EP3775619A1 - Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere kompressor- oder pumpeneinheit - Google Patents

Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere kompressor- oder pumpeneinheit

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Publication number
EP3775619A1
EP3775619A1 EP19711302.0A EP19711302A EP3775619A1 EP 3775619 A1 EP3775619 A1 EP 3775619A1 EP 19711302 A EP19711302 A EP 19711302A EP 3775619 A1 EP3775619 A1 EP 3775619A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
wheels
compressor
unit
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19711302.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas TÄUBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP3775619A1 publication Critical patent/EP3775619A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H41/00—Rotary fluid gearing of the hydrokinetic type
    • F16H41/04—Combined pump-turbine units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/003—Having contrarotating parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/022—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a coupling allowing slip, e.g. torque converter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
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    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D19/024—Multi-stage pumps with contrarotating parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/028—Layout of fluid flow through the stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D25/022—Units comprising pumps and their driving means comprising a yielding coupling, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0686—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven specially adapted for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D31/00—Pumping liquids and elastic fluids at the same time

Definitions

  • Fluid energiemaschine unit in particular compressor or
  • the invention relates to a fluid energy machine unit, in particular a compressor unit or pump unit, in detail with the features of the preamble of claim I.
  • the fluid energy machine unit is designed in a particularly preferred application for use under water.
  • a fluid energy machine unit in the form of a compressor unit, in particular an underwater compressor unit, which converts the principle of hydraulic superimposition by the opposing drive of two compressor wheels arranged coaxially with one another in the compression of fluid, is described in WO 2014/083055 A2. With such an arrangement, thorough mixing of fluid present during operation in different phases while avoiding the disadvantages of Grenz Wegenabitesen is possible.
  • the underwater compressor unit has for this purpose two coaxially arranged compressor wheels, which are driven in opposite directions via a drive machine system, which is mechanically coupled to the individual compressor wheels.
  • the system requires two drive machines, which are designed as electric motors and the associated control systems.
  • the electric motors are arranged one above the other in the vertical direction, wherein the vertically upper electric motor with its lower end of the shaft and the vertically lower electric motor with its upper end of the shaft are each mutually coupled with paddle wheels. Between the paddle wheels, a relative speed is generated according to the addition of the rotational speeds of the electric motors.
  • frequency converter the ability to set a variety of different operating points on the compressor and to achieve better mixing in the presence of different phases of the fluid to be compressed and to avoid boundary layer detachments.
  • the invention is therefore based on the object, a fluid energy machine unit, in particular compressor or pump unit of the type mentioned in such a way that the mentioned disadvantages are avoided.
  • the fluid energy machine unit, in particular the compressor or pump unit should be designed to be as compact, simple and robust as possible and the control engineering effort to ensure optimum functionality and the provision of the equipment required for this purpose should be kept as low as possible.
  • the control engineering effort to achieve a good mixing is to be kept as low as possible. Separation of the boundary layers during flow must be avoided.
  • a fluid energy machine unit in particular a compressor or pump unit with at least one fluid machine in the form of a compressor or a pump with at least two individual impellers or sets of respective impellers coupled together (in a compressor or pump unit with at least two individual compressor or pump wheels or sets each coupled compressor or pump wheels) characterized in that only one drive machine is provided, the at least two power lines with the respective wheels or sets of wheels is connected, wherein at least one of the power strands is designed as a variable power train, ie power train with variably transferable power component.
  • a power train is understood in the broadest sense to mean any kind of connection for transmitting power between the prime mover and an impeller or set of impellers. This serves to transfer a power component to one of the wheels or set of wheels.
  • the term power train is not limited to a specific structural design but describes as a force-transmitting connection the way of power transmission.
  • a set of running wheels may in particular be understood as meaning individual running wheels connected to one another via a rotationally fixed connection or wheels mounted on a common shaft or connected thereto.
  • a set of impellers can also be understood to mean arrangements of blade rings which are arranged at a distance from one another and which are connected to one another via a common shaft.
  • the single impeller of a compressor or a pump can consist of a ring of blades, vanes, rotor blades, etc., which are attached to a shaft or connected to a shaft.
  • the solution according to the invention offers the advantage of a simple and sensitive adjustability of the hydraulic, in particular hydrodynamic superimposition on the fluid energy machine even with a simultaneously compact construction.
  • This is achieved by means of at least one variable power train, preferably a constant power train and a variable power train for the connection between drive machine and fluid machine, wherein the power components in the fluid energy machine are brought together again when acted upon by the fluid. It is only a single drive machine provide, the power over at least two power lines on the individual wheels or sets of wheels is divided. Compared to a generic version can therefore be dispensed with a further drive machine and associated frequency converter, which greatly simplifies the control engineering effort.
  • a fluid energy machine is understood in particular to mean a machine in which mechanical work is exchanged with a fluid. Depending on the design of these, the fluid energy machine transmits the work either from the outside to the fluid or withdraws energy from the fluid, which is then released to the outside as mechanical work.
  • fluid energy machines are also conceivable, which also assume different functions in different operating ranges in the presence of fluids in different states of aggregation, i. Compress gases but promote gas-liquid mixtures.
  • the solution according to the invention is preferably added
  • Fluid energy machine units application in which the fluid energy machine is present as a compressor or pump.
  • a fluid energy machine in the form of a compressor is understood in particular to mean a machine which supplies mechanical work to a fluid, in particular gas, i. be used for compressing gases. They increase the pressure and the density of the gas. In training the
  • Fluid energy machine unit as a compressor unit this comprises at least one compressor with at least two, individual wheels forming compressor wheels or sets of each coupled compressor wheels.
  • a compressor wheel has the task to compress a fluid and so lift the pressure after the wheel and to promote the fluid.
  • the at least one connection on the housing is designed as a connection for supplying a fluid other than the fluid surrounding the housing to the compressor.
  • the drive machine is connected to the respective input shafts of at least two separate compressor wheels or sets of compressor wheels coupled to one another via a respective power train, wherein a device for speed / torque conversion is provided in at least one of the power trains.
  • the compressor each comprises two compressor wheels or sets of compressor wheels, wherein each of the compressor wheels is connected via a power train to the prime mover.
  • the distribution of power can be done directly on the drive machine or at any point between the prime mover and compressor.
  • a compressor wheel Under a compressor wheel is understood in particular a rotatable about a rotation axis and one or more guide elements for fluid having component.
  • a compressor wheel has the task to compress a medium and so lift the pressure after the wheel and to promote the fluid.
  • the fluid power machine unit is designed as a pump unit, it has at least two pump wheels or sets of pump wheels coupled to each other.
  • the main function of the pump is to convey or transport incompressible fluid, i. Liquids.
  • the provision of a device for speed / torque conversion in at least one of the power trains also makes it possible to completely dispense with the use of frequency converters and, instead, to use more robust mechanical or power converters hydrodynamic systems are used for this purpose. This allows a particularly compact design of the entire fluid energy machine unit can be realized, which is also reliable, robust against environmental influences and inexpensive to produce.
  • the hydrodynamic superimposition can be realized and implemented in different ways.
  • the input shaft of one of the at least two wheels or a set of wheels is connected to a drive shaft of the prime mover to form the first power train.
  • the input shaft of another of the at least two impellers or set of the at least two sets of impellers is then connected to a drive shaft of the prime mover to form a second power train.
  • the arranged in one of these two power lines speed / torque converter is designed and arranged to drive the input shaft coupled to this power train in opposite directions to coupled to the other power train input shaft.
  • the speed / torque converter device arranged in one of these two power trains is designed and arranged to drive the input shaft coupled to this power train in the same direction as the input shaft coupled to the other power train.
  • advantageous flow conditions can be achieved for corresponding applications.
  • the prime mover with the input shafts of the wheels or the input shafts of the individual sets of wheels (impellers in the form of compressor wheels or pump wheels) connecting power strands are basically two options.
  • the transferable power component can be transmitted stepwise according to a first embodiment or continuously according to a second particularly advantageous embodiment.
  • the speed / torque converter is configured to rotate the speed and / or the torque stepwise, i. to be able to convert in predefined fixed and selectable gear ratios
  • the speed / torque conversion device is designed to be able to continuously convert the speed and / or torque. Stepless variability offers the advantage of a very sensitive ability to adjust the power components that can be transmitted via both power trains and, depending on the design of the wheels (compressor wheels or pump wheels), the resulting forces acting on the fluid.
  • the drive machine and the fluid energy machine are arranged coaxially with one another.
  • the two power lines can also be arranged coaxially or eccentrically to drive machine and fluid energy machine.
  • the prime mover and the compressor are arranged coaxially with each other.
  • the at least two wheels when formed as a compressor unit, the at least two compressor wheels or sets of mutually coupled wheels or compressor wheels are arranged coaxially with each other.
  • This design is characterized by low axial and radial dimensions and a high degree of compactness. Versions with coaxial design can be realized in different ways.
  • the first power train is designed as a mechanical through drive connection between a drive shaft of the drive machine and the input shaft of one of the at least two wheels or set of wheels, in the form of a compressor unit of the compressor wheels or .
  • Set of compressor wheels made.
  • the speed / torque converter is provided in the second power train.
  • the second power train is formed as a mechanical drive connection between the drive shaft of the prime mover with the input shaft of one of the at least two wheels or set of wheels, coupled in training as a compressor unit of the at least two compressor wheels or set of compressor wheels.
  • the second power train in particular the device for speed / torque conversion can be arranged coaxially or eccentrically to the first power train in this case.
  • the coaxial variant offers the advantage of a particularly compact fluid energy machine unit, in particular for use as an underwater compressor unit.
  • a particularly compact and robust in terms of operation construction is given in forming the device for speed / torque conversion as a hydrodynamic flow gear, in particular hydrodynamic speed / torque converter.
  • This comprises at least one impeller, a turbine wheel and a stator, which form a work space which can be filled with operating fluid with one another.
  • For variable adjustment of rotational speed or torque of the hydrodynamic speed / torque converter is designed as a variable converter, comprising at least one provided on a blade or a Schaufelradteil adjusting blade and / or an adjustable blade segment, wherein the individual adjusting blade and / or the individual adjustable blade segment on at least one of the Paddle wheels selected from the group of paddle wheels mentioned below:
  • the type and arrangement of the adjusting blades is carried out according to the application, preferably embodiments with adjusting blades or blade segments reach the stator used.
  • the design with adjusting blades offers the advantage of influencing from the outside and thus the speed control or change the delivery behavior ,
  • hydrodynamic speed / torque converter offers the advantage that it can be inserted particularly easily coaxially with the drive machine and fluid energy machine, when it is designed as a compressor unit coaxial with the compressor in the available space between them.
  • the assembly produced is characterized by a particularly high degree of compactness.
  • the input shafts of the at least two impellers or sets of impellers are arranged coaxially with each other and the impeller of the hydrodynamic speed / torque converter is connected to the connection between the input shaft of the prime mover and an input shaft of an impeller or set of impellers.
  • the turbine wheel of the hydrodynamic speed / torque converter is at least indirectly, preferably directly, coupled to the input shaft of the second impeller or set of impellers.
  • the hydrodynamic speed / torque converter there are a number of possibilities.
  • This can be designed for example as a single-stage or multi-stage converter, as a single-phase or multi-phase converter.
  • compressor units in particular underwater compressor units
  • at least one first sealing device for fluid-tight and pressure-tight sealing of the drive machine relative to the compressor is preferably provided.
  • at least one further sealing device or a further sealing system is provided in a development.
  • the sealing device is arranged directly in the region of a passage of the drive shaft, the drive machine can thus be sealed directly opposite the flow gear and the compressor. In this case, it is preferable to provide another sealing device between the flow gear and the compressor. In the simplest case, the arrangement takes place directly between the pump and turbine blade wheel or the directly coupled with these components.
  • At least one sealing device is arranged between the latter and the fluid energy machine to avoid unwanted transfer of flow medium into the fluid energy machine.
  • the sealing device between the hydrodynamic flow gear and the fluid energy machine can be arranged between impeller and turbine wheel or their coupling with the respective input shafts of the fluid energy machine or directly between the input shafts of the wheels or the sets of wheels.
  • the converter can also be operated with the liquid phase of a pumped medium.
  • the device for speed / torque conversion is designed as a hydrostatic flow transmission.
  • the advantage consists in a reduction of the mechanical components and the utilization of the hydrostatic power transmission inherent advantages.
  • the adjustment or control of the variable transferable power component via the use of controllable hydrostatic pumps and / or motors.
  • the housing accommodating the prime mover and the compressor is particularly suitable for use in underwater applications.
  • the housing can be made in one or more parts. This is either designed and dimensioned to withstand the pressure conditions in underwater applications and / or can be filled with pressure medium.
  • the housing has at least one port for coupling to a supply line for a fluid surrounding the housing with different fluid. This applies analogously to at least one connection for dispensing compressed fluid.
  • FIG. 1 shows a schematic simplified representation of a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic simplified representation of a second one
  • FIG. 3 illustrates a schematically simplified representation of a
  • FIG. 4 illustrates, in a schematically simplified representation, an embodiment of an underwater compressor unit
  • FIG. 5 shows, in a schematically simplified representation, an embodiment of an underwater compressor unit with a hydrostatic transmission as a power actuator.
  • FIG. 1 illustrates, in a simplified schematized representation, a first embodiment of a fluid energy machine unit 1 designed according to the invention, which is designed here in particular as a compressor unit for use in underwater applications as an underwater compressor unit 1.
  • This includes a fluid energy machine, in particular a compressor 2 with at least two impellers in the form of compressor wheels 3 and 4, as shown in Figure 1, or as not shown here with at least two sets of each coupled wheels, especially compressor wheels.
  • the compressor wheels 3, 4 are so-called running or paddle wheels. One set is formed by several paddle wheels.
  • the compressor wheels 3, 4 are arranged coaxially with each other and rotatably supported about a theoretical common axis of rotation R.
  • Each of the individual compressor wheels 3 and 4 comprises at least one or more blade sets. In the illustrated case, a plurality of blades arranged in series with each other are provided in each case.
  • the individual compressor wheels 3 and 4 are coupled to an engine 5 at least indirectly, forming at least two power trains L1 and L2.
  • the individual compressor wheels 3 and 4 are each characterized by compressor wheel input shafts, hereinafter briefly input shafts E3 and E4, which are at least indirectly coupled to the drive machine 5.
  • the individual input shafts E3, E4 may be formed integrally with the compressor wheels 3, 4 or may be formed by separate components connected to the compressor wheels 3, 4.
  • Drive machine 5 and compressor 2 are arranged in the interior 6 of a housing 7.
  • the housing 7 is designed such that it is suitable for use in underwater applications and the drive machine 5 and the Compressor 2 with respect to surrounding the housing 7 environment encapsulates.
  • the fluid energy machine unit not shown here, as a pump unit, in particular the so-called water injection pump unit, the fluid to be absorbed via the inlet corresponds to the fluid surrounding the water injection pump unit.
  • At least one outlet 9 for discharging fluid compressed in the compressor 2 is provided outside the housing 7. It is conceivable either to provide only such an inlet 8 or such an outlet 9 or, depending on the design of the compressor 2, several of these.
  • the compressor 2 is designed with its own housing 10, which surrounds the two compressor wheels 3 and 4.
  • the inlet 8 on the housing 7 is coupled to an inlet 11 on the compressor 2, in particular on the housing 10 of the compressor, while the outlet 9 is coupled to the housing 7 with an outlet 19 on the housing 10 of the compressor 2.
  • the respective inlet 8 or outlet 9 on the housing 7 is in each case coupled with a corresponding line connection for fluid, which is different from the fluid normally surrounding the housing 7 during underwater use.
  • the compression in the compressor 2 is effected by hydraulic superimposition during rotation of the two compressor wheels 3 and 4 with relative speed to each other.
  • the respective input shafts E3 and E4 are coupled to a drive shaft 13 of the drive machine 5.
  • the coupling takes place via two power lines L1 and L2.
  • a first power train L1 serves the direct connection between the drive machine 5 and one of the two compressor wheels, here the first compressor wheel 3.
  • the second power train L2 serves to couple the drive machine 5, in particular the Drive shaft 13, with the second compressor 4 and the input shaft E4.
  • a device for continuously variable speed / torque conversion 12 is provided in one of the power trains. This device 12 is formed in the simplest case as a hydrodynamic speed / torque converter 14.
  • the hydrodynamic speed / torque converter 14 may be single-stage or multi-stage, single-phase or multi-phase.
  • the hydrodynamic speed / torque converter 14 is designed for free adjustability of the variable transferable power component further as a variable converter. This means that either a device for influencing the power transmission behavior at the hydrodynamic speed / torque converter 14 itself can be provided or the inflow and outflow of operating medium to the working space can be controlled / regulated.
  • At least one of the paddle wheels or paddle wheel parts is preferably formed with at least one adjusting blade or an adjustable blade segment.
  • the variable converter is characterized by an adjustment of adjusting vanes 15 on the stator L. This has at least one, preferably a plurality of setting vanes 15, which are actuated via an adjusting device 16. Conceivable and indicated here only with a broken line is also the provision of adjusting devices 17 and 18 for adjusting adjusting vanes or blade segments on the impeller P and / or turbine T.
  • the hydrodynamic speed / torque converter 14 is arranged here in the outer power branch to the compressor 2 between the latter and the drive machine 5. That is, impeller P is here at least indirectly connected to the drive shaft 13 of the engine 5, while the turbine T is rotatably coupled to the second input shaft E4. Preferably, the coupling of the impeller P takes place directly with the first power train L1, which is also referred to as a constant power train, as in this no further transmission elements are provided with the possibility of a speed / torque conversion.
  • the connection between the drive machine 5, in particular the drive shaft 13, the impeller P, the turbine wheel T via the hydrodynamic coupling and the second input shaft E4 to the second compressor wheel 4 describes the second power train L2.
  • Due to the design of the hydrodynamic speed / torque converter 14 as a torque converter is in this power train L2 to a variable power train, that is, via this, the speed can be controlled at the input shaft E4 or also regulated as required.
  • the rotational speeds of the input shafts E3 and E4 with respect to the relative speed between them.
  • the pressure and volume flow ratio within the compressor 2 can be set according to the desired conditions and requirements.
  • FIG. 1 illustrates a minimal configuration of engine 13, compressor 2 and coupling of these via two power trains L1, L2, wherein a variable power actuator is provided in at least one power train. Additional modifications are conceivable.
  • the housing 7 may be constructed in one or more parts. All components - prime mover 5, compressor 2, compressor wheels 3, 4 and hydrodynamic speed / torque converter 14 are arranged coaxially with each other, wherein the arrangement of the transducer 14 in the axial direction preferably takes place between the prime mover 5 and compressor 2. Also conceivable is the arrangement, not shown here, viewed in the axial direction in the sequence of prime mover 5, compressor 2 and converter 14 with correspondingly shaped passage.
  • the drive machine 5 in the housing is surrounded by the gaseous fraction of a liquid-gas mixture and thus the losses are reduced.
  • the converter 14 is operated with the fluid to be delivered therein. In this case, no sealing devices are required to operate.
  • the interior of the housing 7 can be subdivided into different spatial regions, these spatial regions being understood as discrete arrangement regions for the respective components.
  • the drive machine is assigned a spatial region 6.1, the transducer 14 a spatial region 6.3 and the fluid energy machine 2 a spatial region 6.2.
  • a sealing device 20 is provided. This is preferably arranged directly between fluid energy machine 2 and converter 14. In this case, converter 14 and prime mover 5 run in the same environmental conditions.
  • the sealing device 20 is arranged between the housing 7 and the drive side of the converter 14, in particular the connection of the turbine wheel T with the compressor wheel 4. Drive machine 5, in particular electric motor and converter 14 are surrounded by the same medium. In this case, no further sealing device is required.
  • a sealing device 20 ' between the engine 5 and compressor 2 may be provided. This is then preferably arranged between the output shaft 13 of the engine 5 and housing 7, which is shown here by means of a broken line. The seal 20 ' is then also the delimitation of a first space area 6.1 within the interior 6 of the housing 7, which receives the drive machine 5 against the compressor pressure and fluid-tight.
  • the hydrodynamic speed / torque converter 14 may in this case with the compressor 2 in a common Interior area 6.2 may be arranged.
  • the sealing device 20 between converter 14 and fluid energy machine 2 is provided.
  • a further sealing device or a sealing system 21 between the impeller P of the hydrodynamic speed / torque converter 14 and the first input shaft E3 and the turbine wheel T or coupled to this input shaft E4 is provided.
  • the sealing devices 20 and 21 seal the compressor 2 with respect to the transducer 14 to form another interior region.
  • the compressor 2 is thus preferably pressure and liquid-tight against the remaining interior 6 of the housing 7 sealed.
  • the sealing device 20 ' is preferably provided between the housing 7 or a component connected thereto and the drive shaft 13 of the drive machine 5.
  • the second sealing device 21 may preferably be provided directly between impeller P and turbine wheel T, in particular the coupling of the pump impeller P with the input shaft E3 and the input shaft E4 and the input shafts E3 and E4.
  • Other versions are also conceivable.
  • the sealing device 20 may be provided between the housing 7 and the input shaft E4 or the housing 7 and the turbine wheel T. Avoiding a transfer of fluid between the compressor 2 in the the engine 5 and the speed / torque converter 14 receiving portions 6.1, 6.3 of the interior of the sixth
  • the compressor 2 is formed with at least one inlet 8 for fluid to be compressed and a outlet 9 for compressed fluid.
  • the compressor 2 is formed in the housing 7 of the compressor unit 1 with its own compressor housing 10.
  • the inlet 11 of the compressor housing 10 is for this purpose at least indirectly, preferably directly with an inlet 8 in the housing 7 of the compressor unit 1 for supplying a fluid, which from the the housing 7 surrounding fluid may be different connected.
  • the at least one outlet 19 from the compressor housing 10 with an outlet 9 from the housing 7 of the compressor unit 1 is at least indirectly, preferably directly coupled.
  • Inlet 8 and outlet 9 from the housing 7 are designed and arranged to be suitable to be connected to corresponding line connections / channels, etc. for the supply and / or removal of fluid.
  • FIG. 2 illustrates a further embodiment of a compressor unit designed in accordance with the invention in the form of an underwater compressor unit 1.
  • the basic structure and basic function corresponds to that described in FIG. 1, for which reason the same reference numerals are used for the same elements.
  • the design differs here only in the design of the compressor 2, in particular of the individual compressor wheels 3 and 4 themselves.
  • the compressor wheels 3 and 4 are designed such that each compressor wheel is coupled by a shaft which is coupled to the input shaft E3 or E4 or these forms, is characterized and carries one or more compressor blades.
  • the compressor blades of the compressor wheels 3 and 4 are alternating, that is arranged alternately, the compressor blades of the compressor 3 extend radially outward from the input shaft E3, while the input shaft E4 is formed as a Flohlwelle and the corresponding blading on Inner circumference carries.
  • the individual blades of the compressor wheels 3 and 4 are each arranged alternately.
  • FIG. 3 shows in a further development according to FIG. 1 a design with a set of compressor wheels 3.1, 3.2 and 4.1, 4.2, which are arranged in series with each other, wherein the individual compressor wheels 3.1, 3.2 and 4.1, 4.2 of a set are coupled together and are arranged alternately with the compressor wheels 4.1, 4.2 and 3.1, 3.2 of the other set of compressor wheels. It is crucial that the individual Compressor wheels of a set of compressor wheels are each coupled to one of the input shafts E3 and E4, respectively.
  • FIG. 4 illustrates, in a schematically simplified representation, the design of the housing 7 in functional concentration as the housing of the compressor 2 using the example of an embodiment according to FIG. 1.
  • the inlet 8 on the housing 7 simultaneously acts as an inlet into the compressor 2. This applies analogously for the outlet 9.
  • All embodiments according to FIGS. 1 to 4 are characterized by the coaxial arrangement of all components - drive machine 5, hydrodynamic speed / torque converter 14 and compressor 2. This represents a particularly advantageous embodiment, with minimal space requirement in the radial direction. All rotatable parts are characterized by a common theoretical axis of rotation R. It is also conceivable to provide additional devices between the engine and hydrodynamic speed / torque converter 14 and between the input shafts E3 and E4 of the compressor 2. However, this leads to additional space requirements. Therefore, the coaxial arrangement is preferably used.
  • FIG. 5 illustrates, in a schematically simplified representation, a further embodiment of an underwater compressor unit 1, wherein, however, the device for speed / torque conversion in the second power train L2 is designed as a hydrostatic transmission 23 comprising a hydrostatic pump 24 and a hydrostatic motor 25.
  • a hydrostatic transmission 23 comprising a hydrostatic pump 24 and a hydrostatic motor 25.
  • a coaxial arrangement in the shape as in Figure 1 is not possible.
  • either the hydrostatic pump 24 or the hydrostatic motor or else both can be controlled and / or regulated.
  • FIGS. 1 to 5 show particularly advantageous embodiments of a fluid energy machine unit as a compressor unit. Also conceivable is an embodiment as a pump unit. LIST OF REFERENCES
  • Compressor unit in particular

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschineneinheit (1) mit einer Fluidenergiemaschine (2) mit zumindest zwei einzelnen Laufrädern (3, 4) oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern; mit einer Antriebsmaschine (5), welche wenigstens mittelbar mit einer Eingangswelle (E3, E4) eines der Laufräder (3, 4) oder eines Satzes von Laufrädern gekoppelt ist; mit einem die Antriebsmaschine (5) und die Fluidenergiemaschine (2) aufnehmenden Gehäuse (7); mit zumindest einem Anschluss (11) am Gehäuse (7) zum Zuführen eines Fluides zur Fluidenergiemaschine (2). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (5) mit den jeweiligen Eingangswellen (E3, E4) von zumindest zwei separaten Laufrädern (3, 4) oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern über jeweils einen Leistungsstrang (L1, L2) verbunden ist, wobei in zumindest einem der Leistungsstränge (L1, L2) eine Einrichtung (12) zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung vorgesehen ist.

Description

Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere Kompressor- oder
Pumpeneinheit
Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere eine Kompressoreinheit oder Pumpeneinheit, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch I .Die Fluidenergiemaschineneinheit ist in besonders bevorzugter Anwendung für den Einsatz unter Wasser konzipiert.
Eine Fluidenergiemaschineneinheit in Form einer Kompressoreinheit, insbesondere einer Unterwasser-Kompressoreinheit, welche bei der Verdichtung von Fluid das Prinzip der hydraulischen Überlagerung durch den gegenläufigen Antrieb zweier koaxial zueinander angeordneter Kompressorräder umsetzt, ist in der Druckschrift WO 2014/083055 A2 beschrieben. Mit einer derartigen Anordnung ist eine gute Durchmischung von während des Betriebes in unterschiedlichen Phasen vorliegendem Fluid unter Vermeidung der Nachteile von Grenzschichtenablösungen möglich. Die Unterwasser-Kompressoreinheit weist dazu zwei koaxial angeordnete Kompressorräder auf, welche über ein Antriebsmaschinensystem, das mechanisch mit den einzelnen Kompressorrädern gekoppelt ist, gegenläufig angetrieben werden. Das System bedingt zwei Antriebsmaschinen, welche als Elektromotoren ausgebildet sind sowie die diesen zugeordneten Steuersysteme. Die Elektromotoren sind in vertikaler Richtung übereinander angeordnet, wobei der vertikal obere Elektromotor mit seinem unteren Wellenende und der vertikal untere Elektromotor mit seinem oberen Wellenende jeweils wechselseitig mit Schaufelrädern gekoppelt sind. Zwischen den Schaufelrädern wird entsprechend der Addition der Drehgeschwindigkeiten der Elektromotoren eine Relativgeschwindigkeit erzeugt. Dabei besteht durch die Ansteuerung der beiden Elektromotoren durch jeweils diesen zugeordnete Frequenzumrichter die Möglichkeit, eine Vielzahl verschiedener Betriebspunkte am Kompressor einzustellen sowie eine bessere Durchmischung bei Vorliegen unterschiedlicher Phasen des zu verdichtenden Fluides zu erzielen und Grenzschichtablösungen zu vermeiden. Das Vorsehen separater Elektromotoren sowie die Anordnung und Ansteuerung der diesen zugeordneten Frequenzumrichter hat jedoch zur Folge, dass die eigentlich gewünschte Kompaktheit der Gesamteinheit nur schwer zu erreichen ist, sowie eine freie Einsteilbarkeit der Relativdrehzahl zwischen den Kompressorrädern durch den erforderlichen Betrieb und die komplexe Ansteuerung zweier Antriebsmaschinen relativ aufwendig ist
Andere Ausbildungen mit gegenläufig rotierenden Kompressorrädern und separaten Antriebsmaschinen sind beispielsweise aus DE 1628383 bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere Kompressor- oder Pumpeneinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Die Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere Kompressor - oder Pumpeneinheit soll dabei möglichst kompakt, einfach und robust ausgeführt sein und der steuerungstechnische Aufwand zur Gewährleistung einer optimalen Funktionalität sowie das Vorsehen des dazu erforderlichen Equipments möglichst gering gehalten werden. Bei Unterwasser- Kompressoreinheiten ist dabei der steuerungstechnische Aufwand zur Erzielung einer guten Durchmischung möglichst gering zu halten. Grenzschichtablösungen bei der Durchströmung sind zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist eine Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere Kompressor - oder Pumpeneinheit mit zumindest einer Fluidmaschine in Form eines Kompressors oder einer Pumpe mit zumindest zwei einzelnen Laufrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern (bei einer Kompressor - oder Pumpeneinheit mit zumindest zwei einzelnen Kompressor- oder Pumpenrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Kompressor- oder Pumpenrädern) dadurch charakterisiert, dass lediglich eine Antriebsmaschine vorgesehen ist, die über zumindest zwei Leistungsstränge mit den jeweiligen Laufrädern bzw. Sätzen von Laufrädern verbunden ist, wobei zumindest einer der Leistungsstränge als variabler Leistungsstrang, d.h. Leistungsstrang mit variabel übertragbarem Leistungsanteil ausgeführt ist.
Unter einem Leistungsstrang wird im weitesten Sinne jegliche Art von Verbindung zum Übertragen von Leistung zwischen Antriebsmaschine und einem Laufrad oder einem Satz von Laufrädern verstanden. Dieser dient der Übertragung eines Leistungsanteils auf eines der Laufräder oder Satzes von Laufrädern. Der Begriff Leistungsstrang ist dabei nicht auf eine konkrete konstruktive Ausführung beschränkt sondern beschreibt als eine kraftübertragende Verbindung den Weg der Leistungsübertragung.
Unter einem Satz von Laufrädern können dabei insbesondere einzelne miteinander über eine drehfeste Verbindung verbundene Laufräder bzw. auf einer gemeinsamen Welle gelagerte oder über diese verbundene Laufräder verstanden werden. Ebenso kann ein Satz von Laufrädern auch von beabstandet zueinander angeordneten Anordnungen von Schaufelkränzen verstanden werden, die über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind.
Das einzelne Laufrad eines Kompressors oder einer Pumpe kann dabei aus einem Kranz von Schaufeln, Flügeln, Rotorblättern etc. bestehen, die an einer Welle befestigt sind bzw. mit einer Welle verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer einfachen und feinfühligen Einsteilbarkeit der hydraulischen, insbesondere hydrodynamischen Überlagerung an der Fluidenergiemaschine selbst bei gleichzeitig kompakter Bauweise. Dies wird durch zumindest einen variablen Leistungsstrang, vorzugsweise einen konstanten Leistungsstrang und einen variablen Leistungsstrang zur Verbindung zwischen Antriebsmaschine und Fluidmaschine erzielt, wobei die Leistungsanteile in der Fluidenergiemaschine bei Einwirkung auf das Fluid wieder zusammengeführt werden. Es ist dabei nur noch eine einzige Antriebsmaschine vorzusehen, deren Leistung über wenigstens zwei Leistungsstränge auf die einzelnen Laufräder oder Sätze von Laufrädern aufgeteilt wird. Gegenüber einer gattungsgemäßen Ausführung kann daher auf eine weitere Antriebsmaschine sowie zugehörige Frequenzumrichter verzichtet werden, was den steuerungstechnischen Aufwand erheblich vereinfacht.
Als Fluide sind Gase, Flüssigkeiten oder Gas-Flüssigkeitsgemische denkbar.
Unter einer Fluidenergiemaschine wird insbesondere eine Maschine verstanden, in der mechanische Arbeit mit einem Fluid ausgetauscht wird. Je nach Ausführung dieser übertragt die Fluidenergiemaschine die Arbeit also entweder von außen auf das Fluid oder entzieht dem Fluid Energie, die dann nach außen als mechanische Arbeit abgegeben wird. Dabei sind auch Fluidenergiemaschinen denkbar, die in verschiedenen Betriebsbereichen bei Vorliegen von Fluiden in unterschiedlichen Aggregatszuständen auch unterschiedliche Funktionen übernehmen, d.h. Gase verdichten, Gas-Flüssigkeitsgemische jedoch fördern.
Die erfindungsgemäße Lösung findet dabei vorzugsweise bei
Fluidenergiemaschineneinheiten Anwendung bei welchen die Fluidenergiemaschine als Kompressor oder Pumpe vorliegt.
Unter einer Fluidenergiemaschine in Form eines Kompressors wird insbesondere eine Maschine verstanden, welche einem Fluid, insbesondere Gas mechanische Arbeit zuführt, d.h. zum Komprimieren von Gasen verwendet werden. Sie erhöhen den Druck und die Dichte des Gases. Bei Ausbildung der
Fluidenergiemaschineneinheit als Kompressoreinheit umfasst diese zumindest einen Kompressor mit zumindest zwei, einzelne Laufräder ausbildenden Kompressorrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Kompressorrädern. Ein Kompressorrad hat dabei zur Aufgabe ein Fluid zu komprimieren und so den Druck nach dem Rad anzuheben und das Fluid zu fördern. Bei Ausbildung der Fluidenergiemaschineneinheit als Kompressoreinheit, insbesondere für den Einsatz in Unterwasseranwendungen ist der zumindest eine Anschluss am Gehäuse als Anschluss zum Zuführen eines vom das Gehäuse umgebenden Fluid verschiedenen Fluides zum Kompressor ausgebildet. Derartige Ausführungen finden vor Allem Anwendung im Unterwasserbereich.
Bei Ausbildung der Fluidenergiemaschineneinheit als Kompressoreinheit ist die Antriebsmaschine mit den jeweiligen Eingangswellen von zumindest zwei separaten Kompressorrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Kompressorrädern über jeweils einen Leistungsstrang verbunden, wobei in zumindest einem der Leistungsstränge eine Einrichtung zur Drehzahl- /Drehmomentwandlung vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst der Kompressor jeweils zwei Kompressorräder bzw. Sätze von Kompressorrädern, wobei jedes der Kompressorräder über einen Leistungsstrang mit der Antriebsmaschine verbunden ist. Dabei kann die Aufteilung der Leistung unmittelbar an der Antriebsmaschine oder aber auch an beliebiger Stelle zwischen Antriebsmaschine und Kompressor erfolgen.
Unter einem Kompressorrad wird insbesondere ein um eine Drehachse rotierbares und ein- oder mehrere Leitelemente für Fluid aufweisendes Bauteil verstanden. Ein Kompressorrad hat zur Aufgabe ein Medium zu komprimieren und so den Druck nach dem Rad anzuheben und das Fluid zu fördern.
Ist die Fluidenergiemaschineneinheit als Pumpeneinheit ausgebildet, weist diese zumindest zwei Pumpenräder oder Sätze von jeweils miteinander gekoppelten Pumpenrädern auf. Hauptfunktion der Pumpe ist das Fördern bzw. Transportieren von inkompressiblen Fluid, d.h. Flüssigkeiten.
Bei Ausführung der Antriebsmaschine als Elektromotor kann durch das Vorsehen einer Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung in zumindest einem der Leistungsstränge auch vollständig auf den Einsatz von Frequenzumrichtern verzichtet werden und anstatt dessen auf robustere mechanische oder hydrodynamische Systeme für diesen Zweck zurückgegriffen werden. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauweise der gesamten Fluidenergiemaschineneinheit realisiert werden, welche zudem zuverlässig, robust gegenüber Umgebungseinflüssen und kostengünstig herstellbar ist.
Die hydrodynamische Überlagerung kann je nach Ausführung der Fluidenergiemaschine auf unterschiedliche Art und Weise realisiert und umgesetzt werden.
Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung ist die Eingangswelle eines der zumindest zwei Laufräder oder eines Satzes von Laufrädern mit einer Antriebswelle der Antriebsmaschine unter Ausbildung des ersten Leistungsstranges verbunden. Die Eingangswelle eines anderen der zumindest zwei Laufräder oder Satzes der zumindest zwei Sätze von Laufrädern ist dann mit einer Antriebswelle der Antriebsmaschine unter Ausbildung eines zweiten Leistungsstranges verbunden. Die in einem dieser beiden Leistungsstränge angeordnete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung ist dazu derart ausgebildet und angeordnet, die mit diesem Leistungsstrang gekoppelte Eingangswelle gegenläufig zur mit dem anderen Leistungsstrang gekoppelten Eingangswelle anzutreiben. Diese Ausführung erlaubt besonders hohe Relativgeschwindigkeiten. Insbesondere bei Ausbildung der Fluidenergiemaschine als Kompressor erlaubt diese besonders hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kompressorrädern und dadurch entsprechende Strömungsverhältnisse zur optimalen Förderung des Fluides.
Gemäß einer zweiten Ausführung ist die in einem dieser beiden Leistungsstränge angeordnete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, die mit diesem Leistungsstrang gekoppelte Eingangswelle gleichläufig zur mit dem anderen Leistungsstrang gekoppelten Eingangswelle anzutreiben. Auch hier sind für entsprechende Anwendungen vorteilhafte Strömungsverhältnisse erzielbar. Bezüglich der Realisierung der Variabilität des übertragbaren Leistungsanteils in einem der beiden, die Antriebsmaschine mit den Eingangswellen der Laufräder oder den Eingangswellen der einzelnen Sätze von Laufrädern (Laufräder in Form von Kompressorrädern oder Pumpenrädern) verbindenden Leistungsstränge bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Der übertragbare Leistungsanteil kann gemäß einer ersten Ausbildung stufenweise oder gemäß einer zweiten besonders vorteilhaften Ausbildung stufenlos übertragen werden.
Im erstgenannten Fall ist die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung derart ausgebildet, die Drehzahl und/oder das Drehmoment stufenweise, d.h. in vordefinierten festen und wählbaren Übersetzungsstufen wandeln zu können, während im zweiten Fall die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung derart ausgebildet ist, die Drehzahl und/oder das Drehmoment stufenlos wandeln zu können. Die stufenlose Wandelbarkeit bietet den Vorteil einer sehr feinfühligen Einsteilbarkeit der über beide Leistungsstränge übertragbaren Leistungsanteile und je nach Auslegung der Laufräder (Kompressorräder oder Pumpenräder) der auf das Fluid einwirkenden resultierenden Kräfte.
In einer besonders vorteilhaften Bauform der Fluidenergiemaschineneinheit sind die Antriebsmaschine und die Fluidenergiemaschine koaxial zueinander angeordnet. Dabei können die beiden Leistungsstränge ebenfalls koaxial oder aber exzentrisch zu Antriebsmaschine und Fluidenergiemaschine angeordnet werden. Bei einer vorteilhaften Anwendung der Fluidenergiemaschineneinheit als Unterwasser-Kompressoreinheit sind die Antriebsmaschine und der Kompressor koaxial zueinander angeordnet.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind die zumindest zwei Laufräder, bei Ausbildung als Kompressoreinheit die zumindest zwei Kompressorräder oder Sätze von miteinander gekoppelten Laufrädern bzw. Kompressorrädern koaxial zueinander angeordnet. Diese Bauweise ist durch geringe axiale und radiale Abmessungen sowie einen hohen Grad an Kompaktheit charakterisiert. Ausführungen mit koaxialer Bauweise sind auf unterschiedliche Art und Weise realisierbar.
In einer vorteilhaften Ausbildung, die auch mit den vorgenannten Ausbildungen kombinierbar ist, ist der erste Leistungsstrang von einer als mechanischer Durchtrieb ausgebildeten Verbindung zwischen einer Antriebswelle der Antriebsmaschine mit der Eingangswelle eines der zumindest zwei Laufräder oder Satzes von Laufrädern, bei Ausbildung als Kompressoreinheit der Kompressorräder bzw. Satzes von Kompressorrädern gebildet. Im zweiten leistungsstrang ist dann die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung vorgesehen. Der zweite Leistungsstrang ist die als mechanischer Durchtrieb ausgebildete Verbindung zwischen Antriebswelle der Antriebsmaschine mit der Eingangswelle eines der zumindest zwei Laufräder oder Satzes von Laufrädern, bei Ausbildung als Kompressoreinheit eines der zumindest zwei Kompressorräder oder Satzes von Kompressorrädern gekoppelt.
Der zweite Leistungsstrang, insbesondere die Einrichtung zur Drehzahl- /Drehmomentwandlung kann in diesem Fall koaxial oder exzentrisch zum ersten Leistungsstrang angeordnet sein. Dabei bietet die koaxiale Variante den Vorteil einer besonders kompakt aufgebauten Fluidenergiemaschineneinheit, insbesondere für den Einsatz als Unterwasser-Kompressoreinheit.
Eine besonders kompakte und hinsichtlich der Betätigung robuste Bauweise ist bei Ausbildung der Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung als hydrodynamisches Strömungsgetriebe, insbesondere hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler gegeben. Dieser umfasst zumindest ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad, die einen mit Betriebsfluid befüllbaren Arbeitsraum miteinander bilden. Zur variablen Einstellung von Drehzahl oder Drehmoment ist der hydrodynamische Drehzahl- /Drehmomentwandler als Stellwandler ausgebildet, umfassend zumindest eine an einem Schaufelrad oder einem Schaufelradteil vorgesehene Verstellschaufel und/oder ein verstellbares Schaufelsegment, wobei die einzelne Verstellschaufel und/oder das einzelne verstellbare Schaufelsegment an zumindest einem der Schaufelräder, ausgewählt aus der Gruppe nachfolgend genannter Schaufelräder angeordnet ist:
- Pumpenrad
- Turbinenrad
- Leitrad.
Die Art und Anordnung der Stellschaufeln erfolgt entsprechend des Einsatzfalles, wobei vorzugsweise Ausführungen mit Stellschaufeln oder Schaufelsegmenten am Leitrad zum Einsatz gelangen. Gegenüber einem Wandler mit stationären, nicht verstellbaren Schaufeln, bei welchem sich im Betrieb selbstständig ein Betriebspunkt (Drehmoment/Drehzahlpunkt) gemäß der Charakteristik des Wandlers einstellen würde, bietet die Ausbildung mit Stellschaufeln den Vorteil einer Einflussnahme von außen und damit die Drehzahlregelung oder Änderung des Förderverhaltens.
Die Verwendung eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers bietet den Vorteil, dass dieser besonders einfach koaxial zu Antriebsmaschine und Fluidenergiemaschine, bei Ausführung als Kompressoreinheit koaxial zum Kompressor in den zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen diesen eingefügt werden kann. Die dabei erzeugte Baueinheit ist durch einen besonders hohen Grad an Kompaktheit charakterisiert. In diesem Fall sind die Eingangswellen der zumindest zwei Laufräder oder Sätze von Laufrädern koaxial zueinander angeordnet und das Pumpenrad des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers mit der Verbindung zwischen Antriebswelle der Antriebsmaschine und einer Eingangswelle eines Laufrades oder Satzes von Laufrädern verbunden. Das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers ist wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt, mit der Eingangswelle des zweiten Laufrades oder Satzes von Laufrädern gekoppelt.
Bezüglich der Ausbildung des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dieser kann beispielsweise als einstufiger oder mehrstufiger Wandler, als einphasiger oder mehrphasiger Wandler ausgebildet sein. Vorzugsweise ist bei Kompressoreinheiten, insbesondere Unterwasser- Kompressoreinheiten zumindest eine erste Dichteinrichtung zum fluid- und druckdichten Abdichten der Antriebsmaschine gegenüber dem Kompressor vorgesehen. In Abhängigkeit der Anordnung der ersten Dichteinrichtung bzw. eines ersten Dichtsystems zur druck- und fluiddichten Abdichtung und Isolierung zwischen Antriebsmaschine und Kompressor ist in einer Weiterbildung zumindest eine weitere Dichteinrichtung bzw. ein weiteres Dichtsystem vorgesehen.
Bezüglich der Ausbildung des die Antriebsmaschine und den Kompressor aufnehmenden Gehäuses besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Wird die Dichteinrichtung unmittelbar im Bereich einer Durchführung der Antriebswelle angeordnet, kann somit die Antriebsmaschine unmittelbar gegenüber dem Strömungsgetriebe und dem Kompressor abgedichtet sein. In diesem Fall ist vorzugsweise eine weitere Dichteinrichtung zwischen dem Strömungsgetriebe und dem Kompressor vorzusehen. Im einfachsten Fall erfolgt die Anordnung direkt zwischen Pumpen- und Turbinenschaufelrad bzw. den mit diesen direkt gekoppelten Bauteilen.
Bei Ausbildung der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung als hydrodynamisches Strömungsgetriebe ist zur Vermeidung von ungewünschtem Übertritt von Strömungsmedium in die Fluidenergiemaschine zwischen diesem und der Fluidenergiemaschine zumindest eine Dichteinrichtung angeordnet. Die Dichteinrichtung zwischen hydrodynamischem Strömungsgetriebe und Fluidenergiemaschine kann dabei zwischen Pumpenrad- und Turbinenrad bzw. deren Kopplung mit den jeweiligen Eingangswellen der Fluidenergiemaschine angeordnet sein oder aber direkt zwischen den Eingangswellen der Laufräder bzw. der Sätze von Laufrädern.
Alternativ kann der Wandler jedoch auch mit der flüssigen Phase eines Fördermediums betrieben werden. In einer alternativen zweiten Ausbildung ist die Einrichtung zur Drehzahl- /Drehmomentwandlung als hydrostatisches Strömungsgetriebe ausgebildet.
Der Vorteil besteht dabei in einer Reduzierung der mechanischen Bauteile und der Ausnutzung der der hydrostatischen Leistungsübertragung inhärenten Vorteile. Die Einstellung bzw. Steuerung des variabel übertragbaren Leistungsanteils erfolgt über die Verwendung regelbarer hydrostatischer Pumpen und/oder Motoren.
Das die Antriebsmaschine und den Kompressor aufnehmende Gehäuse ist insbesondere für den Einsatz in Unterwasseranwendungen geeignet ausgebildet. Das Gehäuse kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Dieses ist entweder derart ausgelegt und dimensioniert, den Druckverhältnissen im Unterwasseranwendungsbereich standzuhalten und/oder ist mit Druckmittel befüllbar. Das Gehäuse weist zumindest einen Anschluss zur Kopplung mit einer Versorgungsleitung für ein, von dem das Gehäuse umgebenden Fluid verschiedenen Fluid auf. Dies gilt in Analogie für zumindest einen Anschluss zum Ausgeben von verdichtetem Fluid.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine erste
Ausführung einer Fluidenergiemaschineneinheit in Form einer Unterwasser-Kompressoreinheit;
Figur 2 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine zweite
Ausführung einer Unterwasser-Kompressoreinheit;
Figur 3 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine
Weiterbildung einer Ausführung gemäß Figur 1 mit jeweils einem Satz erster und zweiter Kompressorräder;
Figur 4 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Ausführung einer Unterwasser-Kompressoreinheit mit
Ausbildung des Kompressorgehäuses vom Gehäuse der Unterwasser- Kompressoreinheit; Figur 5 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Ausführung einer Unterwasser-Kompressoreinheit mit einem hydrostatischen Getriebe als Leistungsstellglied.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine erste Ausführung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fluidenergiemaschineneinheit 1 , die hier insbesondere als Kompressoreinheit für den Einsatz in Unterwasser- Anwendungen als Unterwasser-Kompressoreinheit 1 ausgebildet ist. Diese umfasst eine Fluidenergiemaschine, insbesondere einen Kompressor 2 mit zumindest zwei Laufrädern in Form von Kompressorrädern 3 und 4, wie in der Figur 1 dargestellt, oder aber wie hier nicht dargestellt mit zumindest zwei Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern, insbesondere Kompressorrädern. Bei den Kompressorrädern 3, 4 handelt es sich um sogenannte Lauf- bzw. Schaufelräder. Ein Satz wird dabei von mehreren Schaufelrädern gebildet. Die Kompressorräder 3, 4 sind koaxial zueinander angeordnet und drehbar um eine theoretische gemeinsame Drehachse R gelagert. Jedes der einzelnen Kompressorräder 3 bzw. 4 umfasst zumindest einen oder mehrere Schaufelsätze. Im dargestellten Fall sind jeweils mehrere in Reihe zueinander angeordnete Schaufeln vorgesehen.
Die einzelnen Kompressorräder 3 und 4 sind mit einer Antriebsmaschine 5 wenigstens mittelbar unter Ausbildung zumindest zweier Leistungsstränge L1 und L2 gekoppelt. Dazu sind die einzelnen Kompressorräder 3 und 4 jeweils durch Kompressorrad-Eingangswellen, nachfolgend kurz Eingangswellen E3 und E4 charakterisiert, die wenigstens mittelbar mit der Antriebsmaschine 5 gekoppelt sind. Die einzelnen Eingangswellen E3, E4 können integral mit den Kompressorrädern 3, 4 ausgebildet sein oder werden von separaten Komponenten gebildet, die mit den Kompressorrädern 3, 4 verbunden sind.
Antriebsmaschine 5 und Kompressor 2 sind im Innenraum 6 eines Gehäuses 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 ist derart ausgebildet, dass dieses für den Einsatz in Unterwasseranwendungen geeignet ist und die Antriebsmaschine 5 und den Kompressor 2 gegenüber der das Gehäuse 7 umgebenden Umgebung kapselt. Die Verbindung nach außen erfolgt über zumindest einen Einlass 8 zum Zuführen eines Fluides zum Kompressor 2, wobei das Fluid von dem beim Unterwassereinsatz das Gehäuse 7 umgebenden Fluid verschieden ist. Bei der hier nicht dargestellten Ausführung der Fluidenergiemaschineneinheit als Pumpeinheit, insbesondere sogenannten Water-Injection-Pumpeinheit entspricht das über den Einlass aufzunehmende Fluid dem die Water-Injection-Pumpeinheit umgebenden Fluid.
Ferner ist bei der dargestellten Unterwasser-Kompressoreinheit 1 zumindest ein Auslass 9 zum Abführen von im Kompressor 2 verdichteten Fluid nach außerhalb des Gehäuses 7 vorgesehen. Dabei ist es denkbar, entweder jeweils nur einen derartigen Einlass 8 bzw. einen derartigen Auslass 9 vorzusehen oder aber je nach Ausbildung des Kompressors 2 auch mehrere dieser. Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführung ist der Kompressor 2 mit einem eigenen Gehäuse 10 ausgeführt, welches die beiden Kompressorräder 3 und 4 umschließt. Der Einlass 8 am Gehäuse 7 ist mit einem Einlass 11 am Kompressor 2, insbesondere am Gehäuse 10 des Kompressors, gekoppelt, während der Auslass 9 am Gehäuse 7 mit einem Auslass 19 am Gehäuse 10 des Kompressors 2 gekoppelt ist. Der jeweilige Einlass 8 bzw. Auslass 9 am Gehäuse 7 ist dabei jeweils mit einer entsprechenden Leitungsverbindung für Fluid, welches von dem das Gehäuse 7 normalerweise beim Unterwassereinsatz umgebenden Fluid verschieden ist, koppelbar.
Die Verdichtung im Kompressor 2 erfolgt durch hydraulische Überlagerung bei Rotation der beiden Kompressorräder 3 und 4 mit Relativgeschwindigkeit zueinander. Dazu sind die jeweiligen Eingangswellen E3 und E4 mit einer Antriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 gekoppelt. Die Kopplung erfolgt über zwei Leistungsstränge L1 und L2. Ein erster Leistungsstrang L1 dient dabei der direkten Verbindung zwischen der Antriebsmaschine 5 und einem der beiden Kompressorräder, hier dem ersten Kompressorrad 3. Der zweite Leistungsstrang L2 dient der Kopplung der Antriebsmaschine 5, insbesondere der Antriebswelle 13, mit dem zweiten Kompressorrad 4 bzw. der Eingangswelle E4. In einem der Leistungsstränge, hier beispielhaft dem zweiten Leistungsstrang L2, ist eine Einrichtung zur stufenlosen Drehzahl-/Drehmomentwandlung 12 vorgesehen. Diese Einrichtung 12 ist im einfachsten Fall als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 ausgebildet. Dieser umfasst zumindest ein Pumpenrad P, ein Turbinenrad T und zumindest ein Leitrad L als Reaktionsglied zwischen Pumpenrad P und Turbinenrad T. Je nach Ausführung kann der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 einstufig oder mehrstufig, einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein. Der hydrodynamische Drehzahl- /Drehmomentwandler 14 ist zur freien Einsteilbarkeit des variabel übertragbaren Leistungsanteils des Weiteren als Stellwandler ausgeführt. Dies bedeutet, dass entweder eine Einrichtung zur Beeinflussung des Leistungsübertragungsverhaltens am hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandler 14 selbst vorgesehen sein kann oder der Zu- und Ablauf von Betriebsmedium zum Arbeitsraum steuerbar/regelbar ist.
Bei Ausbildung als Stellwandler ist vorzugsweise zumindest eines der Schaufelräder oder Schaufelradteile mit wenigstens einer Stellschaufel oder einem verstellbaren Schaufelsegment ausgebildet. Im dargestellten Fall ist der Stellwandler durch eine Verstellung von Stellschaufeln 15 am Leitrad L charakterisiert. Dieses weist zumindest eine, vorzugsweise mehrere Stellschaufeln 15 auf, die über eine Stelleinrichtung 16 betätigbar sind. Denkbar und hier nur mit unterbrochener Linie angedeutet ist auch das Vorsehen von Stelleinrichtungen 17 bzw. 18 zur Verstellung von Stellschaufeln oder Schaufelsegmenten am Pumpenrad P und/oder Turbinenrad T.
Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 ist hier in äußerer Leistungsverzweigung zum Kompressor 2 zwischen diesem und der Antriebsmaschine 5 angeordnet. Das heißt, dass Pumpenrad P ist hier mit der Antriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 wenigstens mittelbar verbunden, während das Turbinenrad T mit der zweiten Eingangswelle E4 drehfest gekoppelt ist. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung des Pumpenrades P direkt mit der drehfesten Verbindung zwischen Antriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 und dem ersten Kompressorrad 3. Die Verbindung zwischen Antriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 und erster Eingangswelle E3 bzw. dem ersten Kompressorrad 3 beschreibt dabei den ersten Leistungsstrang L1 , welcher auch als konstanter Leistungsstrang bezeichnet wird, da in diesem keine weiteren Übertragungsglieder mit der Möglichkeit einer Drehzahl-/Drehmomentwandlung vorgesehen sind. Die Verbindung zwischen der Antriebsmaschine 5, insbesondere der Antriebswelle 13, dem Pumpenrad P, dem Turbinenrad T über die hydrodynamische Kopplung sowie der zweiten Eingangswelle E4 zum zweiten Kompressorrad 4 beschreibt den zweiten Leistungsstrang L2. Aufgrund der Ausbildung des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 14 als Stellwandler handelt es sich bei diesem Leistungsstrang L2 um einen variablen Leistungsstrang, das heißt, über diesen kann die Drehzahl an der Eingangswelle E4 gesteuert bzw. je nach Anforderung auch geregelt werden. Über diese Art der Leistungsaufteilung besteht die Möglichkeit, die Drehzahlen der Eingangswellen E3 und E4 hinsichtlich der Relativdrehzahl zwischen diesen einzustellen. Durch die Einstellung der Relativdrehzahl ist wiederum das Druck- und Volumenstromverhältnis innerhalb des Kompressors 2 entsprechend den gewünschten Gegebenheiten und Anforderungen einstellbar.
Die Figur 1 verdeutlicht dabei eine Minimalkonfiguration aus Antriebsmaschine 13, Kompressor 2 und Kopplung dieser über zwei Leistungsstränge L1 , L2, wobei in zumindest einem Leistungsstrang ein variables Leistungsstellglied vorgesehen ist. Zusätzliche Modifikationen sind denkbar. Das Gehäuse 7 kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Alle Komponenten - Antriebsmaschine 5, Kompressor 2, Kompressorräder 3, 4 sowie hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die Anordnung des Wandlers 14 in axialer Richtung betrachtet vorzugsweise zwischen Antriebsmaschine 5 und Kompressor 2 erfolgt. Denkbar ist auch die hier nicht dargestellte Anordnung in axialer Richtung betrachtet in der Abfolge Antriebsmaschine 5, Kompressor 2 und Wandler 14 bei entsprechend gestalteter Durchführung. Es besteht die Möglichkeit, dass insbesondere bei Unterwasseranwendungen die Antriebsmaschine 5 im Gehäuse vom gasförmigen Anteil eines Füssigkeits-Gas- Gemisches umgeben wird und dadurch die Verluste reduziert werden. In vorteilhafter Weiterbildung wird auch der Wandler 14 mit dem zu fördernden Fluid darin betrieben. In diesem Fall sind keine Dichteinrichtungen erforderlich betreiben.
Der Innenraum des Gehäuses 7 kann je nach Aufnahmebereich für die Antriebsmaschine 5, den Wandler 14 und die Fluidenergiemaschine 2 in unterschiedliche Raumbereiche unterteilt werden, wobei diese Raumbereiche als nicht voneinander abgegrenzte Anordnungsbereiche für die jeweiligen Komponenten verstanden werden. Der Antriebsmaschine ist ein Raumbereich 6.1 zugeordnet, dem Wandler 14 ein Raumbereich 6.3 und der Fluidenergiemaschine 2 ein Raumbereich 6.2. Ist es gewünscht, ein Übertreten von Fluid vom Kompressor 2 zum restlichen Innenraumbereich 6.1 zu vermeiden, ist eine Dichteinrichtung 20 vorgesehen. Diese ist vorzugsweise direkt zwischen Fluidenergiemaschine 2 und Wandler 14 angeordnet. In diesem Fall laufen Wandler 14 und Antriebsmaschine 5 in gleichen Umgebungsbedingungen. Die Dichteinrichtung 20 ist dazu zwischen Gehäuse 7 und der Antriebsseite des Wandlers 14, insbesondere der Verbindung des Turbinenrades T mit dem Kompressorrad 4 angeordnet. Antriebsmaschine 5, insbesondere Elektromotor und Wandler 14 werden mit dem gleichen Medium umgeben. In diesem Fall ist keine weitere Dichteinrichtung erforderlich.
Zusätzlich kann optional eine Dichteinrichtung 20' zwischen Antriebsmaschine 5 und Kompressor 2 vorgesehen sein. Diese ist dann vorzugsweise zwischen Abtriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 und Gehäuse 7 angeordnet, was hier mittels unterbrochener Linie dargestellt ist. Die Dichtung 20' dient dann auch der Abgrenzung eines ersten Raumbereiches 6.1 innerhalb des Innenraumes 6 des Gehäuses 7, welches die Antriebsmaschine 5 gegenüber dem Kompressor druck- und fluiddicht aufnimmt. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 kann in diesem Fall mit dem Kompressor 2 in einem gemeinsamen Innenraumbereich 6.2 angeordnet sein. Vorzugsweise wird jedoch auch die Dichteinrichtung 20 zwischen Wandler 14 und Fluidenergiemaschine 2 vorgesehen. Auch ist eine weitere Dichteinrichtung bzw. ein Dichtsystem 21 zwischen dem Pumpenrad P des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers 14 bzw. der ersten Eingangswelle E3 und dem Turbinenrad T bzw. der mit diesem gekoppelten Eingangswelle E4 vorgesehen. Die Dichteinrichtungen 20 und 21 dichten den Kompressor 2 gegenüber dem Wandler 14 unter Ausbildung eines weiteren Innenraumbereiches ab. Der Kompressor 2 ist damit vorzugsweise druck- und flüssigkeitsdicht gegenüber dem übrigen Innenraum 6 des Gehäuses 7 abgedichtet.
Bezüglich der Anordnung der Dichteinrichtungen 20', 20, 21 selbst besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Die Dichteinrichtung 20' ist dabei vorzugsweise zwischen dem Gehäuse 7 oder einem mit diesem verbundenen Bauteil und der Antriebswelle 13 der Antriebsmaschine 5 vorgesehen. Die zweite Dichteinrichtung 21 kann vorzugsweise direkt zwischen Pumpenrad P und Turbinenrad T, insbesondere der Kopplung des Pumpenrades P mit der Eingangswelle E3 und der Eingangswelle E4 bzw. den Eingangswellen E3 und E4 vorgesehen sein. Andere Ausführungen sind ebenfalls denkbar.
Die Dichteinrichtung 20 kann zwischen Gehäuse 7 und Eingangswelle E4 bzw. Gehäuse 7 und Turbinenrad T vorgesehen sein. Vermieden werden soll ein Übertritt von Fluid zwischen dem Kompressor 2 in den die Antriebsmaschine 5 und den Drehzahl-/Drehmomentwandler 14 aufnehmenden Teilbereichen 6.1 , 6.3 des Innenraumes 6.
Der Kompressor 2 ist mit zumindest einem Einlass 8 für zu verdichtendes Fluid und einem Auslass 9 für verdichtetes Fluid ausgebildet. Im dargestellten Fall ist der Kompressor 2 im Gehäuse 7 der Kompressoreinheit 1 mit einem eigenen Kompressorgehäuse 10 ausgebildet. Der Einlass 11 des Kompressorgehäuses 10 ist dazu wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt mit einem Einlass 8 in das Gehäuse 7 der Kompressoreinheit 1 zum Zuführen eines Fluides, welches vom das Gehäuse 7 umgebenden Fluid verschieden sein kann, verbunden. In Analogie ist der zumindest eine Auslass 19 aus dem Kompressorgehäuse 10 mit einem Auslass 9 aus dem Gehäuse 7 der Kompressoreinheit 1 wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt gekoppelt. Einlass 8 und Auslass 9 aus dem Gehäuse 7 sind derart ausgeführt und angeordnet, geeignet zu sein mit entsprechenden Leitungsverbindungen/Kanälen etc. für die Zu- und/oder Abfuhr von Fluid verbunden zu werden.
Gegenüber der Figur 1 verdeutlicht die Figur 2 eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Kompressoreinheit in Form einer Unterwasser- Kompressoreinheit 1. Der Grundaufbau und die Grundfunktion entspricht der in der Figur 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Ausführung unterscheidet sich hier lediglich in der Ausbildung des Kompressors 2, insbesondere der einzelnen Kompressorräder 3 und 4 selbst. Die Kompressorräder 3 und 4 sind derart ausgebildet, dass jedes Kompressorrad durch eine Welle, die mit der Eingangswelle E3 bzw. E4 gekoppelt ist oder diese bildet, charakterisiert ist und ein oder mehrere Kompressorschaufeln trägt. Dabei sind die Kompressorschaufeln der beiden Kompressorräder 3 und 4 alternierend, das heißt im Wechsel zueinander angeordnet, wobei die Kompressorschaufeln des Kompressorrades 3 sich in radialer Richtung nach außen von der Eingangswelle E3 erstrecken, während die Eingangswelle E4 als Flohlwelle ausgebildet ist und die entsprechende Beschaufelung am Innenumfang trägt. In axialer Richtung in Einbaulage betrachtet sind dabei die einzelnen Schaufeln der Kompressorräder 3 und 4 jeweils wechselweise angeordnet.
Die Figur 3 zeigt in einer Weiterbildung gemäß Figur 1 eine Ausbildung mit einem Satz von Kompressorrädern 3.1 , 3.2 und 4.1 , 4.2, die in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Kompressorräder 3.1 , 3.2 bzw. 4.1 , 4.2 eines Satzes miteinander gekoppelt sind und alternierend mit den Kompressorrädern 4.1 , 4.2 bzw. 3.1 , 3.2 des jeweils anderen Satzes von Kompressorrädern angeordnet sind. Entscheidend ist, dass die einzelnen Kompressorräder eines Satzes von Kompressorrädern jeweils mit einer der Eingangswellen E3 bzw. E4 gekoppelt sind.
Die Figur 4 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung die Ausbildung des Gehäuses 7 in Funktionskonzentration als Gehäuse des Kompressors 2 am Beispiel einer Ausbildung gemäß Figur 1. In diesem Fall fungiert der Einlass 8 am Gehäuse 7 gleichzeitig als Einlass in den Kompressor 2. Dies gilt in Analogie für den Auslass 9.
Alle Ausführungen gemäß den Figuren 1 bis 4 sind durch die koaxiale Anordnung aller Komponenten - Antriebsmaschine 5, hydrodynamische Drehzahl- /Drehmomentwandler 14 sowie Kompressor 2 - charakterisiert. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Ausbildung dar, mit minimalem Bauraumbedarf in radialer Richtung. Alle drehbaren Teile sind durch eine gemeinsame theoretische Drehachse R charakterisiert. Denkbar ist es auch, zusätzliche Einrichtungen zwischen Antriebsmaschine und hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandler 14 sowie zwischen den Eingangswellen E3 und E4 des Kompressors 2 vorzusehen. Dies führt jedoch zu zusätzlichem Bauraumbedarf. Daher wird vorzugsweise auf die koaxiale Anordnung zurückgegriffen.
Die Figur 5 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine weitere Ausgestaltung einer Unterwasser-Kompressoreinheit 1 , wobei jedoch die Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung im zweiten Leistungsstrang L2 als hydrostatisches Getriebe 23, umfassend eine hydrostatische Pumpe 24 und einen hydrostatischen Motor 25, ausgebildet ist. Bei dieser ist eine koaxiale Anordnung in der Form wie in Figur 1 nicht möglich. Bei dieser Ausbildung mit hydrostatischem Getriebe sind entweder die hydrostatische Pumpe 24 oder der hydrostatische Motor oder aber beide steuerbar und/oder regelbar.
Die Ausführungen in den Figuren 1 bis 5 zeigen besonders vorteilhafte Ausführungen einer Fluidenergiemaschineneinheit als Kompressoreinheit. Denkbar ist auch eine Ausführung als Pumpeneinheit. Bezuqszeichenliste
1 Fluidenergiemaschineneinheit; Kompressoreinheit, insbesondere
Unterwasser-Kompressoreinheit
2 Fluidenergiemaschine; Kompressor
3,
3.1. 3.2 erstes Kompressorrad
4,
4.1. 4.2 zweites Kompressorrad
5 Antriebsmaschine
6 Innenraum
6.1 , 6.2, 6.3 Innenraumbereich
7 Gehäuse
8 Einlass
9 Auslass
10 Kompressorgehäuse
11 Einlass
12 Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung
13 Antriebswelle
14 hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler
15 Stellschaufel
16 Stelleinrichtung
17 Stelleinrichtung
18 Stelleinrichtung
19 Auslass
20, 20' Dichteinrichtung
21 Dichteinrichtung
22 Kupplung, insbesondere Magnetkupplung
23 hydrostatisches Getriebe
24 hydrostatische Pumpe
25 hydrostatischer Motor
A Arbeitsraum E3 Kompressorrad-Eingangswelle
E4 Kompressorrad-Eingangswelle
L Leitrad
L1 erster Leistungsstrang
L2 zweiter Leistungsstrang P Pumpenrad
R Drehachse
T Turbinenrad

Claims

Patentansprüche
1. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) mit einer Fluidenergiemaschine (2) mit zumindest zwei einzelnen Laufrädern (3, 4) oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern;
mit einer Antriebsmaschine (5), welche wenigstens mittelbar mit einer Eingangswelle (E3, E4) eines der Laufräder (3, 4) oder eines Satzes von Laufrädern gekoppelt ist;
mit einem die Antriebsmaschine (5) und die Fluidenergiemaschine (2) aufnehmenden Gehäuse (7);
mit zumindest einem Anschluss (11 ) am Gehäuse (7) zum Zuführen eines Fluides zur Fluidenergiemaschine (2);
Mit zumindest einem weiteren Anschluss (9) am Gehäuse (7) zum Auslass von Fluid;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebsmaschine (5) mit den jeweiligen Eingangswellen (E3, E4) von zumindest zwei separaten Laufrädern (3, 4) oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Laufrädern über jeweils einen Leistungsstrang (L1 , L2) verbunden ist, wobei in zumindest einem der Leistungsstränge (L1 , L2) eine Einrichtung (12) zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung vorgesehen ist.
2. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebsmaschine (5) als Elektromotor ausgebildet ist.
3. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangswelle (E3) eines der zumindest zwei Laufräder (3) oder Satzes von Laufrädern mit einer Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (5) unter Ausbildung des ersten Leistungsstranges (L1 , L2) verbunden ist und die Eingangswelle (E4) eines anderen der zumindest zwei Laufräder (4) oder Satzes der zumindest zwei Sätze von Laufrädern mit einer
Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (5) unter Ausbildung eines zweiten Leistungsstranges (L2) verbunden ist und die in einem dieser beiden Leistungsstränge (L2) angeordnete Drehzahl-
/Drehmomentwandlungseinrichtung (12) derart ausgebildet und angeordnet ist, die mit diesem Leistungsstrang (L2) gekoppelte Eingangswelle (E4) gegenläufig zur mit dem anderen Leistungsstrang (L1 ) gekoppelten Eingangswelle (E3) anzutreiben.
4. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangswelle (E3) eines der zumindest zwei Laufräder (3) oder Satzes von Laufrädern mit einer Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine
(5) unter Ausbildung des ersten Leistungsstranges (L1 ) verbunden ist und die Eingangswelle (E4) eines anderen der zumindest zwei Laufräder (4) oder Satzes der zumindest zwei Sätze von Laufrädern mit einer Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (5) unter Ausbildung eines zweiten Leistungsstranges (L2) verbunden ist und die in einem dieser beiden Leistungsstränge (L2) angeordnete Drehzahl-
/Drehmomentwandlungseinrichtung (12) derart ausgebildet und angeordnet ist, die mit diesem Leistungsstrang (L2) gekoppelte Eingangswelle (E4) gleichläufig zur mit dem anderen Leistungsstrang (L1 ) gekoppelten Eingangswelle (E3) anzutreiben.
5. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung (12) zum stufenweisen oder stufenlosem Wandeln von Drehzahl und/oder Drehmoment ausgebildet ist.
6. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Laufräder (3, 4) oder Sätze von miteinander gekoppelten Laufrädern koaxial zueinander angeordnet sind.
7. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Leistungsstrang (L1 ) von einer als mechanischer Durchtrieb ausgebildeten Verbindung zwischen einer Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (5) mit der Eingangswelle (E3) eines der zumindest zwei Laufräder (3) oder Satzes von Laufrädern gebildet ist und der zweite, mit der zweiten Eingangswelle (E4) gekoppelte Leistungsstrang (L2) an die als mechanischer Durchtrieb ausgebildete Verbindung zwischen Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (5) mit der Eingangswelle (E3) eines der zumindest zwei Laufräder oder Satzes von Laufrädern gekoppelt ist.
8. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung (12) zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung als hydrodynamisches Strömungsgetriebe, insbesondere hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler (14) ausgebildet ist, umfassend zumindest ein Pumpenrad (P), ein Turbinenrad (T) und ein Leitrad (L), die einen mit Betriebsfluid befüllbaren Arbeitsraum (A) miteinander bilden.
9. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler (14) als Stellwandler ausgebildet ist, umfassend zumindest eine an einem Schaufelrad oder einem Schaufelradteil vorgesehene Verstellschaufel (15) und/oder ein verstellbares Schaufelsegment, wobei die einzelne Verstellschaufel und/oder das einzelne verstellbare Schaufelsegment an zumindest einem der Schaufelräder, ausgewählt aus der Gruppe nachfolgend genannter Schaufelräder angeordnet ist:
- Pumpenrad (P)
- Turbinenrad (T) - Leitrad (L).
10. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler (14) und die Eingangswellen (E3, E4) der zumindest zwei Laufräder (3, 4) oder Sätze von Laufrädern koaxial zueinander angeordnet sind und
das Pumpenrad (P) des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers (14) mit der Verbindung zwischen Antriebswelle (13) der Antriebsmaschine (59 und einer Eingangswelle (E3) eines Laufrades (3) oder Satzes von Laufrädern verbunden ist und
das Turbinenrad (T) des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers (14) wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt, mit der Eingangswelle (E4) des zweiten Laufrades (4) oder Satzes von Laufrädern gekoppelt ist.
11. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Dichteinrichtung (20) zum fluid- und druckdichten Abdichten zwischen dem Turbinenrad (T) oder einem mit diesem drehfest verbundenem Bauteil und der Fluidenergiemaschine (2) vorgesehen ist.
12. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Dichteinrichtung (21 ) zwischen hydrodynamischem
Strömungsgetriebe und Fluidenergiemaschine (2) angeordnet ist.
13. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichteinrichtung (21 ) zwischen hydrodynamischem
Strömungsgetriebe und Fluidenergiemaschine (2) zwischen Pumpenrad- und Turbinenrad (P, T) bzw. deren Kopplung mit den jeweiligen Eingangswellen (E3, E4) der Fluidenergiemaschine (2) angeordnet ist.
14. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichteinrichtung (21 ) zwischen hydrodynamischem Strömungsgetriebe und Fluidenergiemaschine (2) zwischen den Eingangswellen (E3, E4) der zumindest zwei Laufräder oder Sätzen von Laufrädern angeordnet ist.
15. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung als hydrostatisches Strömungsgetriebe (23) ausgebildet ist.
16. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Dichteinrichtung (20') zum fluid- und druckdichten Abdichten der Antriebsmaschine (5) gegenüber der Fluidenergiemaschine (2) vorgesehen ist.
17. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese als Kompressoreinheit (1 ), insbesondere Unterwasser- Kompressoreinheit ausgebildet ist, mit zumindest zwei einzelnen, Laufräder (3, 4) bildenden Kompressorrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Kompressorrädern.
18. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschluss (11 ) am Gehäuse (7) als Anschluss zum Zuführen eines vom das Gehäuse (7) umgebenden Fluid verschiedenen Fluides zum Kompressor ausgebildet ist.
19. Fluidenergiemaschineneinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese als Pumpeneinheit (1 ) ausgebildet ist, mit zumindest zwei einzelne Laufräder (3, 4) bildenden Pumpenrädern oder Sätzen von jeweils miteinander gekoppelten Pumpenrädern.
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Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2318990A (en) * 1942-06-10 1943-05-11 Gen Electric Radial flow elastic fluid turbine or compressor
FR1472085A (fr) 1965-11-18 1967-03-10 Snecma Perfectionnement aux compresseurs contra-rotatifs
JPS5938440B2 (ja) * 1975-01-31 1984-09-17 株式会社日立製作所 流体回転機械
DD136761A1 (de) * 1978-05-29 1979-07-25 Hans Spengler Hochdruckkreiselpumpenaggregat
DE3907591A1 (de) * 1989-03-09 1990-09-13 Everth Hans Joachim Dr Med Zweistufiges geblaese, pumpe oder dergl. insbesondere fuer medizinische zwecke
DE102010014588A1 (de) * 2010-04-09 2010-11-18 Voith Patent Gmbh Kraftwerksstrang mit einer drehzahlvariablen Pumpe
US9476427B2 (en) 2012-11-28 2016-10-25 Framo Engineering As Contra rotating wet gas compressor
DE102014213295A1 (de) * 2013-11-14 2015-05-21 Voith Patent Gmbh Hydrodynamischer Wandler und Verstelleinrichtung für einen solchen Wandler
US20160047305A1 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 General Electric Company Multi-stage axial compressor arrangement
DE102015226640A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Voith Patent Gmbh Unterwasser-Antriebseinheit

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