritzelwellen43 in etwa an der 11-Uhr-Position des Großrads17 angeordnet, wobei die entsprechenden Ritzel38 ,42 an diesen Positionen am Umfang des Großrads17 in dasselbe kämmen. - 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. - 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. - Bei besondere Einsatzgebieten von Getriebeturbomaschinen (nicht dargestellt) kann es auch sein, dass anstelle mindestens eines der zweiten 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. Das weitere Antriebsaggregat könnte ein Expander, ein Motor oder auch eine Gas- oder Dampfturbine sein. - 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. - Unter besonderen Umständen kann es auch möglich sein, dass das Antriebsaggregat als Gasturbine, Expander oder Motor ausgeführt ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- Getriebeturbomaschine
- 11
- Getriebe
- 12
- Antriebsaggregat/Dampfturbine
- 13
- erstes Abtriebsaggregat/Hauptkompressor
- 13a
- Hauptkompressorstufe
- 13b
- Zwischenkühler
- 14
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 14'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 15
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 15'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 16
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 16'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 17
- Großrad
- 18
- Großradwelle
- 19
- Getriebegehäuse
- 20
- Fundamenttisch
- 21
- erstes Ritzel
- 22
- erste Ritzelwelle
- 23
- zweites Ritzel
- 24
- zweite Ritzelwelle
- 25
- drittes Ritzel
- 26
- dritte Ritzelwelle
- 27
- Seite
- 28
- Seite
- 29
- Kupplung
- 30
- Kupplung
- 31
- Generator/Motor
- 32
- Kupplung
- 33
- Abströmgehäuse
- 34
- Kondenstaor
- 35
- Stütze
- 36
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 36'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 37
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 37'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 38
- viertes Ritzel
- 39
- vierte Ritzelwelle
- 40
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 40'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 41
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 41'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- 42
- fünftes Ritzel
- 43
- fünfte Ritzelwelle
- 44
- zweites Abtriebsaggregat/Getriebekompressor
- 44'
- weiteres Antriebsaggregat anstelle des zweiten Abtriebsaggregats
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2128448 A2 [0002]
Claims (24)
- 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 ) drehtfest verbunden ist. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (
12 ) als Dampfturbine ausgebildet ist, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung Dampf entspannt wird. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat (
12 ) über ein axiales Abdampfgehäuse (33 ) verfügt. - 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. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (
34 ) neben dem die Dampfturbine tragenden Fundamenttisch (20 ) auf separaten Stützen (35 ) positioniert ist. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (
13 ) mehrstufig ist. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (
13 ) als Radialkompressor ausgebildet ist. - 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. - Getriebeturbomaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkompressor (
13 ) als Axialkompressor mit mindestens einer radialen Endstufe ausgebildet ist. - Getriebekompressoren 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - Getriebeturbomaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der Gesamtleistung des Maschinenstrangs auf den Hauptkompressor entfallen.
- 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.
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