EP4269749A1 - Rotating piston engine and its use - Google Patents

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EP4269749A1
EP4269749A1 EP22169723.8A EP22169723A EP4269749A1 EP 4269749 A1 EP4269749 A1 EP 4269749A1 EP 22169723 A EP22169723 A EP 22169723A EP 4269749 A1 EP4269749 A1 EP 4269749A1
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EP
European Patent Office
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gas
rotor
rotors
housing
steam
Prior art date
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Pending
Application number
EP22169723.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerard Sterz
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Individual
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Publication date
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Priority to DE102023109882.9A priority patent/DE102023109882A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/126—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with elements extending radially from the rotor body not necessarily cooperating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/06—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/22—Fluid gaseous, i.e. compressible
    • F04C2210/227—Steam

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston engine and in particular to a Roots engine.
  • the invention also relates to a device for reducing a pressurized gas and in particular to a device for expanding a pressurized gas by reducing the pressure while maintaining the volume of the gas to generate mechanical energy using a rotary piston machine, in particular a Roots machine.
  • the invention further relates to systems with such a device and in particular to systems in which the pressurized gas can be water vapor.
  • Pressurized gases are used in a variety of industrial processes.
  • An example of this is a steam circuit with a steam generator, pressure reduction station and the unit that processes the steam.
  • turbomachines are typically used, which provide steam at different pressures at different outlets. However, if there are only small pressure differences, turbomachines are too complex.
  • the object of the invention is to create a rotary piston machine that can be used for both the compression and the expansion of gases at high temperatures, as is the case with water vapor, for example.
  • the rotors which are rotatably arranged in the rotor chamber of the housing, each have a rotor shaft with two or three or even more radially projecting rotor arms.
  • the rotor chamber of the housing in which the at least two rotors are accommodated, has cylindrical inner walls along which the rotors move in a gas-tight manner as they rotate.
  • the rotors are arranged between an inlet opening and an outlet opening of the housing.
  • the bearings for the rotor shafts are located on two housing end walls, while the cylindrical inside of the wall is formed on the inside of a housing peripheral wall between the two housing end walls.
  • two heat shields are arranged in the rotor chamber of the housing, which rest against the housing end walls from the inside. These heat shields protect the bearings located in the housing end walls from excessive heating by hot gases used by the device to generate mechanical energy. Such hot gases are present, for example, in steam cycles in which the temperature of the steam can be 200 ° C and more. If the device were to be equipped without heat shields, there would be a risk that the bearings would suffer thermal damage.
  • the synchronous transmission which is typically arranged outside the rotor chamber, can also be protected from the effects of heat.
  • This synchronous gear ensures that adjacent interlocking rotors rotate in the same opposite direction.
  • the heat shield is fluid-cooled, and the condensate of a water vapor circuit, for example, can be used as the cooling fluid.
  • the condensate is used as a barrier fluid and thus in a certain way as a heat shield for cooling the shaft seals of the rotors.
  • Such shaft seals are known in the prior art; As an example, reference is made here to labyrinth or cooling ring or mechanical ring or floating ring or stuffing box seals
  • each heat shield has cooling channels running through it, which extend between an inlet-side collecting channel and an outlet-side collecting channel and whose shape leads to the same hydraulic pressure conditions.
  • the heat shields have through openings through which the axial ends of the rotor shafts of the rotors extend.
  • the through openings advantageously surround the shaft seals of the rotor shafts.
  • the cooling channels surround the through openings on two opposite sides and extend between the inlet-side collecting channel and the outlet-side collecting channel. Appropriate cooling channel routing ensures that the cooling channels all have the same length or the same hydraulic pressure conditions.
  • the advantage of the invention is the relatively simple and trouble-free design of the rotary piston machine, which is constructed much more simply than, for example, a turbo machine.
  • the rotary piston engine according to the invention has relatively good efficiencies at low pressure conditions, which is not the case with a turbo engine.
  • the speed of the rotors is significantly lower than the speed of the bladed rotor of a turbomachine, which is also extremely complex in design due to its large number of different stator and rotor blades. Due to the heat shields, for example, when choosing the pivot bearings for the rotors, standard components can be rejected because the heat shields are these Protect bearings from the high gas inlet temperatures. Cooling of the bearings is therefore unnecessary and the use of more cost-intensive materials that are temperature-resistant is not necessary.
  • the heat shields not only protect the bearings and the synchronous gear for the rotors but also the shaft seal areas.
  • the processed medium in the case of a steam cycle, water
  • the Roots machine e.g. rotary piston machine and in particular Roots machine
  • the machine uses small pressure differences to generate mechanical energy.
  • the pressure of a medium can be increased by small pressure differences by introducing mechanical energy. In both cases, heat energy is not used to generate mechanical energy during expansion or to realize the pressure difference during compression.
  • the rotational energy that is available on the rotor shaft of at least one of the rotors can expediently be used to operate a generator to generate electricity or also to operate a mechanical system.
  • the rotary piston machine according to the invention can be used for the compression of hot gases by rotating the rotor shaft of one of the rotors by a machine, in particular an electric machine.
  • a shut-off valve can be provided which can be closed quickly if the pressure of the water vapor cannot or may not be reduced by relaxing in the device according to the invention, for example because of safety and security Operation of the system as required.
  • a control valve can also be provided in the parallel connection to the pressure reduction station, and another such control valve can also be part of the pressure reduction station.
  • Such a system can advantageously be a compressor that provides compressed gas for, for example, the operation of a blast furnace.
  • Turbo compressors are typically used as compressors, which, which is also common, are operated with a surge limit control. If such a surge limit control is too sluggish, there is a risk that the compressor will exceed its surge limit, which can lead to the generation of mechanical shocks and pulses, not only within the compressor but also in the downstream system components. This in turn can result in damage to the system.
  • the advantage of the device according to the invention is the relatively simple and trouble-free structure of the rotary piston machine, which is constructed much more simply than, for example, a turbomachine.
  • the device according to the invention has relatively good efficiencies at low pressure conditions, which is not the case with a turbomachine.
  • the speed of the rotors is significantly lower than the speed of the bladed rotor of a turbomachine, which is also extremely complex in design due to its large number of different stator and rotor blades.
  • the heat shields mean that, for example, standard components can be used when choosing pivot bearings for the rotors, as the heat shields protect these bearings from the high gas inlet temperatures. Cooling of the bearings is therefore unnecessary and the use of more cost-intensive materials that are temperature-resistant is not necessary.
  • the heat shields not only protect the bearings and the synchronous gear for the rotors but also the shaft seal areas.
  • the processed medium in the case of a steam cycle, water
  • a rotary piston machine is used to expand the pressurized gas by reducing the pressure and maintaining the volume of the gas, which has at least two interlocking Has rotors which are rotatably mounted in a housing.
  • the two rotors each have a rotor shaft with two or three or even more radially projecting rotor arms.
  • the rotor chamber of the housing in which the at least two rotors are accommodated, has cylindrical inner walls along which the rotors move in a gas-tight manner as they rotate.
  • the rotors are arranged between an inlet opening and an outlet opening of the housing.
  • the bearings for the rotor shafts are located on two housing end walls, while the cylindrical inside of the wall is formed on the inside of a housing peripheral wall between the two housing end walls.
  • Such a rotary piston machine is also referred to as a Roots machine, which is typically used as a compressor.
  • the device according to the invention is an isochoric machine, i.e. a machine that reduces the pressure of the gas but leaves its volume unchanged.
  • two heat shields are arranged in the housing, which rest against the housing end walls from the inside. These heat shields protect the bearings located in the housing end walls from excessive heating by hot gases used by the device to generate mechanical energy. Such hot gases are present, for example, in steam cycles in which the temperature of the steam can be 200 ° C and more. If the device were to be equipped without heat shields, there would be a risk that the bearings would suffer thermal damage.
  • the synchronous transmission which is typically arranged outside the rotor chamber, can also be protected from the effects of heat.
  • This synchronous gear ensures that adjacent interlocking rotors rotate in the same opposite direction.
  • the heat shield is fluid-cooled, and the condensate of a water vapor circuit, for example, can be used as the cooling fluid.
  • the condensate is used as a barrier fluid and thus In a certain way it is used as a heat shield for cooling the shaft seals of the rotors.
  • Such shaft seals are known in the prior art; A labyrinth seal is an example.
  • the rotational energy that is available on the rotor shaft of at least one of the rotors can expediently be used to operate a generator to generate electricity.
  • each heat shield has cooling channels running through it, which extend between an inlet-side collecting channel and an outlet-side collecting channel and whose shape leads to the same hydraulic pressure conditions.
  • the heat shields have through openings through which the axial ends of the rotor shafts of the rotors extend.
  • the through openings advantageously surround the shaft seals of the rotor shafts.
  • the cooling channels surround the through openings on two opposite sides and extend between the inlet-side collecting channel and the outlet-side collecting channel. Appropriate cooling channel routing ensures that the cooling channels all have the same length or the same hydraulic pressure conditions.
  • a shut-off valve can be provided which can be closed quickly if the pressure of the water vapor cannot or may not be reduced by relaxing in the device according to the invention, for example because of safety and security Operation of the system as required.
  • a control valve can also be provided in the parallel connection to the pressure reduction station, and another such control valve can also be part of the pressure reduction station.
  • Such a system can advantageously be a compressor that provides compressed gas for, for example, the operation of a blast furnace.
  • Turbo compressors are typically used as compressors, which, which is also common, are operated with a surge limit control. If such a surge limit control is too sluggish, there is a risk that the compressor will exceed its surge limit, which will lead to the generation of mechanical shocks and pulses not only within the compressor but also in the downstream system components. This in turn can result in damage to the system.
  • Fig. 1 shows schematically a rotary piston engine 10 as a Roots machine, which has a housing 12 with a gas inlet opening 14 and a gas outlet opening 16. There is a rotor chamber 18 between the two openings (see Fig. 2 ).
  • the housing 12 has a housing peripheral wall 20 provided with the two openings and two housing end walls 22. Flanged to one of the two housing end walls 22 is a cover 24 for a synchronous gear 26.
  • a first cross-sectional view through the housing 12 shows Fig. 2 .
  • the inside 34 of the housing peripheral wall 20 is cylindrical.
  • the interlocking rotors provide a gas-tight seal between them, which is also the case on the inside 34 of the housing peripheral wall 20.
  • Minimal clearances are typically provided here, so that the rotors 30 do not directly actuate the inside 34 of the housing peripheral wall 20, but rather move along it with a minimal distance.
  • the synchronous gear 26 can be seen.
  • the shafts 32 of the two rotors 28 are rotatably mounted on the housing end walls 22, which in Fig. 3 is shown at 36.
  • a shaft seal 38 Between the rotor chamber 18 and the pivot bearings 36 there is a shaft seal 38, which can be designed, for example, as a labyrinth seal.
  • two heat shields 40 are used, which are arranged within the rotor chamber 18 on the inside of the housing end walls 22.
  • the two heat shields 40 have through openings 42 for the shafts 32 of the rotors 28. These heat shields 40 are cooled by a fluid and protect the pivot bearings 36 and the synchronous gear 26 from the effects of heat.
  • the shaft seals 38 are located in the through openings 42 (or behind them when viewed from the rotor chamber 18).
  • FIG. 4 A top view of the cooling channel side 44 of a heat shield 40 which faces the housing end walls 22 in the installed state and rests on the inside thereof Fig. 4 .
  • the cooling channel side 44 has two coolant collecting channels 46, 48, between which there are several cooling channels 50, which connect the two collecting channels 46, 48 to one another.
  • the collecting channels 46, 48 and the cooling channels 50 are incorporated as grooves into the cooling channel side 44 of the heat shield 40.
  • a circumferential seal 51 seals the cooling channel side 44 from the inside of the housing end wall 22.
  • the design of the cooling channels 50 is chosen so that the hydraulic conditions in all cooling channels 50 are essentially identical.
  • FIG. 5 An example of an application of the rotary piston engine 10 according to the invention for generating electrical energy by utilizing low differential pressures of gases, in particular water vapor, is shown in Fig. 5 shown.
  • This figure shows a steam circuit 52, in which steam is generated at the pressure P1 in a steam generator 54.
  • This water vapor reaches a water vapor processing unit 58 via a pressure control valve 56, in which the water vapor relaxes and condenses.
  • the condensate reaches a boiler feed pump 64 via the condensate line 60, which brings the condensate to the document P1 and supplies it to the steam generator 54.
  • the rotary piston machine 10 is connected parallel to the pressure control valve 56, which, more generally speaking, is a pressure reduction station, which can be connected upstream of a further pressure control valve 66 and/or to which a pressure control valve 68 can also be connected in parallel. Furthermore, a shut-off valve 70 is provided, which is closed if the pressure reduction of the water vapor required for the operation of the rotary piston engine 10 is not available due to the process.
  • the rotary piston engine 10 drives a generator 72 to convert the pressure difference of the water vapor into electrical energy.
  • the condensate is used to cool the rotary piston engine 10 or the heat shields 40 of the rotary piston engine 10.
  • the shaft seals 38 are also cooled or supplied with barrier medium.
  • the condensate can also be used for this purpose.
  • the condensate behind the boiler feed pump 64 is branched off via a branch line 62 and fed to the two cooling plates of the rotary piston machine 10 and then into the condensate line 60 reach.
  • Pressure control valves 74, 76 can be located in the branch line 62 both in front of and behind the heat shields 40.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

Drehkolbenmaschine mit einem Gehäuse (12), das eine Rotorkammer (18) mit einer Gaseinlassöffnung (14) und einer Gasauslassöffnung (16) aufweist, und mit mindestens zwei Rotoren (28), von denen jeder eine Rotorwelle (32) mit zwei gegenüberliegenden Axialenden und mit mindestens zwei radial abstehenden Rotorarmen (30) aufweist, wobei die Rotorarme (30) über den Umfang der Rotorwelle (32) gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die Rotorarme (30) der Rotoren (28) ineinander greifen und dabei gasdicht aneinanderliegen. Das Gehäuse(12) weist zwei Gehäusestirnwände (22) mit Lagern (36) für die Axialenden der Rotorwellen (32) und zwischen diesen eine die Rotoren (28) umgebende Gehäuseumfangswand (20) auf, in der die Gaseinlassöffnung (14) und die Gasauslassöffnung (16) angeordnet sind, wobei die Innenseite (34) der Gehäuseumfangswand (20) zwischen der Gaseinlassöffnung (14) und der Gasauslassöffnung (16) und beidseitig der Gaseinlassöffnung (14) und der Gasauslassöffnung (16) zylindrisch ausgebildet ist und wobei sich die Rotorarme (30) bei Rotation der Rotoren (28) gasdicht an der Innenseite (34) der Gehäuseumfangswand (22) entlang bewegen. Außerhalb der Rotorkammer (18) ist ein Synchrongetriebe (26) zur synchronen Rotation jeweils ineinandergreifender Rotoren (28) in zueinander entgegengesetzter Richtung angeordnet. Die Lager (36) der Rotorwellen (32) sind durch innen an den Gehäusestirnwänden (22) angeordnete fluidgekühlte Hitzeschilde (40) vor Hitze des Gases geschützt.Rotary piston machine with a housing (12) which has a rotor chamber (18) with a gas inlet opening (14) and a gas outlet opening (16), and with at least two rotors (28), each of which has a rotor shaft (32) with two opposite axial ends and with at least two radially projecting rotor arms (30), the rotor arms (30) being arranged evenly distributed over the circumference of the rotor shaft (32) and the rotor arms (30) of the rotors (28) interlocking and lying against one another in a gas-tight manner. The housing (12) has two housing end walls (22) with bearings (36) for the axial ends of the rotor shafts (32) and between them a housing peripheral wall (20) surrounding the rotors (28), in which the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) are arranged, wherein the inside (34) of the housing peripheral wall (20) between the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) and on both sides of the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) is cylindrical and the rotor arms (30) move gas-tight along the inside (34) of the housing peripheral wall (22) when the rotors (28) rotate. A synchronous gear (26) is arranged outside the rotor chamber (18) for the synchronous rotation of interlocking rotors (28) in opposite directions. The bearings (36) of the rotor shafts (32) are protected from the heat of the gas by fluid-cooled heat shields (40) arranged on the inside of the housing end walls (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine und insbesondere eine Roots-Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reduktion eines unter Druck stehenden Gases und insbesondere eine Vorrichtung zum Entspannen eines unter Druck stehenden Gases durch Reduktion des Drucks unter Beibehaltung des Volumens des Gases zur Erzeugung mechanischer Energie unter Verwendung einer Drehkolbenmaschine, insbesondere einer Roots-Maschine. Ferner betrifft die Erfindung Anlagen mit einer derartigen Vorrichtung und insbesondere Anlagen, bei denen das unter Druck stehende Gas Wasserdampf sein kann.The invention relates to a rotary piston engine and in particular to a Roots engine. The invention also relates to a device for reducing a pressurized gas and in particular to a device for expanding a pressurized gas by reducing the pressure while maintaining the volume of the gas to generate mechanical energy using a rotary piston machine, in particular a Roots machine. The invention further relates to systems with such a device and in particular to systems in which the pressurized gas can be water vapor.

In einer Vielzahl von industriellen Prozessen werden unter Druck stehende Gase eingesetzt. Ein Beispiel dafür ist ein Wasserdampfkreislauf mit Dampferzeuger, Druckreduktionsstation und die den Wasserdampf verarbeitende Einheit.Pressurized gases are used in a variety of industrial processes. An example of this is a steam circuit with a steam generator, pressure reduction station and the unit that processes the steam.

Sollen durch die Druckreduktionsstation große Druckreferenzen verarbeitet werden, bedient man sich typischerweise Turbomaschinen, die an verschiedenen Ausgängen Wasserdampf mit unterschiedlichen Drücken zur Verfügung stellen. Bei lediglich geringen Druckdifferenzen hingegen sind Turbomaschinen zu aufwendig.If large pressure references are to be processed by the pressure reduction station, turbomachines are typically used, which provide steam at different pressures at different outlets. However, if there are only small pressure differences, turbomachines are too complex.

Aus ökologischen und ökonomischen Gründen ist es wünschenswert, auch geringere Gasdruckreduktionen zu nutzen, um bspw. mechanische Energie (und daraus eventuell Elektrizität) zu gewinnen.For ecological and economic reasons, it is desirable to use smaller gas pressure reductions, for example to generate mechanical energy (and possibly electricity from it).

Es ist bekannt, für die Entspannung eines unter Druck stehenden Gases zur Erzeugung mechanischer Energie Drehkolbenmaschinen einzusetzen. Derartige Drehkolbenmaschinen werden aber ebenso auch zur Verdichtung von Gasen eingesetzt.It is known to use rotary piston engines to expand a pressurized gas to generate mechanical energy. Such rotary piston machines are also used to compress gases.

Problematisch kann der Einsatz von Maschinen mit bewegbar gelagerten Teilen dann sein, wenn die Gase hohe Temperaturen von beispielsweise 150 °C aufweisen. Dann nämlich müssen die Lager für die bewegbaren Teile derartiger Maschinen vor Hitze geschützt werden. Dies ist aber nicht immer einfach zu realisieren und erhöht damit den Aufwand für die Herstellung derartiger Maschinen bzw. begrenzt ihren Einsatzbereich.The use of machines with movable parts can be problematic if the gases have high temperatures, for example 150 °C. Then the bearings for the moving parts of such machines must be protected from heat. However, this is not always easy to implement and therefore increases the cost of producing such machines and limits their area of application.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehkolbenmaschine zu schaffen, die sowohl für die Verdichtung als auch die Entspannung von Gasen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, wie es beispielsweise bei Wasserdampf der Fall ist.The object of the invention is to create a rotary piston machine that can be used for both the compression and the expansion of gases at high temperatures, as is the case with water vapor, for example.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Drehkolbenmaschine vorgeschlagen, die versehen ist mit mit

  • einem Gehäuse, das eine Rotorkammer mit einer Gaseinlassöffnung und einer Gasauslassöffnung aufweist,
  • mindestens zwei Rotoren, von denen jeder eine Rotorwelle mit zwei gegenüberliegenden Axialenden und mit mindestens zwei radial abstehenden Rotorarmen aufweist, wobei die Rotorarme über den Umfang der Rotorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die Rotorarme der Rotoren ineinander greifen und dabei gasdicht aneinanderliegen,
  • wobei das Gehäuse zwei Gehäusestirnwände mit Lagern für die Axialenden der Rotorwellen und zwischen diesen eine die Rotoren umgebende Gehäuseumfangswand aufweist, in denen die Einlassöffnung und die Auslassöffnung angeordnet sind, wobei die Innenseite der Gehäuseumfangswand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung und beidseitig der Einlassöffnung und der Auslassöffnung zylindrisch ausgebildet ist und wobei sich die Rotorarme bei Rotation der Rotoren gasdicht an der Innenseite der Gehäuseumfangswand entlang bewegen,
  • einem außerhalb der Rotorkammer angeordneten Synchrongetriebe zur synchronen Rotation jeweils ineinandergreifender Rotoren in entgegengesetzter Richtung,
  • zwei die Lager der Rotorwellen in den Gehäusestirnwänden vor Hitze des Gases schützende fluidgekühlte Hitzeschilde, die innerhalb der Rotorkammer innen an den Gehäusestirnwänden angeordnet sind. und
    Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine weist mindestens zwei ineinandergreifende Rotoren auf, die innerhalb einer Rotorkammer des Gehäuses der Maschine angeordnet sind. Bei einer derartig aufgebauten Drehkolbenmaschine spricht man auch von einer Roots-Maschine, die typischerweise als Verdichter eingesetzt wird, aber ebenso gut auch zum Entspannen von Gasen genutzt werden kann, bei denen prozessbedingt kleinere Druckdifferenzen auftreten, die vorteilhafterweise unter Verwendung der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie genutzt werden können.
To solve this problem, the invention proposes a rotary piston machine which is provided with
  • a housing that has a rotor chamber with a gas inlet opening and a gas outlet opening,
  • at least two rotors, each of which has a rotor shaft with two opposite axial ends and with at least two radially projecting rotor arms, the rotor arms being arranged evenly distributed over the circumference of the rotor shaft and the rotor arms of the rotors interlocking and lying against one another in a gas-tight manner,
  • wherein the housing has two housing end walls with bearings for the axial ends of the rotor shafts and between these a housing peripheral wall surrounding the rotors, in which the inlet opening and the outlet opening are arranged, the inside of the housing peripheral wall between the inlet opening and the outlet opening and on both sides of the inlet opening and the outlet opening is cylindrical and the rotor arms move gas-tight along the inside of the housing peripheral wall when the rotors rotate,
  • a synchronous gear arranged outside the rotor chamber for the synchronous rotation of interlocking rotors in opposite directions,
  • two fluid-cooled heat shields that protect the bearings of the rotor shafts in the housing end walls from the heat of the gas and are arranged inside the rotor chamber on the inside of the housing end walls. and
    The rotary piston machine according to the invention has at least two interlocking rotors which are arranged within a rotor chamber of the housing of the machine. A rotary piston machine constructed in this way is also referred to as a Roots machine, which is typically used as a compressor, but can also be used to expand gases in which, due to the process, smaller pressure differences occur, which are advantageously achieved using the rotary piston machine according to the invention to generate mechanical Energy can be used.

Die drehbar in der Rotorkammer des Gehäuses angeordneten Rotoren weisen jeweils eine Rotorwelle mit zwei oder drei oder noch mehr radial abstehenden Rotorarmen auf. Die Rotorkammer des Gehäuses, in der die mindestens zwei Rotoren untergebracht sind, weist zylindrische Wandinnenseiten auf, an denen die Rotoren bei ihrer Drehung gasdicht entlangstreichen. Die Rotoren sind zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des Gehäuses angeordnet. An zwei Gehäusestirnwänden befinden sich die Lager für die Rotorwellen, während die zylindrische Wandinnenseite an der Innenseite einer Gehäuseumfangswand zwischen den beiden Gehäusestirnwänden ausgebildet ist.The rotors, which are rotatably arranged in the rotor chamber of the housing, each have a rotor shaft with two or three or even more radially projecting rotor arms. The rotor chamber of the housing, in which the at least two rotors are accommodated, has cylindrical inner walls along which the rotors move in a gas-tight manner as they rotate. The rotors are arranged between an inlet opening and an outlet opening of the housing. The bearings for the rotor shafts are located on two housing end walls, while the cylindrical inside of the wall is formed on the inside of a housing peripheral wall between the two housing end walls.

Erfindungsgemäß sind in der Rotorkammer des Gehäuses zwei Hitzeschilde angeordnet, die von innen an den Gehäusestirnwänden anliegen. Diese Hitzeschilde schützen die in den Gehäusestirnwänden angeordneten Lager vor einer übermäßigen Erhitzung durch heiße Gase, die von der Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Energie genutzt werden. Derartig heiße Gase liegen zum Beispiel bei Wasserdampfkreisläufen vor, bei denen die Temperatur des Wasserdampfes 200° C und mehr betragen kann. Würde man die Vorrichtung ohne Hitzeschilde ausstatten, liefe man Gefahr, dass die Lager thermisch Schaden erleiden.According to the invention, two heat shields are arranged in the rotor chamber of the housing, which rest against the housing end walls from the inside. These heat shields protect the bearings located in the housing end walls from excessive heating by hot gases used by the device to generate mechanical energy. Such hot gases are present, for example, in steam cycles in which the temperature of the steam can be 200 ° C and more. If the device were to be equipped without heat shields, there would be a risk that the bearings would suffer thermal damage.

Mithilfe zumindest eines der beiden Hitzeschilde lässt sich darüber hinaus das typischerweise außerhalb der Rotorkammer angeordnete Synchrongetriebe vor Hitzeeinwirkungen schützen. Dieses Synchrongetriebe sorgt für eine jeweils gegensinnige gleiche Rotation benachbarter ineinandergreifender Rotoren.With the help of at least one of the two heat shields, the synchronous transmission, which is typically arranged outside the rotor chamber, can also be protected from the effects of heat. This synchronous gear ensures that adjacent interlocking rotors rotate in the same opposite direction.

Erfindungsgemäß ist das Hitzeschild fluid gekühlt, wobei als Kühlfluid bspw. das Kondensat eines Wasserdampfkreislaufs eingesetzt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Kondensat als Sperrfluid und damit in gewisser Weise als Hitzeschild für die Kühlung der Wellendichtungen der Rotoren eingesetzt wird. Derartige Wellendichtungen sind im Stand der Technik bekannt; als Beispiel sei hier auf Labyrinth- oder Kühlring- oder Gleitring- oder Schwimmring- oder Stopfbuchsdichtungen verwiesenAccording to the invention, the heat shield is fluid-cooled, and the condensate of a water vapor circuit, for example, can be used as the cooling fluid. This is particularly advantageous if the condensate is used as a barrier fluid and thus in a certain way as a heat shield for cooling the shaft seals of the rotors. Such shaft seals are known in the prior art; As an example, reference is made here to labyrinth or cooling ring or mechanical ring or floating ring or stuffing box seals

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Hitzeschild dieses durchziehende Kühlkanäle auf, die sich zwischen einem eingangsseitigen Sammelkanal und einem ausgangsseitigen Sammelkanal erstrecken und deren Formgebung in untereinander zu gleichen hydraulischen Druckverhältnissen führt.In a further advantageous embodiment of the invention, each heat shield has cooling channels running through it, which extend between an inlet-side collecting channel and an outlet-side collecting channel and whose shape leads to the same hydraulic pressure conditions.

Die Hitzeschilde weisen Durchgangsöffnungen auf, durch die sich die Axialenden der Rotorwellend er Rotoren erstrecken. Vorteilhafterweise umgeben die Durchgangsöffnungen die Wellendichtungen der Rotorwellen. Die Kühlkanäle umgeben die Durchgangsöffnungen an zwei gegenüberliegenden Seiten und erstrecken sich zwischen dem eingangsseitigen Sammelkanal und ausgangsseitigen Sammelkanal. Durch eine entsprechende Kühlkanalführung wird dafür gesorgt, dass die Kühlkanäle sämtlich die gleiche Länge oder die gleichen hydraulischen Druckverhältnisse aufweisen.The heat shields have through openings through which the axial ends of the rotor shafts of the rotors extend. The through openings advantageously surround the shaft seals of the rotor shafts. The cooling channels surround the through openings on two opposite sides and extend between the inlet-side collecting channel and the outlet-side collecting channel. Appropriate cooling channel routing ensures that the cooling channels all have the same length or the same hydraulic pressure conditions.

Der Vorteil der Erfindung besteht in dem verhältnismäßig einfachen und störunauffälligen Aufbau der Drehkolbenmaschine, die wesentlich einfacher konstruiert ist als bspw. eine Turbomaschine. Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine verfügt bei kleinen Druckverhältnissen über relativ gute Wirkungsgrade, was bei einer Turbomaschine eher nicht der Fall ist. Die Drehzahl der Rotoren ist deutlich geringer als die Drehzahl des beschaufelten Läufers einer Turbomaschine, die darüber hinaus allein aufgrund ihrer Vielzahl von unterschiedlichen Stator- und Rotorschaufeln extrem aufwendig konstruiert ist. Durch die Hitzeschilde kann bspw. bei der Wahl der Drehlager für die Rotoren auf Standardkomponenten zurückgewiesen werden, da die Hitzeschilde diese Lager vor den hohen Gaseintrittstemperaturen schützen. Eine Kühlung der Lager erübrigt sich damit bzw. der Einsatz kostenintensiverer weil temperaturbeständiger Materialien ist nicht erforderlich. Die Hitzeschilde schütze nicht nur die Lager und das Synchrongetriebe für die Rotoren sondern auch die Wellendichtungsbereiche. Insbesondere dann, wenn als Kühlfluid das prozessierte Medium (im Falle eines Dampfkreislaufs also das Wasser) eingesetzt werden kann, bedeutet dies einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine.The advantage of the invention is the relatively simple and trouble-free design of the rotary piston machine, which is constructed much more simply than, for example, a turbo machine. The rotary piston engine according to the invention has relatively good efficiencies at low pressure conditions, which is not the case with a turbo engine. The speed of the rotors is significantly lower than the speed of the bladed rotor of a turbomachine, which is also extremely complex in design due to its large number of different stator and rotor blades. Due to the heat shields, for example, when choosing the pivot bearings for the rotors, standard components can be rejected because the heat shields are these Protect bearings from the high gas inlet temperatures. Cooling of the bearings is therefore unnecessary and the use of more cost-intensive materials that are temperature-resistant is not necessary. The heat shields not only protect the bearings and the synchronous gear for the rotors but also the shaft seal areas. In particular, if the processed medium (in the case of a steam cycle, water) can be used as the cooling fluid, this represents a further advantage of the rotary piston engine according to the invention.

Die erfindungsgemäße Wälzkolbenmaschine (z.B. Drehkolbenmaschine und insbesondere Roots-Maschine) arbeitet isochor. Mit der Maschine werden geringe Druckdifferenzen genutzt, um mechanische Energie zu erzeugen. Andererseits kann unter Einbringung mechanischer Energie der Druck eines Mediums um geringe Druckdifferenzen angehoben werden. In beiden Fällen wird Wärmeenergie nicht genutzt, um bei der Entspannung mechanische Energie zu erzeugen bzw. bei der Kompression die Druckdifferenz zu realisieren.The Roots machine according to the invention (e.g. rotary piston machine and in particular Roots machine) works isochorically. The machine uses small pressure differences to generate mechanical energy. On the other hand, the pressure of a medium can be increased by small pressure differences by introducing mechanical energy. In both cases, heat energy is not used to generate mechanical energy during expansion or to realize the pressure difference during compression.

Ein möglicher Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine ist zu sehen in einer Vorrichtung zum Entspannen eines unter Druck stehenden Gases, insbesondere eines Wasserdampfs, durch Reduktion des Drucks unter Beibehaltung des Volumens des Gases zur Erzeugung mechanischer Energie vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit

  • einem Gehäuse, das eine Rotorkammer mit einer Gaseinlassöffnung zum Einströmen von unter Druck stehendem Gas sowie eine Gasauslassöffnung zum Ausströmen von unter Beibehaltung seines Volumens und bezüglich seines Drucks reduziertem und damit entspanntem Gas aufweist,
  • mindestens zwei Rotoren, von denen jeder eine Rotorwelle mit zwei gegenüberliegenden Axialenden und mit mindestens zwei radial abstehenden Rotorarmen aufweist, wobei die Rotorarme über den Umfang der Rotorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die Rotorarme der Rotoren ineinander greifen und dabei gasdicht aneinanderliegen,
  • wobei das Gehäuse zwei Gehäusestirnwände mit Lagern für die Axialenden der Rotorwellen und zwischen diesen eine die Rotoren umgebende Gehäuseumfangswand aufweist, in denen die Gaseinlassöffnung und die Gasauslassöffnung angeordnet sind, wobei die Innenseite der Gehäuseumfangswand zwischen der Gaseinlassöffnung und der Gasauslassöffnung und beidseitig der Gaseinlassöffnung und der Gasauslassöffnung zylindrisch ausgebildet ist und wobei sich die Rotorarme bei Rotation der Rotoren gasdicht an der Innenseite der Gehäuseumfangswand entlang bewegen,
  • wobei jeder Rotor zwischen jeweils zwei seiner in Rotationsrichtung aufeinanderfolgenden Arme und der Innenseite der Gehäuseumfangswand ein Gasvolumen einschließt und dieses somit von der Gaseinlassöffnung zur Gasauslassöffnung überführbar ist,
  • zwei die Lager der Rotorwellen in den Gehäusestirnwänden vor Hitze des Gases schützende fluidgekühlte Hitzeschilde, die innerhalb der Rotorkammer innen an den Gehäusestirnwänden angeordnet sind,
  • wobei die Rotationsenergie mindestens einer der Rotorwellen die aus dem Entspannen des Gases resultierende mechanische Energie ist.
A possible area of application of the rotary piston machine according to the invention can be seen in a device for expanding a pressurized gas, in particular water vapor, by reducing the pressure while maintaining the volume of the gas to generate mechanical energy, the device being provided with
  • a housing which has a rotor chamber with a gas inlet opening for the inflow of pressurized gas and a gas outlet opening for the outflow of gas that is reduced in terms of its volume and pressure and thus expanded,
  • at least two rotors, each of which has a rotor shaft with two opposite axial ends and with at least two radially projecting rotor arms, the rotor arms being arranged evenly distributed over the circumference of the rotor shaft and the rotor arms of the rotors interlocking and lying against one another in a gas-tight manner,
  • wherein the housing has two housing end walls with bearings for the axial ends of the rotor shafts and between these one surrounding the rotors Housing peripheral wall in which the gas inlet opening and the gas outlet opening are arranged, the inside of the housing peripheral wall between the gas inlet opening and the gas outlet opening and on both sides of the gas inlet opening and the gas outlet opening being cylindrical and wherein the rotor arms move gas-tight along the inside of the housing peripheral wall when the rotors rotate move,
  • wherein each rotor encloses a gas volume between two of its arms that follow each other in the direction of rotation and the inside of the housing peripheral wall and this can therefore be transferred from the gas inlet opening to the gas outlet opening,
  • two fluid-cooled heat shields that protect the bearings of the rotor shafts in the housing end walls from the heat of the gas and are arranged inside the rotor chamber on the inside of the housing end walls,
  • wherein the rotational energy of at least one of the rotor shafts is the mechanical energy resulting from the expansion of the gas.

Die Rotationsenergie, die an der Rotorwelle mindestens eines der Rotoren zur Verfügung steht, kann zweckmäßigerweise zum Betrieb eines Generators zur Erzeugung von Elektrizität oder aber auch zum Betrieb einer mechanischen Anlage eingesetzt werden.The rotational energy that is available on the rotor shaft of at least one of the rotors can expediently be used to operate a generator to generate electricity or also to operate a mechanical system.

Alternativ lässt sich die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine für die Kompression heißer Gase einsetzen, indem die Rotorwelle eines der Rotoren durch eine Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine, drehend angetrieben wird.Alternatively, the rotary piston machine according to the invention can be used for the compression of hot gases by rotating the rotor shaft of one of the rotors by a machine, in particular an electric machine.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung eingesetzt werden bei einer Wasserdampf erzeugenden und durch Wasserdampf zu betreibenden oder Wasserdampf verarbeitenden Anlage, die versehen ist mit

  • einem Wasserdampferzeuger zur Erzeugung von Wasserdampf mit einem Druck, der höher ist als der Druck des Wasserdampfes zum Betreiben der Anlage oder des zu verarbeitenden Wasserdampfes,
  • einer mit Wasserdampf zu betreibenden Einheit oder einer Wasserdampf verarbeitenden Einheit und
  • einer Druckreduktionsstation zwischen dem Wasserdampferzeuger und der mit Wasserdampf zu betreibenden oder Wasserdampf verarbeitenden Einheit,
  • wobei die zuvor genannten erfindungsgemäße Vorrichtung die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu dieser geschaltet ist.
In an advantageous embodiment of the invention, the device can be used in a system that generates water vapor and is operated by water vapor or processes water vapor and is provided with
  • a steam generator for generating steam with a pressure that is higher than the pressure of the steam for operating the system or the steam to be processed,
  • a unit to be operated with steam or a unit that processes steam and
  • a pressure reduction station between the steam generator and the unit to be operated with steam or to process steam,
  • wherein the aforementioned device according to the invention forms the pressure reduction station or is connected in parallel to it.

Bei Parallelschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckreduktionsstation der Anlage kann eine Absperrklappe vorgesehen sein, die schnell geschlossen werden kann, wenn der Druck des Wasserdampfs nicht durch ein Entspannen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert werden kann bzw. darf, weil es bspw. die Sicherheit und der sichere Betrieb der Anlage so erfordert. In der Parallelschaltung zur Druckreduktionsstation kann auch noch ein Regelventil vorgesehen sein, wobei ein weiteres derartiges Regelventil auch Teil der Druckreduktionsstation sein kann.When the device according to the invention is connected in parallel to the pressure reduction station of the system, a shut-off valve can be provided which can be closed quickly if the pressure of the water vapor cannot or may not be reduced by relaxing in the device according to the invention, for example because of safety and security Operation of the system as required. A control valve can also be provided in the parallel connection to the pressure reduction station, and another such control valve can also be part of the pressure reduction station.

Aber ganz allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil einer mit unter Druck stehendem Gas zu betreibenden Anlage sein, die versehen ist mit

  • einer Einheit, die mit dem unter Druck stehenden Gas zu betreiben ist oder dieses verarbeitet, und
  • einer der Einheit vorgeschalteten Druckreduktionsstation zur Reduktion des unter Druck stehenden Gases auf einen für den Betrieb der oder für die Verarbeitung in der Einheit geeigneten Wert,
  • wobei die zuvor genannten erfindungsgemäße Vorrichtung die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu dieser geschaltet ist.
But in general, the device according to the invention can be part of a system to be operated with pressurized gas, which is provided with
  • a unit to operate on or process the pressurized gas, and
  • a pressure reduction station upstream of the unit to reduce the pressurized gas to a value suitable for the operation of or for processing in the unit,
  • wherein the aforementioned device according to the invention forms the pressure reduction station or is connected in parallel to it.

Vorteilhafterweise kann es sich bei einer derartigen Anlage um einen Verdichter handeln, der verdichtetes Gas für bspw. den Betrieb eines Hochofens zur Verfügung stellt. Typischerweise werden hierbei als Verdichter Turboverdichter eingesetzt, die, was ebenfalls üblich ist, mit einer Pumpgrenzregelung betrieben werden. Sofern eine derartige Pumpgrenzregelung zu träge ist, besteht die Gefahr, dass der Verdichter seine Pumpgrenze überschreitet was zur Erzeugung mechanischer Stöße und Impulse nicht nur innerhalb des Verdichters sondern auch in den nachgeschalteten Anlagenkomponenten führt. Das wiederum kann Anlagenbeschädigungen nach sich ziehen.Such a system can advantageously be a compressor that provides compressed gas for, for example, the operation of a blast furnace. Turbo compressors are typically used as compressors, which, which is also common, are operated with a surge limit control. If such a surge limit control is too sluggish, there is a risk that the compressor will exceed its surge limit, which can lead to the generation of mechanical shocks and pulses, not only within the compressor but also in the downstream system components. This in turn can result in damage to the system.

Deshalb ist es bspw. im Rahmen einer Nachrüstung derartiger Anlagen zweckmäßig, den Eingangsdruck des Gases, mit dem dieses in den Verdichter gelangt, weiter zu reduzieren, was aus Sicherheitsgründen mitunter durch "Abblasen" von Gas erfolgt. Ökonomisch und ökologisch sinnvoll ist es nun, statt dieses "Abblasens" die erfindungsgemäße Vorrichtung einzusetzen.Therefore, for example, when retrofitting such systems, it is advisable to further reduce the inlet pressure of the gas with which it enters the compressor, which for safety reasons is sometimes done by "blowing off" gas. It now makes economical and ecological sense to use the device according to the invention instead of this “blow-off”.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in dem verhältnismäßig einfachen und störunauffälligen Aufbau der Drehkolbenmaschine, die wesentlich einfacher konstruiert ist als bspw. eine Turbomaschine. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt bei kleinen Druckverhältnissen über relativ gute Wirkungsgrade, was bei einer Turbomaschine eher nicht der Fall ist. Die Drehzahl der Rotoren ist deutlich geringer als die Drehzahl des beschaufelten Läufers einer Turbomaschine, die darüber hinaus allein aufgrund ihrer Vielzahl von unterschiedlichen Stator- und Rotorschaufeln extrem aufwendig konstruiert ist. Durch die Hitzeschilde kann bspw. bei der Wahl der Drehlager für die Rotoren auf Standardkomponenten zurückgewiesen werden, da die Hitzeschilde diese Lager vor den hohen Gaseintrittstemperaturen schützen. Eine Kühlung der Lager erübrigt sich damit bzw. der Einsatz kostenintensiverer weil temperaturbeständiger Materialien ist nicht erforderlich. Die Hitzeschilde schütze nicht nur die Lager und das Synchrongetriebe für die Rotoren sondern auch die Wellendichtungsbereiche. Insbesondere dann, wenn als Kühlfluid das prozessierte Medium (im Falle eines Dampfkreislaufs also das Wasser) eingesetzt werden kann, bedeutet dies einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The advantage of the device according to the invention is the relatively simple and trouble-free structure of the rotary piston machine, which is constructed much more simply than, for example, a turbomachine. The device according to the invention has relatively good efficiencies at low pressure conditions, which is not the case with a turbomachine. The speed of the rotors is significantly lower than the speed of the bladed rotor of a turbomachine, which is also extremely complex in design due to its large number of different stator and rotor blades. The heat shields mean that, for example, standard components can be used when choosing pivot bearings for the rotors, as the heat shields protect these bearings from the high gas inlet temperatures. Cooling of the bearings is therefore unnecessary and the use of more cost-intensive materials that are temperature-resistant is not necessary. The heat shields not only protect the bearings and the synchronous gear for the rotors but also the shaft seal areas. In particular, if the processed medium (in the case of a steam cycle, water) can be used as the cooling fluid, this represents a further advantage of the device according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
Nach der Erfindung wird für die Entspannung des unter Druck stehenden Gases durch Reduktion des Drucks und unter Beibehaltung des Volumens des Gases eine Drehkolbenmaschine eingesetzt, die mindestens zwei ineinandergreifende Rotoren aufweist, welche drehbar in einem Gehäuse gelagert sind. Die beiden Rotoren weisen jeweils eine Rotorwelle mit zwei oder drei oder noch mehr radial abstehenden Rotorarmen auf. Die Rotorkammer des Gehäuses, in der die mindestens zwei Rotoren untergebracht sind, weist zylindrische Wandinnenseiten auf, an denen die Rotoren bei ihrer Drehung gasdicht entlangstreichen. Die Rotoren sind zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des Gehäuses angeordnet. An zwei Gehäusestirnwänden befinden sich die Lager für die Rotorwellen, während die zylindrische Wandinnenseite an der Innenseite einer Gehäuseumfangswand zwischen den beiden Gehäusestirnwänden ausgebildet ist.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the drawing. In detail we show:
According to the invention, a rotary piston machine is used to expand the pressurized gas by reducing the pressure and maintaining the volume of the gas, which has at least two interlocking Has rotors which are rotatably mounted in a housing. The two rotors each have a rotor shaft with two or three or even more radially projecting rotor arms. The rotor chamber of the housing, in which the at least two rotors are accommodated, has cylindrical inner walls along which the rotors move in a gas-tight manner as they rotate. The rotors are arranged between an inlet opening and an outlet opening of the housing. The bearings for the rotor shafts are located on two housing end walls, while the cylindrical inside of the wall is formed on the inside of a housing peripheral wall between the two housing end walls.

Bei einer derartigen Drehkolbenmaschine spricht man auch von einer Roots-Maschine, die typischerweise als Verdichter eingesetzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine isochore Maschine, d.h. um eine Maschine, die zwar den Druck des Gases reduziert, sein Volumen aber unverändert lässt.Such a rotary piston machine is also referred to as a Roots machine, which is typically used as a compressor. The device according to the invention is an isochoric machine, i.e. a machine that reduces the pressure of the gas but leaves its volume unchanged.

Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse zwei Hitzeschilde angeordnet, die von Innen an den Gehäusestirnwänden anliegen. Diese Hitzeschilde schützen die in den Gehäusestirnwänden angeordneten Lager vor einer übermäßigen Erhitzung durch heiße Gase, die von der Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Energie genutzt werden. Derartig heiße Gase liegen zum Beispiel bei Wasserdampfkreisläufen vor, bei denen die Temperatur des Wasserdampfes 200° C und mehr betragen kann. Würde man die Vorrichtung ohne Hitzeschilde ausstatten, liefe man Gefahr, dass die Lager thermisch Schaden erleiden.According to the invention, two heat shields are arranged in the housing, which rest against the housing end walls from the inside. These heat shields protect the bearings located in the housing end walls from excessive heating by hot gases used by the device to generate mechanical energy. Such hot gases are present, for example, in steam cycles in which the temperature of the steam can be 200 ° C and more. If the device were to be equipped without heat shields, there would be a risk that the bearings would suffer thermal damage.

Mithilfe zumindest eines der beiden Hitzeschilde lässt sich darüber hinaus das typischerweise außerhalb der Rotorkammer angeordnete Synchrongetriebe vor Hitzeeinwirkungen schützen. Dieses Synchrongetriebe sorgt für eine jeweils gegensinnige gleiche Rotation benachbarter ineinandergreifender Rotoren.With the help of at least one of the two heat shields, the synchronous transmission, which is typically arranged outside the rotor chamber, can also be protected from the effects of heat. This synchronous gear ensures that adjacent interlocking rotors rotate in the same opposite direction.

Erfindungsgemäß ist das Hitzeschild fluid gekühlt, wobei als Kühlfluid bspw. das Kondensat eines Wasserdampfkreislaufs eingesetzt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Kondensat als Sperrfluid und damit in gewisser Weise als Hitzeschild für die Kühlung der Wellendichtungen der Rotoren eingesetzt wird. Derartige Wellendichtungen sind im Stand der Technik bekannt; als Beispiel sei hier eine Labyrinthdichtung genannt.According to the invention, the heat shield is fluid-cooled, and the condensate of a water vapor circuit, for example, can be used as the cooling fluid. This is particularly advantageous if the condensate is used as a barrier fluid and thus In a certain way it is used as a heat shield for cooling the shaft seals of the rotors. Such shaft seals are known in the prior art; A labyrinth seal is an example.

Die Rotationsenergie, die an der Rotorwelle mindestens eines der Rotoren zur Verfügung steht, kann zweckmäßigerweise zum Betrieb eines Generators zur Erzeugung von Elektrizität eingesetzt werden.The rotational energy that is available on the rotor shaft of at least one of the rotors can expediently be used to operate a generator to generate electricity.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Hitzeschild dieses durchziehende Kühlkanäle auf, die sich zwischen einem eingangsseitigen Sammelkanal und einem ausgangsseitigen Sammelkanal erstrecken und deren Formgebung in untereinander zu gleichen hydraulischen Druckverhältnissen führt.In a further advantageous embodiment of the invention, each heat shield has cooling channels running through it, which extend between an inlet-side collecting channel and an outlet-side collecting channel and whose shape leads to the same hydraulic pressure conditions.

Die Hitzeschilde weisen Durchgangsöffnungen auf, durch die sich die Axialenden der Rotorwellend er Rotoren erstrecken. Vorteilhafterweise umgeben die Durchgangsöffnungen die Wellendichtungen der Rotorwellen. Die Kühlkanäle umgeben die Durchgangsöffnungen an zwei gegenüberliegenden Seiten und erstrecken sich zwischen dem eingangsseitigen Sammelkanal und ausgangsseitigen Sammelkanal. Durch eine entsprechende Kühlkanalführung wird dafür gesorgt, dass die Kühlkanäle sämtlich die gleiche Länge oder die gleichen hydraulischen Druckverhältnisse aufweisen.The heat shields have through openings through which the axial ends of the rotor shafts of the rotors extend. The through openings advantageously surround the shaft seals of the rotor shafts. The cooling channels surround the through openings on two opposite sides and extend between the inlet-side collecting channel and the outlet-side collecting channel. Appropriate cooling channel routing ensures that the cooling channels all have the same length or the same hydraulic pressure conditions.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung eingesetzt werden bei einer Wasserdampf erzeugenden und durch Wasserdampf zu betreibenden oder Wasserdampf verarbeitenden Anlage, die versehen ist mit

  • einem Wasserdampferzeuger zur Erzeugung von Wasserdampf mit einem Druck, der höher ist als der Druck des Wasserdampfes zum Betreiben der Anlage oder des zu verarbeitenden Wasserdampfes,
  • einer mit Wasserdampf zu betreibenden Einheit oder einer Wasserdampf verarbeitenden Einheit und
  • einer Druckreduktionsstation zwischen dem Wasserdampferzeuger und der mit Wasserdampf zu betreibenden oder Wasserdampf verarbeitenden Einheit,
  • wobei die zuvor genannten erfindungsgemäße Vorrichtung die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu dieser geschaltet ist.
In an advantageous embodiment of the invention, the device can be used in a system that generates water vapor and is operated by water vapor or processes water vapor and is provided with
  • a steam generator for generating steam with a pressure that is higher than the pressure of the steam for operating the system or the steam to be processed,
  • a unit to be operated with steam or a unit that processes steam and
  • a pressure reduction station between the steam generator and the unit to be operated with steam or to process steam,
  • wherein the aforementioned device according to the invention forms the pressure reduction station or is connected in parallel to it.

Bei Parallelschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckreduktionsstation der Anlage kann eine Absperrklappe vorgesehen sein, die schnell geschlossen werden kann, wenn der Druck des Wasserdampfs nicht durch ein Entspannen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert werden kann bzw. darf, weil es bspw. die Sicherheit und der sichere Betrieb der Anlage so erfordert. In der Parallelschaltung zur Druckreduktionsstation kann auch noch ein Regelventil vorgesehen sein, wobei ein weiteres derartiges Regelventil auch Teil der Druckreduktionsstation sein kann.When the device according to the invention is connected in parallel to the pressure reduction station of the system, a shut-off valve can be provided which can be closed quickly if the pressure of the water vapor cannot or may not be reduced by relaxing in the device according to the invention, for example because of safety and security Operation of the system as required. A control valve can also be provided in the parallel connection to the pressure reduction station, and another such control valve can also be part of the pressure reduction station.

Aber ganz allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil einer mit unter Druck stehendem Gas zu betreibenden Anlage sein, die versehen ist mit

  • einer Einheit, die mit dem unter Druck stehenden Gas zu betreiben ist oder dieses verarbeitet, und
  • einer der Einheit vorgeschalteten Druckreduktionsstation zur Reduktion des unter Druck stehenden Gases auf einen für den Betrieb der oder für die Verarbeitung in der Einheit geeigneten Wert,
  • wobei die zuvor genannten erfindungsgemäße Vorrichtung die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu dieser geschaltet ist.
But in general, the device according to the invention can be part of a system to be operated with pressurized gas, which is provided with
  • a unit to operate on or process the pressurized gas, and
  • a pressure reduction station upstream of the unit to reduce the pressurized gas to a value suitable for the operation of or for processing in the unit,
  • wherein the aforementioned device according to the invention forms the pressure reduction station or is connected in parallel to it.

Vorteilhafterweise kann es sich bei einer derartigen Anlage um einen Verdichter handeln, der verdichtetes Gas für bspw. den Betrieb eines Hochofens zur Verfügung stellt. Typischerweise werden hierbei als Verdichter Turboverdichter eingesetzt, die, was ebenfalls üblich ist, mit einer Pumpgrenzregelung betrieben werden. Sofern eine derartige Pumpgrenzregelung zu träge ist, besteht die Gefahr, dass der Verdichter seine Pumpgrenze überschreitet was zur Erzeugung mechanischer Stöße und Impulse nicht nur innerhalb des Verdichters sondern auch in den nachgeschalteten Anlagenkomponenten führt. Das wiederum kann Anlagenbeschädigungen nach sich ziehen.Such a system can advantageously be a compressor that provides compressed gas for, for example, the operation of a blast furnace. Turbo compressors are typically used as compressors, which, which is also common, are operated with a surge limit control. If such a surge limit control is too sluggish, there is a risk that the compressor will exceed its surge limit, which will lead to the generation of mechanical shocks and pulses not only within the compressor but also in the downstream system components. This in turn can result in damage to the system.

Deshalb ist es bspw. im Rahmen einer Nachrüstung derartiger Anlagen zweckmäßig, den Eingangsdruck des Gases, mit dem dieses in den Verdichter gelangt, weiter zu reduzieren, was aus Sicherheitsgründen mitunter durch "Abblasen" von Gas erfolgt. Ökonomisch und ökologisch sinnvoll ist es nun, statt dieses "Abblasens" die erfindungsgemäße Vorrichtung einzusetzen.It is therefore advisable, for example when retrofitting such systems, to control the inlet pressure of the gas at which it enters the compressor. to further reduce, which for safety reasons is sometimes done by "blowing off" gas. It now makes economical and ecological sense to use the device according to the invention instead of this “blow-off”.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel der Drehkolbenmaschine,
Fig. 2
einen Schnitt durch die Drehkolbenmaschine zur Verdeutlichung der Anordnung und des Ineinandergreifens zweier Rotoren der Drehkolbenmaschine,
Fig. 3
eine weitere Schnittansicht durch die Drehkolbenmaschine zur Verdeutlichung der Lager und deren Hitzeschutz durch die Hitzeschilde,
Fig. 4
eine Draufsicht auf eines der Hitzeschilde mit der Kühlkanalführung und
Fig. 5
ein Beispiel für einen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine, bei dem durch Entspannen eines unter Druck stehenden Gases, bei dem es sich um Wasserdampf handelt, und damit durch Reduktion des Drucks des Gases mechanische Energie erzeugt werden kann.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the drawing. In detail we show:
Fig. 1
a perspective view of an exemplary embodiment of the rotary piston engine,
Fig. 2
a section through the rotary piston engine to illustrate the arrangement and the meshing of two rotors of the rotary piston engine,
Fig. 3
another sectional view through the rotary piston machine to illustrate the bearings and their heat protection by the heat shields,
Fig. 4
a top view of one of the heat shields with the cooling channel guide and
Fig. 5
an example of an application of the rotary piston machine according to the invention, in which mechanical energy can be generated by expanding a pressurized gas, which is water vapor, and thus by reducing the pressure of the gas.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Drehkolbenmaschine 10 als Roots-Maschine, die ein Gehäuse 12 mit einer Gaseinlassöffnung 14 und einer Gasauslassöffnung 16 aufweist. Zwischen beiden Öffnungen befindet sich eine Rotorkammer 18 (siehe Fig. 2). Das Gehäuse 12 weist eine mit den beiden Öffnungen versehene Gehäuseumfangswand 20 und zwei Gehäusestirnwände 22 auf. Angeflanscht an eine der beiden Gehäusestirnwände 22 ist eine Abdeckung 24 für ein Synchrongetriebe 26. Fig. 1 shows schematically a rotary piston engine 10 as a Roots machine, which has a housing 12 with a gas inlet opening 14 and a gas outlet opening 16. There is a rotor chamber 18 between the two openings (see Fig. 2 ). The housing 12 has a housing peripheral wall 20 provided with the two openings and two housing end walls 22. Flanged to one of the two housing end walls 22 is a cover 24 for a synchronous gear 26.

Eine erste Querschnittsansicht durch das Gehäuse 12 zeigt Fig. 2. In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich in der Rotorkammer 18 des Gehäuses 12 zwei Rotoren 28, die jeweils drei Rotorarme 30 aufweisen, welche ihrerseits radial und gleichmäßig über den Umfang verteilt von einer Rotorwelle 32 abstehen. Die Innenseite 34 der Gehäuseumfangswand 20 ist zylindrisch ausgeführt. Wie grundsätzlich bekannt bei Roots-Maschinen, dichten die ineinandergreifenden Rotoren zwischen sich gasdicht ab, was auch zur Innenseite 34 der Gehäuseumfangswand 20 der Fall ist. Hier sind typischerweise minimale Spiele vorgesehen, so dass die Rotoren 30 die Innenseite 34 der Gehäuseumfangswand 20 nicht direkt taktieren, sondern sich mit minimalem Abstand an ihr entlang bewegen.A first cross-sectional view through the housing 12 shows Fig. 2 . In this exemplary embodiment, there are two rotors 28 in the rotor chamber 18 of the housing 12, each of which has three rotor arms 30, which in turn protrude from a rotor shaft 32 radially and evenly distributed over the circumference. The inside 34 of the housing peripheral wall 20 is cylindrical. As is generally known in Roots machines, the interlocking rotors provide a gas-tight seal between them, which is also the case on the inside 34 of the housing peripheral wall 20. Minimal clearances are typically provided here, so that the rotors 30 do not directly actuate the inside 34 of the housing peripheral wall 20, but rather move along it with a minimal distance.

In der zweiten Querschnittsansicht gemäß Fig. 3 ist unter anderem das Synchrongetriebe 26 zu erkennen. Die Wellen 32 der beiden Rotoren 28 sind drehbar an den Gehäusestirnwänden 22 gelagert, was in Fig. 3 bei 36 gezeigt ist. Zwischen der Rotorkammer 18 und den Drehlagern 36 befindet sich jeweils eine Wellendichtung 38, die beispielsweise als Labyrinthdichtung ausgeführt sein kann.In the second cross-sectional view according to Fig. 3 Among other things, the synchronous gear 26 can be seen. The shafts 32 of the two rotors 28 are rotatably mounted on the housing end walls 22, which in Fig. 3 is shown at 36. Between the rotor chamber 18 and the pivot bearings 36 there is a shaft seal 38, which can be designed, for example, as a labyrinth seal.

Zum Schutz der Drehlager 36 und auch des Synchrongetriebes 26 vor thermischen Einflüssen auf Grund heißer Gase, die die Drehkolbenmaschine 10 durchströmen, dienen zwei Hitzeschilde 40, die innerhalb der Rotorkammer 18 an der Innenseite der Gehäusestirnwände 22 angeordnet sind. Die beiden Hitzeschilde 40 weisen Durchgangsöffnungen 42 für die Wellen 32 der Rotoren 28 auf. Diese Hitzeschilde 40 sind durch ein Fluid gekühlt und schützen die Drehlager 36 und das Synchrongetriebe 26 vor Hitzeeinflüssen. In den Durchgangsöffnungen 42 (oder auch von der Rotorkammer 18 aus betrachtet dahinter) befinden sich die Wellendichtungen 38.To protect the rotary bearings 36 and also the synchronous gear 26 from thermal influences due to hot gases that flow through the rotary piston engine 10, two heat shields 40 are used, which are arranged within the rotor chamber 18 on the inside of the housing end walls 22. The two heat shields 40 have through openings 42 for the shafts 32 of the rotors 28. These heat shields 40 are cooled by a fluid and protect the pivot bearings 36 and the synchronous gear 26 from the effects of heat. The shaft seals 38 are located in the through openings 42 (or behind them when viewed from the rotor chamber 18).

Eine Draufsicht auf die im Einbauzustand den Gehäusestirnwänden 22 zugewandten und an deren Innenseite anliegenden Kühlkanalseite 44 eines Hitzeschildes 40 zeigt Fig. 4. Die Kühlkanalseite 44 weist zwei Kühlmittel-Sammelkanäle 46, 48 auf, zwischen denen sich mehrere Kühlkanäle 50 befinden, die die beiden Sammelkanäle 46, 48 miteinander verbinden. Die Sammelkanäle 46, 48 sowie die Kühlkanale 50 sind als Nuten in die Kühlkanalseite 44 des Hitzeschilds 40 eingearbeitet. Eine umlaufende Dichtung 51 dichtet die Kühlkanalseite 44 gegenüber der Innenseite der Gehäusestirnwand 22 ab. Die Ausbildung der Kühlkanäle 50 ist so gewählt, dass die hydraulischen Verhältnisse in sämtlichen Kühlkanälen 50 im Wesentlichen identisch sind.A top view of the cooling channel side 44 of a heat shield 40 which faces the housing end walls 22 in the installed state and rests on the inside thereof Fig. 4 . The cooling channel side 44 has two coolant collecting channels 46, 48, between which there are several cooling channels 50, which connect the two collecting channels 46, 48 to one another. The collecting channels 46, 48 and the cooling channels 50 are incorporated as grooves into the cooling channel side 44 of the heat shield 40. A circumferential seal 51 seals the cooling channel side 44 from the inside of the housing end wall 22. The design of the cooling channels 50 is chosen so that the hydraulic conditions in all cooling channels 50 are essentially identical.

Ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine 10 zur Gewinnung elektrischer Energie durch Ausnutzung geringer Differenzdrücke von Gasen, insbesondere von Wasserdampf, ist in Fig. 5 gezeigt. In dieser Figur ist ein Wasserdampfkreislauf 52 gezeigt, bei dem in einem Dampferzeuger 54 Wasserdampf mit dem Druck P1 erzeugt wird. Dieser Wasserdampf gelangt über ein Druckregelventil 56 zu einer den Wasserdampf verarbeitenden Einheit 58, in der sich der Wasserdampf entspannt und kondensiert. Das Kondensat gelangt über die Kondensatleitung 60 zu einer Kesselspeisepumpe 64, die das Kondensat auf den Druckschrift P1 bringt und dem Dampferzeuger 54 zuführt.An example of an application of the rotary piston engine 10 according to the invention for generating electrical energy by utilizing low differential pressures of gases, in particular water vapor, is shown in Fig. 5 shown. This figure shows a steam circuit 52, in which steam is generated at the pressure P1 in a steam generator 54. This water vapor reaches a water vapor processing unit 58 via a pressure control valve 56, in which the water vapor relaxes and condenses. The condensate reaches a boiler feed pump 64 via the condensate line 60, which brings the condensate to the document P1 and supplies it to the steam generator 54.

Parallel zum Druckregelventil 56, bei dem es sich allgemeiner ausgedrückt um eine Druckreduktionsstation handelt, ist die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine 10 geschaltet, der ein weiteres Druckregelventil 66 vorgeschaltet sein kann und/oder zu der parallel auch noch ein Druckregelventil 68 geschaltet sein kann. Ferner ist eine Absperrklappe 70 vorgesehen, die geschlossen wird, wenn die für den Betrieb der Drehkolbenmaschine 10 erforderliche Druckreduktion des Wasserdampfs prozessbedingt nicht zur Verfügung steht. Die Drehkolbenmaschine 10 treibt einen Generator 72 an, um die Druckdifferenz des Wasserdampfs in elektrische Energie umzuwandeln.The rotary piston machine 10 according to the invention is connected parallel to the pressure control valve 56, which, more generally speaking, is a pressure reduction station, which can be connected upstream of a further pressure control valve 66 and/or to which a pressure control valve 68 can also be connected in parallel. Furthermore, a shut-off valve 70 is provided, which is closed if the pressure reduction of the water vapor required for the operation of the rotary piston engine 10 is not available due to the process. The rotary piston engine 10 drives a generator 72 to convert the pressure difference of the water vapor into electrical energy.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Kondensat genutzt, um die Drehkolbenmaschine 10 bzw. die Hitzeschilde 40 der Drehkolbenmaschine 10 zu kühlen. Typischerweise werden auch die Wellendichtungen 38 gekühlt bzw. mit Sperrmedium versorgt. Auch zu diesem Zweck kann das Kondensat eingesetzt werden. Hierfür wird das Kondensat hinter der Kesselspeisepumpe 64 über eine Abzweigleitung 62 abgezweigt und den beiden Kühlplatten der Drehkolbenmaschine 10 zugeführt, um danach in die Kondensatleitung 60 zu gelangen. Sowohl vor als auch hinter den Hitzeschilden 40 können sich in der Abzweigleitung 62 Druckregelventile 74, 76 befinden.As in Fig. 5 shown, the condensate is used to cool the rotary piston engine 10 or the heat shields 40 of the rotary piston engine 10. Typically, the shaft seals 38 are also cooled or supplied with barrier medium. The condensate can also be used for this purpose. For this purpose, the condensate behind the boiler feed pump 64 is branched off via a branch line 62 and fed to the two cooling plates of the rotary piston machine 10 and then into the condensate line 60 reach. Pressure control valves 74, 76 can be located in the branch line 62 both in front of and behind the heat shields 40.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

1010
DrehkolbenmaschineRotary piston engine
1212
GehäuseHousing
1414
GaseinlassöffnungGas inlet opening
1616
GasauslassöffnungGas outlet opening
1818
RotorkammerRotor chamber
2020
GehäuseumfangswandHousing peripheral wall
2222
GehäusestirnwandHousing front wall
2424
Abdeckungcover
2626
SynchrongetriebeSynchronous transmission
2828
Rotorrotor
3030
RotorarmeRotor arms
3232
RotorwelleRotor shaft
3434
Innenseite der GehäuseumfangswandInside of the housing peripheral wall
3636
DrehlagerPivot bearing
3838
WellendichtungShaft seal
4040
HitzeschildHeat shield
4242
DurchgangsöffnungPassage opening
4444
KühlkanalseiteCooling channel side
4646
Sammelkanalcollection channel
4848
Sammelkanalcollection channel
5050
KühlkanalCooling channel
5151
Dichtungpoetry
5252
WasserdampfkreislaufWater vapor cycle
5454
DampferzeugerSteam generator
5656
Regelventilcontrol valve
5858
wasserdampfverarbeitende Einheitsteam processing unit
6060
KondensatleitungCondensate line
6262
Abzweigleitungbranch line
6464
KesselspeisepumpeBoiler feed pump
6666
DruckregelventilPressure control valve
6868
DruckregelventilPressure control valve
7070
AbsperrklappeButterfly valve
7272
Generatorgenerator
7474
DruckregelventilPressure control valve
7676
DruckregelventilPressure control valve

Claims (11)

Drehkolbenmaschine mit - einem Gehäuse (12), das eine Rotorkammer (18) mit einer Gaseinlassöffnung (14) und einer Gasauslassöffnung (16) aufweist, - mindestens zwei Rotoren (28), von denen jeder eine Rotorwelle (32) mit zwei gegenüberliegenden Axialenden und mit mindestens zwei radial abstehenden Rotorarmen (30) aufweist, wobei die Rotorarme (30) über den Umfang der Rotorwelle (32) gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die Rotorarme (30) der Rotoren (28) ineinander greifen und dabei gasdicht aneinanderliegen, - wobei das Gehäuse(12) zwei Gehäusestirnwände (22) mit Lagern (36) für die Axialenden der Rotorwellen (32) und zwischen diesen eine die Rotoren (28) umgebende Gehäuseumfangswand (20) aufweist, in der die Gaseinlassöffnung (14) und die Gasauslassöffnung (16) angeordnet sind, wobei die Innenseite (34) der Gehäuseumfangswand (20) zwischen der Gaseinlassöffnung (14) und der Gasauslassöffnung (16) und beidseitig der Gaseinlassöffnung (14) und der Gasauslassöffnung (16) zylindrisch ausgebildet ist und wobei sich die Rotorarme (30) bei Rotation der Rotoren (28) gasdicht an der Innenseite (34) der Gehäuseumfangswand (22) entlang bewegen, - einem außerhalb der Rotorkammer (18) angeordneten Synchrongetriebe (26) zur synchronen Rotation jeweils ineinandergreifender Rotoren (28) in zueinander entgegengesetzter Richtung, - zwei die Lager (36) der Rotorwellen (32) in den Gehäusestirnwänden (22) vor Hitze des Gases schützende fluidgekühlte Hitzeschilde (40), die innerhalb der Rotorkammer (18) innen an den Gehäusestirnwänden (22) angeordnet sind. Rotary piston machine with - a housing (12) which has a rotor chamber (18) with a gas inlet opening (14) and a gas outlet opening (16), - at least two rotors (28), each of which has a rotor shaft (32) with two opposite axial ends and with at least two radially projecting rotor arms (30), the rotor arms (30) being arranged evenly distributed over the circumference of the rotor shaft (32). and the rotor arms (30) of the rotors (28) interlock and lie against each other in a gas-tight manner, - wherein the housing (12) has two housing end walls (22) with bearings (36) for the axial ends of the rotor shafts (32) and between these a housing peripheral wall (20) surrounding the rotors (28), in which the gas inlet opening (14) and the Gas outlet opening (16) are arranged, wherein the inside (34) of the housing peripheral wall (20) between the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) and on both sides of the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) is cylindrical and wherein the Move the rotor arms (30) along the inside (34) of the housing peripheral wall (22) in a gas-tight manner when the rotors (28) rotate, - a synchronous gear (26) arranged outside the rotor chamber (18) for the synchronous rotation of interlocking rotors (28) in opposite directions, - two fluid-cooled heat shields (40) which protect the bearings (36) of the rotor shafts (32) in the housing end walls (22) from the heat of the gas and which are arranged inside the rotor chamber (18) on the inside of the housing end walls (22). Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hitzeschild (40) dieses durchziehende Kühlkanäle (50) aufweist, die sich zwischen einem eingangsseitigen Sammelkanal (46) und einem ausgangsseitigen Sammelkanal (48) erstrecken und deren Formgebung in untereinander zu gleichen hydraulischen Druckverhältnissen führt.Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that each heat shield (40) has cooling channels (50) running through it, which extend between an inlet-side collecting channel (46) and an outlet-side collecting channel (48) and their shape leads to the same hydraulic pressure conditions. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hitzeschild (40) pro Rotor (28) eine Durchgangsöffnung (42) für ein Axialende der Rotorwelle (32) des betreffenden Rotors (28) aufweist, dass der eingangsseitige Sammelkanal (46) und der ausgangsseitige Sammelkanal (48) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Durchgangsöffnungen (42) angeordnet sind und dass die Kühlkanäle (50) um die Durchgangsöffnungen (42) herum verlaufen.Rotary piston machine according to claim 2, characterized in that each heat shield (40) per rotor (28) has a through opening (42) for an axial end of the rotor shaft (32) of the relevant rotor (28), that the input-side collecting channel (46) and the output-side Collecting channel (48) are arranged on opposite sides of the through openings (42) and that the cooling channels (50) run around the through openings (42). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (36) für die Axialenden der Rotorwellen (32) der Rotoren (28) mit Labyrinth- oder Kühlring- oder Gleitring- oder Schwimmring- oder Stopfbuchsdichtungen (38) versehen sind.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bearings (36) for the axial ends of the rotor shafts (32) of the rotors (28) are provided with labyrinth or cooling ring or slide ring or floating ring or stuffing box seals (38). . Verwendung einer Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Kompensation eines Gases, indem die Rotorwelle (32) eines der Rotoren (28) durch eine Maschine, insbesondere durch eine elektrische Maschine, drehend angetrieben wird.Use of a rotary piston machine according to one of claims 1 to 4 for compensating for a gas by rotating the rotor shaft (32) of one of the rotors (28) by a machine, in particular by an electric machine. Verwendung einer Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Erzeugung mechanischer Energie durch Entspannen eines unter Druck stehenden Gases, insbesondere eines unter Druck stehenden Wasserdampfs, indem das Gas durch die Gaseintrittsöffnung (14) in die Rotorkammer (18) gelangt und jeder Rotor (28) zwischen jeweils zwei seiner in Rotationsrichtung aufeinanderfolgenden Rotorarme (30) und der Innenseite (34) der Gehäuseumfangswand (20) ein Gasvolumen einschließt und dieses somit von der Gaseinlassöffnung (14) zur Gasauslassöffnung (16) überführt wird, wobei die Rotationsenergie mindestens einer der Rotorwellen (32) die aus dem Entspannen des Gases resultierende mechanische Energie ist.Use of a rotary piston machine according to one of claims 1 to 4 for generating mechanical energy by expanding a pressurized gas, in particular a pressurized water vapor, in that the gas passes through the gas inlet opening (14) into the rotor chamber (18) and each rotor (28 ) between two of its rotor arms (30) which follow one another in the direction of rotation and the inside (34) of the housing peripheral wall (20) encloses a gas volume and this is thus transferred from the gas inlet opening (14) to the gas outlet opening (16), the rotational energy of at least one of the rotor shafts (32) is the mechanical energy resulting from the expansion of the gas. Verwendung einer Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Generator (72) zur Erzeugung von Elektrizität aus mechanischer Energie, wobei der Generator (72) in Wirkverbindung mit mindestens einer der Rotorwellen steht.Use of a rotary piston engine according to claim 6, characterized by a generator (72) for generating electricity from mechanical energy, the generator (72) being in operative connection with at least one of the rotor shafts. Wasserdampf erzeugende und durch Wasserdampf zu betreibende oder Wasserdampf verarbeitende Anlage mit, - einem Wasserdampferzeuger (54) zur Erzeugung von Wasserdampf mit einem Druck, der höher ist als der Druck des Wasserdampfes zum Betreiben der Anlage oder des zu verarbeitenden Wasserdampfes, - einer mit Wasserdampf zu betreibenden Einheit (58) oder einer Wasserdampf verarbeitenden Einheit (58), - einer Druckreduktionsstation (56) zwischen dem Wasserdampferzeuger (54) und der mit Wasserdampf zu betreibenden oder Wasserdampf verarbeitenden Einheit (58) und - einer Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu der Druckreduktionsstation (56) geschaltet ist. System that generates water vapor and is operated by water vapor or processes water vapor, - a steam generator (54) for generating steam with a pressure that is higher than the pressure of the steam for operating the system or the steam to be processed, - a unit (58) to be operated with steam or a unit (58) that processes steam, - a pressure reduction station (56) between the steam generator (54) and the unit (58) to be operated with steam or to process steam and - A rotary piston machine according to one of claims 1 to 5, which forms the pressure reduction station or is connected in parallel to the pressure reduction station (56). Mit unter Druck stehendem Gas zu betreibende Anlage mit - einer Einheit (58), die mit dem unter Druck stehenden Gas zu betreiben ist oder dieses verarbeitet, - einer der Einheit (58) vorgeschalteten Druckreduktionsstation (56) zur Reduktion des unter Druck stehenden Gases auf einen für den Betrieb der oder für die Verarbeitung in der Einheit (58) geeigneten Wert und - einer Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die die Druckreduktionsstation bildet oder parallel zu der Druckreduktionsstation (56) geschaltet ist. System to be operated with pressurized gas - a unit (58) which is to be operated with or processes the pressurized gas, - a pressure reduction station (56) upstream of the unit (58) for reducing the pressurized gas to a value suitable for the operation of or for processing in the unit (58) and - A rotary piston machine according to one of claims 1 to 5, which forms the pressure reduction station or is connected in parallel to the pressure reduction station (56). Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gas zu betreibende oder das Gas verarbeitende Einheit (58) einen Verdichter aufweist.Plant according to claim 9, characterized in that the unit (58) to be operated with the gas or to process the gas has a compressor. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gas zu betreibende oder das Gas verarbeitende Einheit (58) einen Hochofen aufweist, dem von dem Verdichter verdichtetes Gas zuführbar ist.Plant according to claim 10, characterized in that the unit (58) to be operated with the gas or to process the gas has a blast furnace to which gas compressed by the compressor can be supplied.
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