WO2018068883A1 - System zur durchführung eines thermodynamischen kreisprozesses und verfahren zum betreiben eines solchen systems - Google Patents

System zur durchführung eines thermodynamischen kreisprozesses und verfahren zum betreiben eines solchen systems Download PDF

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WO2018068883A1
WO2018068883A1 PCT/EP2017/001165 EP2017001165W WO2018068883A1 WO 2018068883 A1 WO2018068883 A1 WO 2018068883A1 EP 2017001165 W EP2017001165 W EP 2017001165W WO 2018068883 A1 WO2018068883 A1 WO 2018068883A1
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WO
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lubricant
bearing
temperature
storage temperature
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PCT/EP2017/001165
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Mathias Müller
Jens Niemeyer
Daniel Stecher
Original Assignee
Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids

Definitions

  • the invention relates to a system for carrying out a thermodynamic cycle and a method for operating such a system.
  • Such a system has in particular an expansion device with at least one
  • Expansion device must be provided a sufficiently large amount of lubricant per unit time, in the lower load range of the expansion device more lubricant than necessary directed to the bearing point.
  • Expansion device does not contribute to the performance of the system. It therefore represents a paraterer heat sink in the evaporator, which deprives the system performance and thus reduces the efficiency. There is therefore a need for a reduction, in particular
  • the invention is therefore based on the object, a system for carrying out a
  • the object is achieved in particular by further developing a system of the type mentioned above such that it has a bearing temperature measuring device which is set up for measuring a bearing temperature of the at least one bearing point, wherein the
  • Lubrication device has an adjusting device which is adapted to set one of the at least one bearing point - in particular per unit time - supplied amount of lubricant.
  • the system further comprises a control device, which is operatively connected to the bearing temperature measuring device and with the adjusting device and arranged to supply the adjusting device for adjusting the at least one bearing point
  • Power output and the efficiency of the system can be increased in this way, especially because in the partial load range of the expansion device, the amount of lubricant delivered to the bearing point can be significantly reduced. At the same time, this reduction results in a reduced power consumption for conveying the lubricant
  • the system preferably has a working medium circuit along which a working medium is conveyed.
  • the working fluid circuit in particular in the order specified in the flow direction of the working medium in the working fluid circuit - a working media conveyor, an evaporator, an expansion device and a capacitor.
  • the working medium conveyor liquid working medium is conveyed to the evaporator, in which the working medium is heated and in particular evaporated.
  • the vaporous working fluid continues to flow to the expander where it is expanded, performing mechanical work on the expander.
  • an output shaft of the working medium in particular in the order specified in the flow direction of the working medium in the working fluid circuit - a working media conveyor, an evaporator, an expansion device and a capacitor.
  • Expansion device can be driven, which can be drive-connected, for example, with an electric machine, in particular a generator for generating electrical power, or mechanically operatively connected to an internal combustion engine to assist the internal combustion engine, in particular to provide additional torque for the internal combustion engine.
  • an electric machine in particular a generator for generating electrical power
  • mechanically operatively connected to an internal combustion engine to assist the internal combustion engine, in particular to provide additional torque for the internal combustion engine.
  • This is preferably a
  • thermodynamic cycle is used.
  • the relaxed working medium flows from the expansion device further to the condenser, where it is cooled and in particular re-liquefied. From the condenser, the liquid working fluid flows back to the working fluid conveyor so that the working fluid circuit is totally closed.
  • the system is preferably set up to carry out an organic Rankine cycle (Organic Rankine Cycle - ORC) and is thus operated in particular with an organic working medium.
  • the working medium can be, for example, ethanol, an ethanol-water mixture, a fluorohydrocarbon, a chlorofluorohydrocarbon, and / or another organic working medium.
  • the invention also includes an arrangement which such a system of here
  • a bearing is in particular a bearing for a movable element of
  • the bearing may in particular be a sliding bearing, a roller bearing, in particular a ball bearing or a cylindrical roller bearing, or another suitable bearing.
  • the storage temperature measuring device is preferably for direct measurement of
  • Storage temperature set up directly at the storage location it is possible, in particular, for the bearing temperature measuring device to have a thermocouple which is fastened, in particular attached or screwed, to an outer ring of a bearing, for example a cylindrical roller bearing. But it is also possible that the storage temperature measuring device is set up to measure the storage temperature indirectly, for example by measuring a fluid temperature, for example, the lubricant temperature, in a spatial environment of the bearing. A non-contact measurement of the storage temperature by the storage temperature measuring device is possible, this example as
  • Pyrometer can be designed.
  • the adjusting device preferably has at least one control valve or control valve or is designed as an adjusting or control valve, wherein the adjusting device is particularly adapted to change a flow cross-section of a lubricant line for the lubricant and thus set the per unit time of at least one bearing point supplied amount of lubricant.
  • One of the bearing point per unit time supplied amount of lubricant is understood in particular a volume flow of the lubricant.
  • control device is provided that the control device
  • the desired storage temperature is preferably chosen so that it represents an upper limit for an allowable storage temperature, whereby the bearing point supplied amount of lubricant is minimized.
  • the desired storage temperature is preferably selected as a function of at least one operating parameter of the expansion device, in particular depending on one Speed and / or a load of the expansion device, wherein the desired storage temperature can be read in particular from a map. In this way it can be ensured that the bearing is fed at any time in the operation of the expansion device just such a quantity of lubricant that is sufficient to keep the storage temperature at the upper permissible limit. In any case, the depository will no longer be
  • the system comprises at least one lubricant temperature measuring device which is adapted to measure a lubricant temperature of the lubricant, wherein the Schmierffentemperatur- measuring device is operatively connected to the control device, and wherein the control device is arranged to by driving the Regulator to maintain the lubricant temperature below a predetermined lubricant temperature limit.
  • the lubricant temperature is preferably at a lubricant outlet of the bearing and / or at a lubricant outlet of the
  • the lubricant temperature is limited to the predetermined lubricant temperature limit, wherein, if necessary, in particular the intended for the control of the storage temperature setpoint, that is, the target storage temperature, by the predetermined
  • Lubricant temperature limit is determined in response to a pressure in a working space of the expansion device.
  • the pressure in the working space at the same time determines a pressure in the at least one bearing point and thus also a vapor pressure of dissolved in the lubricant or mixed with the lubricant working fluid. It remains in the operation of the system is not sufficient that the lubricant is contaminated to some extent with working fluid, so that the at least one bearing point is acted upon with a mixture of lubricant and working fluid.
  • Lubricant temperature limit is now chosen so that, depending on the pressure is avoided in the working space, that merges in the lubricant or mixed with the lubricant working fluid into the gas phase, which would lead to blistering at the lubrication point, that is the bearing point, and would affect or destroy the lubricating film. This could ultimately lead to damage to the bearing and thus also the expansion device, which is advantageously avoided by suitable definition of the predetermined lubricant temperature limit. Ultimately, therefore, a supercooling of the lubricant / working fluid mixture is achieved at the at least one bearing point.
  • control device is provided that the control device
  • the amount of lubricant is thus limited independently of the storage temperature control to the predetermined minimum amount of lubricant that is chosen such that a lack of lubrication is reliably avoided.
  • the expansion device has a plurality of bearing points, wherein the bearing points in groups or individually each associated with an adjusting device, wherein the control device is arranged to each of the various bearings of the plurality of bearings supplied
  • Storage can be supplied individually and separately as needed with lubricant. It is preferred for each group of bearings or for each bearing each one
  • Storage temperature measuring device provided, which is operatively connected to the control device.
  • the expansion device is designed as a screw expander having a main rotor and a secondary rotor and a high pressure side and a secondary pressure side.
  • the adjusting device is set up for - preferably separate - setting a supplied amount of lubricant to a) a high-pressure side bearing of the main rotor, b) a low-pressure side bearing of the main rotor, and c) a high-pressure side bearing of the secondary rotor.
  • the control device is set up for adjusting the amount of lubricant supplied exclusively to the bearing points specified here.
  • the control device is not set up to supply a low-pressure side bearing of the secondary rotor
  • Screw expander mainly the high-pressure side bearings of the main rotor and the secondary rotor, and the low-pressure side bearing of the main rotor are loaded.
  • the low-pressure side bearing of the secondary rotor is loaded significantly less and therefore has from the outset, even in the full load range, only a small lubricant requirement, so that a control or regulation of the lubricant supply to this bearing not worthwhile.
  • the high-pressure side bearings of the main rotor and the secondary rotor and the low-pressure side bearing of the main rotor are designed as cylindrical roller bearings.
  • the low-pressure side bearing of the secondary rotor is designed as a needle bearing. In that regard, it has also been shown in particular that no high forces must be supported on the low-pressure side bearing of the secondary rotor. This is especially the case when only the main rotor low pressure side with the output shaft of the
  • Expansion device - preferably via a gear - is mechanically drive-connected.
  • the expansion device may alternatively also be designed as a turbine, as a reciprocating piston engine, as a scroll expander, as a root expander or in another suitable manner.
  • the object is also solved by a method for operating a system for
  • thermodynamic cycle in particular a system according to one of the embodiments described above, is provided, wherein a
  • Storage temperature is detected for at least one bearing point of an expansion device of the system, and wherein one of the at least one bearing point supplied amount of lubricant is adjusted in dependence on the detected storage temperature.
  • the storage temperature of the at least one bearing point is regulated to a predetermined desired storage temperature.
  • a lubricant temperature of the lubricant in particular at a lubricant outlet of the bearing and / or the expansion device, detected, wherein the Lubricant temperature is kept below a predetermined lubricant temperature limit.
  • the lubricant temperature limit value is preferably determined as a function of a pressure in a working space of the expansion device.
  • the amount of lubricant supplied to the at least one bearing point is maintained at or above a predetermined minimum lubricant quantity. According to one embodiment of the invention, it is provided that a predetermined
  • Lubricant amount which is supplied to the at least one bearing point is used down / are.
  • Lubricant temperature does not reach an unacceptably high value, and / or that no
  • Downstream of the predetermined lubricant temperature limit for limiting the amount of lubricant which is supplied to the at least one bearing point also represents a redundancy for the monitoring of the storage temperature, whereby the method is particularly safe.
  • the description of the system on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to one another.
  • Procedural steps that have been explained explicitly or implicitly in the context of the system are preferably individually or combined with each other steps of a preferred embodiment of the method.
  • Features of the system that have been explained explicitly or implicitly in the context of the method are preferably individually or combined features of a preferred embodiment of the system.
  • the method is preferably characterized by at least one method step, which is due to at least one feature of an inventive or preferred embodiment of the system.
  • the system is preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one step of an inventive or preferred embodiment of the method.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
  • the single figure shows a schematic representation of an embodiment of a system for
  • the single FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of a system 1 for performing a thermodynamic cycle and also a
  • thermodynamic cycle is available.
  • the system 1 has a working medium circuit 7 which, viewed in particular in the order indicated in the flow direction of a working medium along the working medium circuit 7, has the following elements: a working medium conveying device 9;
  • the system 1 is preferably configured to carry out an organic Rankine cycle (Organic Rankine Cycle - ORC) on an organic working medium.
  • the working medium is preferably conveyed in the liquid phase through the working medium conveyor 9 to the evaporator 1 1, in which it is heated and in particular evaporated.
  • the vaporous working medium continues to flow to the expansion device 13, in which it is expanded, doing mechanical work on the expansion device 13.
  • the expanded working fluid continues to flow to the condenser 15, where it is cooled and in particular condensed again, whereupon it flows from the condenser 15 back to the working medium conveyor 9, so that the working medium circuit 7 is closed.
  • the internal combustion engine 5 is in particular thermally operatively connected to the evaporator 11, preferably in such a way that the exhaust gas and / or coolant of the internal combustion engine 5 flows / flow through the evaporator 11 and is there in thermal contact with the working fluid of the working fluid circuit 7.
  • the expansion device 13 is preferably drive-connected in an unillustrated manner with an electric machine for generating electrical power, or it is mechanically operatively connected to the internal combustion engine 5, so that they support the internal combustion engine 5 during operation and this can in particular supply an additional torque.
  • the expansion device 13 has at least one bearing point, here three only schematically indicated bearings 17, 17 ', 17 “on each bearing 17, 17', 17” each bearing temperature measuring device 19, 19 ', 19 "is assigned, wherein the storage temperature - Measuring devices 19,, 19 ', 19 "are each adapted to measure a storage temperature of their respective associated bearings 17, 17', 17".
  • the system 1 also has a lubricating device 21 which is adapted to the bearings 17, 17th ', 17 "lubricant supply.
  • the lubrication device 21 for each of the bearings 17, 17 ', 17 in each case an associated actuating device 23, 23', 23", wherein the adjusting devices 23, 23 ', 23 "are arranged to one of the respectively associated bearing point 17th , 17 ', 17 "fed
  • the system 1 also has a control device 25 which is operatively connected to the bearing temperature measuring devices 19, 19 ', 19 "and to the actuating devices 23, 23', 23" in a manner not explicitly shown here for reasons of clarity, the FIGS Control device 25 is also set up to the
  • Working medium circuit 7 can be reduced, so that in the evaporator 1 1 as parasitic
  • Heat sink acting lubricant content can be reduced.
  • the lubricating device 21 preferably has a reservoir 27 for the lubricant, wherein the expansion device 13 supplied lubricant is removed from the reservoir 27 and the expansion device 13 is supplied via a lubricant supply path 29, wherein the lubricant flow path 29 is divided here to three lubricant floods, each to the bearings 17, 17 ', 17 "lead, and in which the adjusting devices 23, 23', 23" are arranged.
  • the lubricating device 21 also has a Lubricant return path 31, along the lubricant from a lubricant outlet 33 of the expansion device 13 can be reclaimed into the collecting container 27, wherein for this purpose a lubricant conveyor 35 is provided in the lubricant return path 31.
  • a power consumption of the lubricant delivery device 35 can be reduced if the amount of lubricant supplied to the bearings 17, 17 ', 17 "is at least temporarily reduced, Furthermore, the volume of the collection container 27 can be lower because there is less lubricant required for lubrication of the
  • the collecting container 27 can thus be designed to be smaller overall, whereby not only space is saved, but also the dynamics of the system 1 increases.
  • Lubricant which enters the working medium circuit 7 in the expansion device 13 and is conveyed along this circuit with the working medium is preferably separated downstream of the evaporator 11 and upstream of the expansion device 13 in a separating device 37 from the vaporous working medium and the
  • valve device 39 for example, for the purpose of a lubricant
  • a bypass path 41 is provided around the expansion device 13, via which the working medium can be guided along the working fluid circuit 7, bypassing the expansion device 13, in certain operating states, for example when starting up or shutting down the system 1.
  • the control device 25 is in particular configured to increase the storage temperature of the bearings 17, 17 ', 17 "by actuating the actuators 23, 23', 23" as actuators to a predetermined desired bearing temperature - preferably for each bearing 17, 17 ', 17 ".
  • the predetermined desired storage temperature can be determined in particular as a function of at least one parameter of the expansion device 13, in particular as a function of a rotational speed and / or a load thereof, in particular read out from a characteristic field.
  • the system 1 also preferably has at least one lubricant temperature measuring device 43 which is set up for measuring a lubricant temperature of the lubricant, here in particular in the region of the lubricant outlet 33, wherein the
  • Lubricant temperature measuring device 43 is operatively connected to the control device 25.
  • the control device 25 is set up in this case in order to keep the lubricant temperature below a predetermined lubricant temperature limit value by activating the actuating devices 23, 23 ', 23 "This serves, on the one hand, for redundancy in the temperature monitoring, in particular in the event of a failure or an error in the measurement Storage temperature, on the other hand can be ensured so that the lubricant in the
  • Expansion device 13 in particular at the bearing points 17, 17 ', 17 ", is undercooled in the sense that none of the lubricant encompassed Hämedien- shares outgas in the expansion device 13.
  • the lubricant temperature limit value as a function of a pressure in a working space of the expansion device 13 is determined, depending on a pressure on a low pressure side of the expansion device 13, because there the boiling point for the working medium lubricant mixture is lower than on a high pressure side
  • Different pressure ranges of the expansion device 13, in particular for a high pressure side and for a low pressure side, different lubricant temperature limit values are determined, in which case the lubricant temperature for the
  • control device 25 is set up to supply the quantities of lubricant supplied to the bearing points 17, 17 ', 17 "by activating the
  • Actuators 23, 23 ', 23 "to keep on or above a predetermined minimum amount of lubricant .Thus, a lack of lubrication and consequent damage to the expansion device 13 can be avoided very efficiently.
  • the expansion device 13 is particularly preferably designed as a screw expander having a main rotor 45 schematically indicated here and a secondary rotor 47.
  • the screw expander has a high-pressure side 49 and a low-pressure side 51.
  • the first bearing 17 is preferably a high-pressure side bearing of the
  • Main rotor 45 the second bearing 17 'is preferably a high pressure side bearing of the sub rotor 47, and the third bearing 17 "is preferably a low pressure side bearing of the main rotor 45.
  • a low pressure side bearing of the sub rotor 47 preferably assigned no lubricant supply, via which a zugebowte
  • Quantity of lubricant is adjustable.
  • actuating devices 23, 23 ', 23 "for monitoring the quantities of lubricant supplied are each assigned a respective volume flow measuring device 53, 53', 53".
  • Lubricant amount is set depending on the respective detected storage temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses mit einer wenigstens eine Lagerstelle (17, 17', 17") aufweisenden Expansionseinrichtung (13); einer Lagertemperatur-Messeinrichtung (19,19', 19"), eingerichtet zur Messung einer Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17"), und mit einer Schmiereinrichtung (21), eingerichtet zur Zuführung von Schmiermittel zu der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17"), wobei die Schmiereinrichtung (21) eine Stelleinrichtung (23, 23 ',23") aufweist, die eingerichtet ist, um eine der wenigstens einen Lagerstelle (17,17', 17") zugeführte Schmiermittelmenge einzustellen, und mit einer Steuereinrichtung (25), die mit der Lagertemperatur-Messeinrichtung (19,19', 19") und mit der Stelleinrichtung (23,23',23") wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Stelleinrichtung (23,23 \23") zur Einstellung der der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17") zugeführten Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der Lagertemperatur anzusteuern.

Description

BESCHREIBUNG System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems
Die Erfindung betrifft ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesseses sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems.
Ein solches System weist insbesondere eine Expansionseinrichtung mit wenigstens einer
Lagerstelle auf, wobei eine Schmiereinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist zur Zuführung eines Schmiermittels zu der wenigstens einen Lagerstelle. Dabei wird der Lagerstelle
typischerweise eine konstante Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit zugeführt, unabhängig von einem Betriebszustand oder einem momentanen Schmiermittelbedarf der Expansionseinrichtung. Da jedoch für einen Hochlast- und/oder Hochtemperaturbereich des Betriebs der
Expansionseinrichtung eine ausreichend große Menge an Schmiermittel pro Zeiteinheit bereitgestellt werden muss, wird im unteren Lastbereich der Expansionseinrichtung mehr Schmiermittel als notwendig zu der Lagerstelle geleitet. Diese unnötig große
Schmiermittelmenge wirkt kühlend auf ein Arbeitsmedium des Systems in der
Expansionseinrichtung und reduziert daher die Leistungsausbeutung und den Wirkungsgrad des Systems. Zusätzlich gelangt Schmiermittel von der Lagerstelle in einen Arbeitsraum der
Expansionseinrichtung und damit auch in einen Arbeitsmedienkreislauf des Systems, wo das Schmiermittel gemeinsam mit dem Arbeitsmedium umläuft und insbesondere auch gemeinsam mit dem Arbeitsmedium in einem Verdampfer des Systems erwärmt wird. Während dabei das Arbeitsmedium verdampft wird, bleibt das Schmiermittel flüssig und kann in der
Expansionseinrichtung nicht zur Leistungsausbeute des Systems beitragen. Es stellt daher in dem Verdampfer eine paraterer Wärmesenke dar, die dem System Leistung entzieht und damit den Wirkungsgrad mindert. Es besteht daher Bedarf an einer Verringerung, insbesondere
Minimierung der Schmiermittelmenge, welche im Betrieb des Systems der wenigstens einen Lagerstelle zugeführt wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Durchfuhrung eines
thermodynamischen Kreisprozesses sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein System der zuvor angesprochenen Art derart weitergebildet wird, dass es eine Lagertemperatur-Messeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Messung einer Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle, wobei die
Schmiereinrichtung eine Stelleinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um eine der wenigstens einen Lagerstelle - insbesondere pro Zeiteinheit - zugeführte Schmiermittelmenge einzustellen. Dabei weist das System weiter eine Steuereinrichtung auf, die mit der Lagertemperatur- Messeinrichtung und mit der Stelleinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Stelleinrichtung zur Einstellung der der wenigstens einen Lagerstelle zugeführten
Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der Lagertemperatur anzusteuern. Auf diese Weise wird es möglich, die der Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge von einem insbesondere momentanen, tatsächlichen Schmiermittelbedarf der Expansionseinrichtung abhängig zu wählen, sodass der Lagerstelle kein überschüssiges, eigentlich nicht benötigte Schmiermittel mehr zugeführt wird. Dies reduziert die kühlende Wirkung des Schmiermittels auf das Arbeitsmedium in der Expansionseinrichtung insbesondere im Teil- und Niedriglastbereich und verringert auch die Menge an mit dem Arbeitsmedium in dem Arbeitsmedienkreislauf umlaufendem
Schmiermittel, sodass der mit dem Effekt des als parasitäre Wärmesenke wirkenden
Schmiermittels in dem Verdampfer verbundene Leistungsverlust minimiert wird. Die
Leistungsausbeute und der Wirkungsgrad des Systems können auf diese Weise gesteigert werden, insbesondere weil im Teillastbereich der Expansionseinrichtung die zu der Lagerstelle geförderte Schmiermittelmenge deutlich reduziert werden kann. Dies Reduktion bewirkt zugleich eine reduzierte Leistungsaufnahme einer zur Förderung des Schmiermittels
vorgesehenen Schmiermittel-Fördereinrichtung, und eine Reduzierung der Fluidreibung in der wenigstens einen Lagerstelle. Dies führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Leistungsausbeute und des Wirkungsgrads des Systems. Zusätzlich kann ein Totvolumen der Schmiereinrichtung verringert werden, da ein Sammelbehälter für das Schmiermittel aufgrund der im Teillastbereich reduzierten umlaufenden Schmiermittelmenge kleiner ausgelegt werden kann. Somit verbessert sich auch das dynamische Verhalten des Systems, und dessen Komponenten- und/oder
Bauraumbedarf wird verringert.
Wie bereits angesprochen, weist das System bevorzugt einen Arbeitsmedienkreislauf auf, entlang dessen ein Arbeitsmedium gefördert wird. Dabei weist der Arbeitsmedienkreislauf - insbesondere in der angegebenen Reihenfolge in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in dem Arbeitsmedienkreislauf gesehen - eine Arbeitsmedien-Fördereinrichtung, einen Verdampfer, eine Expansionseinrichtung und einen Kondensator auf. Durch die Arbeitsmedien- Fördereinrichtung wird flüssiges Arbeitsmedium zu dem Verdampfer gefördert, in welchem das Arbeitsmedium erhitzt und insbesondere verdampft wird. Das dampfförmige Arbeitsmedium strömt weiter zu der Expansionseinrichtung, wo es entspannt wird, wobei es mechanische Arbeit an der Expansionseinrichtung leistet. Dabei kann insbesondere eine Abtriebswelle der
Expansionseinrichtung angetrieben werden, die beispielsweise mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Generator, zur Erzeugung elektrischer Leistung antriebswirkverbunden sein kann, oder die mit einer Brennkraftmaschine mechanisch wirkverbundenen sein kann, um die Brennkraftmaschine zu unterstützen, insbesondere um ein zusätzliches Drehmoment für die Brennkraftmaschine bereitzustellen. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine
Brennkraftmaschine, deren Abwärme in dem System für die Durchführung des
thermodynamischen Kreisprozesses genutzt wird. Das entspannte Arbeitsmedium strömt von der Expansionseinrichtung weitere zu dem Kondensator, wo es gekühlt und insbesondere wieder verflüssigt wird. Von dem Kondensator strömt das flüssige Arbeitsmedium zurück zu der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung, sodass der Arbeitsmedienkreislauf insgesamt geschlossen ist.
Das System ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine- Kreisprozesses (Organic Rankine Cycle - ORC) und wird insofern insbesondere mit einem organischen Arbeitsmedium betrieben. Das Arbeitsmedium kann beispielsweise Ethanol, ein Ethanol-Wasser-Gemisch, ein Fluorkohlenwasserstoff, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, und/oder ein anderes organisches Arbeitsmedium sein. Zur Erfindung gehört auch eine Anordnung, welche ein derartiges System der hier
angesprochenen Art sowie eine Brennkraftmaschine aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit dem System thermisch derart wirkverbunden ist, dass Abwärme der Brennkraftmaschine in dem System für die Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses nutzbar ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass dem Verdampfer des Arbeitsmedienkreislaufs Abwärme aus Abgas und/oder einem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Unter einer Lagerstelle wird insbesondere ein Lager für ein bewegliches Element der
Expansionseinrichtung verstanden, insbesondere ein Rotorlager, ein Getriebelager, ein
Wellenlager, oder dergleichen. Bei der Lagerstelle kann es sich insbesondere um ein Gleitlager, ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager oder ein Zylinderrollenlager, oder ein anderes geeignetes Lager handeln. Die Lagertemperatur-Messeinrichtung ist vorzugsweise zur direkten Messung der
Lagertemperatur unmittelbar an der Lagerstelle eingerichtet. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Lagertemperatur-Messeinrichtung ein Thermoelement aufweist, welches an einem Außenring eines Lagers, beispielsweise eines Zylinderrollenlagers, befestigt, insbesondere angeheftet oder eingeschraubt, ist. Es ist aber auch möglich, dass die Lagertemperatur- Messeinrichtung eingerichtet ist, um die Lagertemperatur indirekt zu messen, beispielsweise durch Messung einer Medientemperatur, beispielsweise der Schmiermitteltemperatur, in einer räumlichen Umgebung der Lagerstelle. Auch eine berührungslose Messung der Lagertemperatur durch die Lagertemperatur-Messeinrichtung ist möglich, wobei diese beispielsweise als
Pyrometer ausgebildet sein kann.
Die Stelleinrichtung weist vorzugsweise wenigstens eine Stellventil oder Regelventil auf oder ist als Stell- oder Regelventil ausgebildet, wobei die Stelleinrichtung insbesondere eingerichtet ist, um einen Durchflussquerschnitt einer Schmiermittelleitung für das Schmiermittel zu verändern und damit die pro Zeiteinheit der wenigstens einen Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge einzustellen. Unter einer der Lagerstelle pro Zeiteinheit zugeführte Schmiermittelmenge wird insbesondere ein Volumenstrom des Schmiermittels verstanden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung
eingerichtet ist, um die Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle durch Ansteuern der Stelleinrichtung als Stellglied auf eine vorbestimmte Soll-Lagertemperatur zu regeln. Die Soll- Lagertemperatur wird dabei bevorzugt so gewählt, dass sie eine obere Grenze für eine zulässige Lagertemperatur darstellt, wodurch die der Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge minimiert wird. Die Soll-Lagertcmperatur wird bevorzugt abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter der Expansionseinrichtung gewählt, insbesondere abhängig von einer Drehzahl und/oder einer Last der Expansionseinrichtung, wobei die Soll-Lagertemperarur insbesondere aus einem Kennfeld ausgelesen werden kann. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Lagerstelle zu jedem Zeitpunkt im Betrieb der Expansionseinrichtung gerade eine solche Schmiermittelmenge zugeführt wird, die ausreicht, um die Lagertemperatur an der zulässigen oberen Grenze zu halten. Somit wird der Lagerstelle jedenfalls nicht mehr
Schmiermittel zugeführt, als für einen sicheren Betrieb des Systems nötig ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das System wenigstens eine Schmiermitteltemperatur-Messeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Messung einer Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels, wobei die Schmiermitteltemperatur- Messeinrichtung mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um durch Ansteuern der Stelleinrichtung die Schmiermitteltemperatur unter einem vorbestimmten Schmiermitteltemperatur-Grenzwert zu halten. Hierdurch kann
insbesondere eine Redundanz zu der Erfassung der Lagertemperatur geschaffen werden, wobei selbst bei einem Ausfall oder einem Fehler der Lagertemperaturmessung gewährleistet werden kann, dass die Schmiermitteltemperatur und damit zugleich auch die Lagertemperatur eine vorbestimmte Obergrenze nicht überschreiten. Die Schmiermitteltemperatur wird bevorzugt an einem Schmiermittelablauf der Lagerstelle und/oder an einem Schmiermittelablauf der
Expansionseinrichtung gemessen. Mithilfe der beschriebenen Vorgehensweise wird die
Schmiermitteltemperatur in jedem Fall auf den vorbestimmten Schmiermitteltemperatur- Grenzwert begrenzt, wobei nötigenfalls insbesondere der für die Regelung der Lagertemperatur vorgesehene Sollwert, das heißt die Soll-Lagertemperatur, durch den vorbestimmten
Schmiermitteltemperatur-Grenzwert überschrieben wird, um die Schmiermitteltemperatur zu begrenzen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vorbestimmte
Schmiermitteltemperatur-Grenzwert in Abhängigkeit von einem Druck in einem Arbeitsraum der Expansionseinrichtung bestimmt wird. Der Druck in dem Arbeitsraum bestimmt dabei zugleich einen Druck in der wenigstens einen Lagerstelle und damit auch einen Dampfdruck von in dem Schmiermittel gelöstem oder mit dem Schmiermittel vermischtem Arbeitsmedium. Dabei bleibt es im Betrieb des Systems nicht aus, dass das Schmiermittel zu einem gewissen Anteil mit Arbeitsmedium verunreinigt wird, sodass die wenigstens eine Lagerstelle mit einem Gemisch aus Schmiermittel und Arbeitsmedium beaufschlagt wird. Der vorbestimmte
Schmiermitteltemperatur-Grenzwert wird nun so gewählt, dass in Abhängigkeit von dem Druck in dem Arbeitsraum vermieden wird, dass das in dem Schmiermittel gelöste oder mit dem Schmiermittel vermischte Arbeitsmedium in die Gasphase übergeht, was zu einer Blasenbildung an der Schmierstelle, das heißt der Lagerstelle, führen und den Schmierfilm beeinträchtigen oder zerstören würde. Dies könnte letztlich zu einer Beschädigung der Lagerstelle und damit auch der Expansionseinrichtung führen, was vorteilhaft durch geeignete Definition des vorbestimmten Schmiermitteltemperatur-Grenzwerts vermieden wird. Letztlich wird so also an der wenigstens einen Lagerstelle eine Unterkühlung des Schmiermittel/ Arbeitsmedium-Gemischs erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung
eingerichtet ist, um die der wenigstens einen Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge durch Ansteuern der Stelleinrichtung auf oder über einer vorbestimmten Schmiermittel-Mindestmenge zu halten. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass eine Mangelschmierung und damit letztlich eine Beschädigung der Lagerstelle und der Expansionseinrichtung zu jeder Zeit vermieden wird. Die Schmiermittelmenge wird also unabhängig von der Lagertemperaturreglung auf die vorbestimmte Schmiermittel-Mindestmenge begrenzt, die derart gewählt wird, dass eine Mangelschmierung sicher vermieden wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung eine Mehrzahl von Lagerstellen aufweist, wobei den Lagerstellen gruppenweise oder einzeln jeweils eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die verschiedenen Lagerstellen der Mehrzahl von Lagerstellen jeweils zugeführten
Schmiermittelmengen separat einzustellen. Das Verfahren kann also insbesondere für jede Lagerstelle oder jede Gruppe von Lagerstellen separat durchgeführt werden, sodass jede
Lagerstelle individuell und separat bedarfsgerecht mit Schmiermittel versorgt werden kann. Dabei ist bevorzugt für jede Gruppe von Lagerstellen oder für jede Lagerstelle jeweils eine
Lagertemperatur-Messeinrichtung vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung als Schraubenexpander ausgebildet ist, der einen Hauptrotor und einen Nebenrotor sowie eine Hochdruckseite und eine Nebendruckseite aufweist. Die Stelleinrichtung ist dabei eingerichtet zur - bevorzugt separaten - Einstellung einer zugeführten Schmiermittelmenge zu a) einer hochdruckseitigen Lagerstelle des Hauptrotors, b) einer niederdruckseitigen Lagerstelle des Hauptrotors, und c) einer hochdruckseitigen Lagerstelle des Nebenrotors. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Einstellung der zugeführten Schmiermittelmenge ausschließlich zu den hier genannten Lagerstellen. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung nicht eingerichtet, um eine einer niederdruckseitigen Lagerstelle des Nebenrotors zugeführte
Schmiermittelmenge einzustellen. Insoweit hat sich herausgestellt, dass bei einem
Schraubenexpander hauptsächlich die hochdruckseitigen Lagerstellen des Hauptrotors und des Nebenrotors, sowie die niederdruckseitige Lagerstelle des Hauptrotors belastet sind. Dagegen ist die niederdruckseitige Lagerstelle des Nebenrotors deutlich geringer belastet und weist daher von vornherein, auch im Volllastbereich, einen nur geringen Schmiermittelbedarf auf, sodass sich eine Steuerung oder Regelung der Schmiermittelzufuhr zu dieser Lagerstelle nicht lohnt. Bevorzugt sind die hochdruckseitigen Lagerstellen des Hauptrotors und des Nebenrotors sowie die niederdruckseitige Lagerstelle des Hauptrotors als Zylinderrollenlager ausgebildet. Es ist möglich, dass die niederdruckseitige Lagerstelle des Nebenrotors als Nadellager ausgebildet ist. Insoweit hat sich insbesondere auch gezeigt, dass an der niederdruckseitigen Lagerstelle des Nebenrotors keine hohen Kräfte abgestützt werden müssen. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn lediglich der Hauptrotor niederdruckseitig mit der Abtriebswelle der
Expansionseinrichtung - vorzugsweise über ein Getriebe - mechanisch antriebswirkverbunden ist.
Die Expansionseinrichtung kann alternativ auch als Turbine, als Hubkolbenmaschine, als Scrollexpander, als Rootsexpander oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur
Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines Systems gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, geschaffen wird, wobei eine
Lagertemperatur für wenigstens eine Lagerstelle einer Expansionseinrichtung des Systems erfasst wird, und wobei eine der wenigstens eine Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der erfassten Lagertemperatur eingestellt wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem System erläutert wurden. Vorzugsweise wird die Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle auf eine vorbestimmte Soll-Lagertemperatur geregelt.
Vorzugsweise wird eine Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels, insbesondere an einem Schmiermittelablauf der Lagerstelle und/oder der Expansionseinrichtung, erfasst, wobei die Schmiermitteltemperatur unter einem vorbestimmten Schmiermitteltemperatur-Grenzwert gehalten wird.
Der Schmiermitteltemperatur-Grenzwert wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Druck in einem Arbeitsraum der Expansionseinrichtung bestimmt.
Bevorzugt wird die der wenigstens einen Lagerstelle zugeführte Schmiermittelmenge auf oder über einer vorbestimmten Schmiermittel-Mindestmenge gehalten. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein vorbestimmter
Schmiermitteltemperatur-Grenzwert für eine Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels und/oder eine vorbestimmte Schmiermittel-Mindestmenge zur Begrenzung der
Schmiermittelmenge, welche der wenigstens einen Lagerstelle zugeführt wird, nach unten verwendet wird/werden. Somit kann stets gewährleistet werden, dass die
Schmiermitteltemperatur keinen unzulässig hohen Wert erreicht, und/oder dass keine
Mangelschmierung der wenigstens einen Lagerstelle auftritt. Die Verwendung des
vorbestimmten Schmiermitteltemperatur-Grenzwerts zur Begrenzung der Schmiermittelmenge, welche der wenigstens einen Lagerstelle zugeführt wird, nach unten stellt außerdem eine Redundanz zu der Überwachung der Lagertemperatur dar, wodurch das Verfahren besonders sicher wird.
Die Beschreibung des Systems einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem System erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale des Systems, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Systems. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels des Systems bedingt ist. Das System zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems zur
Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses. Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems 1 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses sowie außerdem eines
Ausführungsbeispiels einer Anordnung 3, welche das System 1 und eine mit dem System 1 thermisch wirkverbundene Brennkraftmaschine 5 aufweist, die derart mit dem System 1 wirkverbunden ist, dass Abwärme der Brennkraftmaschine 5 in dem System 1 für die
Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses nutzbar ist.
Das System 1 weist einen Arbeitsmedienkreislauf 7 auf, der - insbesondere in der angegebenen Reihenfolge in Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 7 gesehen - folgende Elemente aufweist: Eine Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9, einen
Verdampfer 1 1, eine Expansionseinrichtung 13 und einen Kondensator 15. Das System 1 ist vorzugsweise eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses (Organic Rankine Cycle - ORC) an einem organischen Arbeitsmedium. Das Arbeitsmedium wird in flüssiger Phase vorzugsweise durch die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 zu dem Verdampfer 1 1 gefördert, in welchem es erhitzt und insbesondere verdampft wird. Das dampfförmige Arbeitsmedium strömt weiter zu der Expansionseinrichtung 13, in welcher es entspannt wird, wobei es mechanische Arbeit an der Expansionseinrichtung 13 verrichtet. Das entspannte Arbeitsmedium strömt weiter zu dem Kondensator 15, wo es gekühlt und insbesondere wieder kondensiert wird, woraufhin es von dem Kondensator 15 wieder zurück zu der Arbeitsmedien- Fördereinrichtung 9 strömt, sodass der Arbeitsmedienkreislauf 7 geschlossen ist.
Die Brennkraftmaschine 5 ist insbesondere mit dem Verdampfer 1 1 thermisch wirkverbunden, vorzugsweise derart, dass Abgas und/oder Kühlmittel der Brennkraftmaschine 5 durch den Verdampfer 11 ström/strömen und dort in thermischem Kontakt mit dem Arbeitsmedium des Arbeitsmedienkreislaufs 7 ist/sind.
Die Expansionseinrichtung 13 ist bevorzugt in nicht dargestellter Weise mit einer elektrischen Maschine zur Erzeugung elektrischer Leistung antriebswirkverbunden, oder sie ist mit der Brennkraftmaschine 5 mechanisch wirkverbunden, sodass sie die Brennkraftmaschine 5 im Betrieb unterstützen und dieser insbesondere ein zusätzliches Drehmoment zuführen kann. Die Expansionseinrichtung 13 weist wenigstens eine Lagerstelle, hier drei lediglich schematisch angedeutete Lagerstellen 17, 17', 17" auf wobei jeder Lagerstelle 17, 17', 17" jeweils eine Lagertemperatur-Messeinrichtung 19, 19', 19" zugeordnet ist, wobei die Lagertemperatur- Messeinrichtungen 19, ,19', 19" jeweils eingerichtet sind zur Messung einer Lagertemperatur der ihnen jeweils zugeordneten Lagerstellen 17, 17', 17". Das System 1 weist außerdem eine Schmiereinrichtung 21 auf, die eingerichtet ist, um den Lagerstellen 17, 17', 17" Schmiermittel zuzuführen. Dabei weist die Schmiereinrichtung 21 hier für jede der Lagerstellen 17, 17', 17" jeweils eine zugeordnete Stelleinrichtung 23, 23', 23" auf, wobei die Stelleinrichtungen 23, 23', 23" eingerichtet sind, um eine der jeweils zugeordneten Lagerstelle 17, 17', 17" zugeführte
Schmiermittelmenge einzustellen. Das System 1 weist auch eine Steuereinrichtung 25 auf, die in hier aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellter Weise mit den Lagertemperatur-Messeinrichtungen 19, 19', 19" und mit den Stelleinrichtungen 23, 23', 23" wirkverbunden ist, wobei die Steuereinrichtung 25 außerdem eingerichtet ist, um die
Stelleinrichtungen 23, 23', 23" - insbesondere separat, das heißt unabhängig voneinander - zur Einstellung der den ihnen jeweils zugeordneten Lagerstellen 17, 17', 17" jeweils zugeführten Schmiermittelmengen in Abhängigkeit von der jeweiligen Lagertemperatur anzusteuern. Auf diese Weise ist es möglich, den Lagerstellen 17, 17', 17" in jedem Betriebspunkt der
Expansionseinrichtung 13 bedarfsgerecht und insbesondere für jede der Lagerstellen 17, 17', 17" individuell eine Schmiermittelmenge zuzuführen, wobei insbesondere im Teillastbereich und im Niedriglastbereich der Expansionseinrichtung 13 eine zu hohe Dosierung von
Schmiermittel zu den Lagerstellen 17, 17', 17" vermieden werden kann. Somit kann eine unnötige Kühlung des Arbeitsmediums in der Expansionseinrichtung 13 durch das Schmiermittel vermieden und eine Fluidreibung in den Lagerstellen 17, 17', 17" reduziert werden. Weiterhin kann die Menge an mit dem Arbeitsmedium umlaufendem Schmiermittel in dem
Arbeitsmedienkreislauf 7 reduziert werden, sodass der im Verdampfer 1 1 als parasitäre
Wärmesenke wirkende Schmiermittelanteil reduziert werden kann.
Die Schmiereinrichtung 21 weist vorzugsweise einen Sammelbehälter 27 für das Schmiermittel auf, wobei das der Expansionseinrichtung 13 zugeführte Schmiermittel aus dem Sammelbehälter 27 entnommen und der Expansionseinrichtung 13 über einen Schmiermittelvorlaufpfad 29 zugeführt wird, wobei sich der Schmiermittelvorlaufpfad 29 hier auf drei Schmiermittelfluten aufteilt, die jeweils zu den Lagerstellen 17, 17', 17" führen, und in denen die Stelleinrichtungen 23, 23', 23" angeordnet sind. Die Schmiereinrichtung 21 weist außerdem einen Schmiermittelrücklaufpfad 31 auf, entlang dem Schmiermittel von einem Schmiermittelablauf 33 der Expansionseinrichtung 13 in den Sammelbehälter 27 zurückgefordert werden kann, wobei hierzu eine Schmiermittel-Fördereinrichtung 35 in dem Schmiermittelrücklaufpfad 31 vorgesehen ist. Insbesondere eine Leistungsaufnahme der Schmiermittel-Fördereinrichtung 35 kann reduziert werden, wenn die den Lagerstellen 17, 17', 17" zugeführte Schmiermittelmenge zumindest zeitweise reduziert wird. Des Weiteren kann das Volumen des Sammelbehälters 27 geringer ausfallen, weil ein geringerer Bedarf an Schmiermittel für die Schmierung der
Lagerstellen 17, 17', 17" besteht. Der Sammelbehälter 27 kann also insgesamt kleiner ausgelegt werden, wodurch nicht nur Bauraum gespart wird, sondern auch die Dynamik des Systems 1 steigt.
Schmiermittel, welches in der Expansionseinrichtung 13 in den Arbeitsmedienkreislauf 7 gelangt und entlang dieses Kreislaufs mit dem Arbeitsmedium gefördert wird, wird bevorzugt stromabwärts des Verdampfers 1 1 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 13 in einer Abtrenneinrichtung 37 von dem dampfförmigen Arbeitsmedium abgetrennt und dem
Sammelbehälter 27 zugeführt.
Über eine Ventileinrichtung 39 kann Schmiermittel beispielsweise zum Zweck einer
Füllstandsregelung für den Sammelbehälter 27 oder zum Spülen des Sammelbehälters 27 in den Arbeitsmedienkreislauf 7 entlassen werden.
Es ist außerdem ein Umgehungspfad 41 um die Expansionseinrichtung 13 vorgesehen, über den in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise beim Anfahren oder Herunterfahren des Systems 1 , das Arbeitsmedium entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 7 unter Umgehung der Expansionseinrichtung 13 geführt werden kann.
Die Steuereinrichtung 25 ist insbesondere eingerichtet, um die Lagertemperatur der Lagerstellen 17, 17', 17" durch Ansteuern der Stelleinrichtungen 23, 23', 23" als Stellglieder auf eine vorbestimmte Soll-Lagertemperatur - vorzugsweise für jede Lagerstelle 17, 17', 17" separat - zu regeln. Die vorbestimmte Soll-Lagertemperatur kann dabei insbesondere abhängig von wenigstens einem Parameter der Expansionseinrichtung 13, insbesondere Abhängig von einer Drehzahl und/oder einer Last derselben, bestimmt, insbesondere aus einem Kennfeld ausgelesen werden. Das System 1 weist außerdem bevorzugt wenigstens eine Schmiermitteltemperatur- Messeinrichtung 43 auf, die eingerichtet ist zur Messung einer Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels, hier insbesondere im Bereich des Schmiermittelablaufs 33, wobei die
Schmiermitteltemperatur-Messeinrichtung 43 mit der Steuereinrichtung 25 wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung 25 ist dabei eingerichtet, um durch Ansteuern der Stelleinrichtungen 23, 23', 23" die Schmiermitteltemperatur unter einem vorbestimmten Schmiermitteltemperatur- Grenzwert zu halten. Dies dient zum einen einer Redundanz in der Temperaturüberwachung insbesondere bei einem Ausfall oder einem Fehler in der Messung der Lagertemperatur, zum anderen kann so gewährleistet werden, das das Schmiermittel im Bereich der
Expansionseinrichtung 13, insbesondere an den Lagerstellen 17, 17', 17", in dem Sinne unterkühlt ist, dass keine von dem Schmiermittel umfassten Arbeitsmedien- Anteile in der Expansionseinrichtung 13 ausgasen. Insbesondere hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Schmiermitteltemperatur-Grenzwert in Abhängigkeit von einem Druck in einem Arbeitsraum der Expansionseinrichtung 13 bestimmt wird, bevorzugt in Abhängigkeit von einem Druck auf einer Niederdruckseite der Expansionseinrichtung 13, weil dort der Siedepunkt für das Arbeitsmedien- Schmiermittel-Gemisch niedriger liegt als auf einer Hochdruckseite. Es ist allerdings auch möglich, dass für verschiedene Druckbereiche der Expansionseinrichtung 13, insbesondere für eine Hochdruckseite und für eine Niederdruckseite, verschiedene Schmiermitteltemperatur- Grenzwerte bestimmt werden, wobei dann die Schmiermitteltemperatur auch für die
verschiedenen Druckbereiche separat überwacht wird.
Es ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 25 eingerichtet ist, um die den Lagerstellen 17, 17', 17" zugeführten Schmiermittelmengen durch Ansteuern der
Stelleinrichtungen 23, 23', 23" auf oder über einer vorbestimmten Schmiermittel-Mindestmenge zu halten. Hierdurch kann sehr effizient eine Mangelschmierung und eine dadurch bedingte Beschädigung der Expansionseinrichtung 13 vermieden werden.
Die Expansionseinrichtung 13 ist besonders bevorzugt als Schraubenexpander ausgebildet, der einen hier schematisch angedeuteten Hauptrotor 45 und einen Nebenrotor 47 aufweist.
Außerdem weist der Schraubenexpander eine Hochdruckseite 49 sowie eine Niederdruckseite 51 auf. Die erste Lagerstelle 17 ist dabei bevorzugt eine hochdruckseitige Lagerstelle des
Hauptrotors 45; die zweite Lagerstelle 17' ist bevorzugt eine hochdruckseitige Lagerstelle des Nebenrotors 47, und die dritte Lagerstelle 17" ist bevorzugt eine niederdruckseitige Lagerstelle des Hauptrotors 45. Dabei ist einer niederdruckseitigen Lagerstelle des Nebenrotors 47 bevorzugt keine Schmiermittelzufuhr zugeordnet, über welche eine zugefuhrte
Schmiermittelmenge einstellbar ist.
Es zeigt sich noch, dass den Stelleinrichtungen 23, 23', 23" zur Überwachung der zugeführten Schmiermittelmengen vorzugsweise jeweils eine Volumenstrom-Messeinrichtung 53, 53', 53" zugeordnet ist.
Im Betrieb des Systems 1 wird also für jede der Lagerstellen 17, 17', 17" jeweils eine
Lagertemperatur erfasst, wobei eine den Lagerstellen 17, 17', 17" jeweils zugeführte
Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der jeweils erfassten Lagertemperatur eingestellt wird. Dabei wird insbesondere ein vorbestimmter Schmiermitteltemperatur-Grenzwert für eine Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels und/oder eine vorbestimmte Schmiermittel- Mindestmenge zur Begrenzung der den Lagerstellen 17, 17', 17" zugeführten
Schmiermittelmenge nach unten verwendet.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen System 1 und dem Verfahren zum Betreiben des Systems 1 eine Möglichkeit geschaffen wird, die Expansionseinrichtung 13 bedarfsgerecht zu schmieren und damit insbesondere im Teil- und/oder Niedriglastbereich die im Bereich der Expansionseinrichtung 13 und in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 zirkulierende Schmiermittelmenge zu reduzieren, vorzugsweise zu minimieren. Auf diese Weise kann insbesondere der Wirkungsgrad des Systems 1 gesteigert werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. System ( 1 ) zur Durchführung eines thermodynami sehen Kreisprozesses, mit
- einer wenigstens eine Lagerstelle (17,17', 17") aufweisenden Expansionseinrichtung (13);
einer Lagertemperatur-Messeinrichtung ( 19, 19' , 19" ), eingerichtet zur Messung einer Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle (17,17', 17"), und mit einer Schmiereinrichtung (21), eingerichtet zur Zufuhrung von Schmiermittel zu der wenigstens einen Lagerstelle (17,17', 17"), wobei
die Schmiereinrichtung (21) eine Stelleinrichtung (23, 23 ',23") aufweist, die eingerichtet ist, um eine der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17") zugefuhrte Schmiermittelmenge einzustellen, und mit
einer Steuereinrichtung (25), die mit der Lagertemperatur-Messeinrichtung
(19,19', 19") und mit der Stelleinrichtung (23,23 \23") wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Stelleinrichtung (23,23',23") zur Einstellung der der wenigstens einen Lagcrstelle (17,17', 17") zugefuhrten Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der Lagertemperatur anzusteuern.
2. System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist, um die Lagertemperatur der wenigstens einen Lagerstelle (17,17', 17") durch Ansteuern der Stelleinrichtung (23,23',23") als Stellglied auf eine vorbestimmte Soll- Lagertemperatur zu regeln.
3. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Schmiermitteltemperatur-Messeinrichtung (43), eingerichtet zur Messung einer
Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels, wobei die Schmiermifteltemperatur- Messeinrichtung (43) mit der Steuereinrichtung (25) wirkverbunden ist, und wobei die
Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist, um durch Ansteuern der Stelleinrichtung (23,23 ',23") die Schmiermitteltemperatur unter einem vorbestimmten Schmiermitteltemperatur-Grenzwert zu halten.
4. System (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist, um den vorbestimmten Schmiermitteltemperatur- Grenzwert in Abhängigkeit von einem Druck in einem Arbeitsraum der Expansionseinrichtung (13) zu bestimmen.
5. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist, um die der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17") zugeführte Schmiermittelmenge durch Ansteuern der Stelleinrichtung (23,23 ',23") auf oder über einer vorbestimmten Schmiermittel-Mindestmenge zu halten.
6. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (13) eine Mehrzahl von Lagerstellen (17, 17', 17") aufweist, wobei den Lagerstellen (17, 17', 17") gruppenweise oder einzeln jeweils eine Stelleinrichtung (23,23',23") zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist, um die Schmiermittelmengen, die verschiedenen Lagerstellen (17, 17', 17") der Mehrzahl von Lagerstellen ( 17 , 17 ' , 17 " ) j eweil s zugeführt werden, separat einzustellen.
7. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (13) als Schraubenexpander ausgebildet ist, der einen Hauptrotor (45) und einen Nebenrotor (47) sowie eine Hochdruckseite (49) und eine Niederdruckseite (51) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (25) eingerichtet ist zur vorzugsweise separaten
Einstellung einer zugeführten Schmiermittelmenge zu
a) einer hochdruckseitigen Lagerstelle des Hauptrotors (45),
b) einer niederdruckseitigen Lagerstelle des Hauptrotors (45), und
c) einer hochdruckseitigen Lagerstelle des Nebenrotors (47).
8. Verfahren zum Betreiben eines Systems (1) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
- eine Lagertemperatur für wenigstens eine Lagerstelle (17,17', 17") einer
Expansionseinrichtung (13) des Systems ( 1 ) erfasst wird, und wobei
- eine der wenigstens einen Lagerstelle (17,17', 17") zugeführte Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der erfassten Lagertemperatur eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmter
Schmiermitteltemperatur-Grenzwert für eine Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels und/oder eine vorbestimmte Schmiermittel-Mindestmenge zur Begrenzung der der wenigstens einen Lagerstelle (17, 17', 17") zugeführten Schmiermittelmenge nach unten verwendet wird/werden.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2161417A1 (de) * 2008-08-07 2010-03-10 General Electric Company Verfahren zur Schmierung von Schraubenexpandern und System zur Kontrolle der Schmierung
EP2662539A1 (de) * 2012-05-10 2013-11-13 Eneftech Innovation SA Schmierung einer Turbine in einem Rankine-Zyklus
DE102014206023A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System, Verfahren zum Schmieren einer Expansionseinrichtung in einem System für einen thermodynamischen Kreisprozess, und Kraftfahrzeug

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI86464C (fi) 1990-09-26 1992-08-25 High Speed Tech Ltd Oy Foerfarande foer att saekra lagersmoerjning i en hermetisk hoegshastighetsmaskin.
DE10339880B3 (de) 2003-08-29 2005-03-03 Köhler & Ziegler Anlagentechnik GmbH Verfahrem zum Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage
US8739541B2 (en) 2010-09-29 2014-06-03 General Electric Company System and method for cooling an expander

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2161417A1 (de) * 2008-08-07 2010-03-10 General Electric Company Verfahren zur Schmierung von Schraubenexpandern und System zur Kontrolle der Schmierung
EP2662539A1 (de) * 2012-05-10 2013-11-13 Eneftech Innovation SA Schmierung einer Turbine in einem Rankine-Zyklus
DE102014206023A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System, Verfahren zum Schmieren einer Expansionseinrichtung in einem System für einen thermodynamischen Kreisprozess, und Kraftfahrzeug

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