齿轮式涡轮机的制作方法

1.本发明涉及齿轮式涡轮机。


背景技术：

2.从ep2128448a2中已知的是具有齿轮单元，具有驱动单元并且具有多个输出单元的齿轮式涡轮机，其中齿轮式涡轮机的这些构件集成到机组中。齿轮单元包括具有大齿轮轴的中心大齿轮，其中安装在小齿轮轴上的多个小齿轮与大齿轮啮合。驱动单元优选为蒸汽涡轮。输出单元优选为压缩机，即，主压缩机和多个齿轮式压缩机。根据ep2128448a2，驱动单元经由第一离合器联接于齿轮单元的小齿轮轴，而设计为主压缩机的输出单元经由第二离合器联接于齿轮单元的第二小齿轮轴，以使驱动单元和设计为主压缩机的第一输出单元经由齿轮单元的传动级(转速逐级下降的主动齿轮)操作地连接于彼此。来自根据ep2128448a2的现有技术的此类已知机组的最佳设计大致实现为：驱动单元和输出单元在最佳工作范围中操作，并且相对于转速的改变主要经由主动齿轮中的传动比而发生。
3.存在对齿轮式涡轮机的需要，其可更有效地操作并且因此以减少的损失操作。还需要降低此类齿轮式涡轮机的安装空间要求，以便能够将其定位在具有减小的建造高度的较小尺寸的建筑物中。


技术实现要素：

4.从这开始，本发明基于创造出新型的齿轮式涡轮机的目的。该目的通过根据权利要求1所述的齿轮式涡轮机解决。根据本发明的齿轮式涡轮机包括集成到机组中的齿轮单元、驱动单元和多个输出单元；其中齿轮单元包括具有大齿轮轴的中心大齿轮，以及与大齿轮啮合的具有相应的小齿轮轴的至少两个小齿轮；其中驱动单元可优选设计为蒸汽涡轮，其中为了提供机械驱动功率，蒸汽膨胀，其中驱动单元经由第一离合器在齿轮单元的一侧上联接于齿轮单元的第一小齿轮轴；其中第一输出单元设计为主压缩机，其中使用由驱动单元提供的机械驱动功率，第一过程气体被压缩，其中第一驱动单元在齿轮单元的相对侧上经由第二离合器以如下方式联接于齿轮单元的第一小齿轮轴，使得在闭合的第一离合器和闭合的第二离合器的情况下第一输出单元利用齿轮单元的保持相同的传动机构(即，没有传动级)直接操作地连接于驱动单元；并且其中至少一个第二输出单元设计为齿轮式压缩机，其中使用由驱动单元提供的机械驱动功率，第一或至少又一种过程气体被压缩，其中第二输出单元以旋转固定方式连接于齿轮单元的又一小齿轮轴。
5.此类齿轮式涡轮机可以以比从现有技术已知的机组的情况更高的效率或更低的损失来操作，其中优选设计为蒸汽涡轮的驱动单元联接于第一输出单元，该第一输出单元直接地设计为主压缩机，而没有齿轮式涡轮机的齿轮单元的传动级。
6.在关于具有齿轮式涡轮机和驱动单元和输出单元的机组的新构想的考虑的过程期间，建立的是，根据迄今的布置原理，整个机组的最佳状态并未对于各个应用情况实现，特别是相对于成本和安装空间。
7.具体通过研究齿轮单元构造，由此证明的是，通过省略驱动单元与输出单元之间的主动齿轮，齿轮单元的齿轮摩擦损失和成本可显著降低，并且机组的总效率因此被相当大地影响。
8.从使成本最小化、保持压缩性能和还保持总体效率至少相同的目的开始，意外建立的是，特别针对整个过程设计的驱动单元并未因此强制需要用于实现提到的目标，并且因此，驱动单元可较少取决于其转速优化的工作范围来选择。
9.根据第一又一个发展方案，主压缩机设计为径向压缩机(优选至少两级)，其中在前压缩机级下游但不是最后的压缩机级，中间冷却器大体上连接，以便减小压缩的第一过程气体的体积和温度。作为具有径向压缩机的压缩机级之后或其间的中间冷却的径向压缩机的主压缩机的构造一方面有利于提高效率，而另一方面有利于降低齿轮式涡轮机的安装空间要求。
10.根据第二有利的又一个发展方案，主压缩机设计为具有至少一个径向末级的轴向压缩机，其中中间冷却连接在轴向级之后的下游和进入径向末级之前。
11.可选的是，具有两个径向末级的轴向压缩机也是可能的；在该情况下，两个径向级之间的中间冷却也是可能的。
12.根据进一步有利的又一个发展方案，设计为蒸汽涡轮的驱动单元包括轴向排气蒸汽外壳，其中设计为蒸汽涡轮的驱动单元的冷凝器定位成在蒸汽涡轮的纵轴线的方向上看见的、在支承蒸汽涡轮的基台旁边的单独的支承件上。通过该构造，不需要将冷凝器定位在基台下方。冷凝器相反地在基台旁边布置在单独的支承件上。这对于降低安装空间要求而言特别有利，因为通过这样做，基台的高度例如可从达到大约12m减小到达到大约4m，并且整个齿轮式涡轮机的建造高度由此减小。此外，因此有可能的是使机器底座实施为更薄或更轻。
13.根据进一步有利的又一个发展方案，齿轮式涡轮机包括设计为齿轮式压缩机的两个或三个或四个或五个或六个或七个或八个第二输出单元，其中具体在齿轮式涡轮机包括两个齿轮式压缩机时，其以旋转固定方式连接于第二小齿轮轴，其中具体在齿轮式涡轮机包括三个或四个齿轮式压缩机时，其以旋转固定方式连接于又一个小齿轮轴上，其中具体在齿轮式涡轮机包括五个或六个齿轮式压缩机时，其以旋转固定方式连接于再一个小齿轮轴，并且具体在齿轮式涡轮机包括七个或八个齿轮式压缩机时，其再一次以旋转固定方式连接于又一个小齿轮轴。经由适合数量的齿轮式压缩机的选择，效率可进一步提高。
附图说明
14.本发明的优选的又一个发展方案从从属权利要求及以下描述中获得。本发明的示例性实施例借助于附图来更详细地阐释，而不限于此。其示出了：图1a为根据本发明的第一齿轮式涡轮机的框图；图1b为根据图1a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图2a为根据本发明的第二齿轮式涡轮机的框图；图2b为根据图2a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图3a为根据本发明的第三齿轮式涡轮机的框图；图3b为根据图3a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；
图4a为根据本发明的第四齿轮式涡轮机的框图；图4b为根据图4a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图5a为根据本发明的第五齿轮式涡轮机的框图；图5b为根据图5a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图6a为根据本发明的第六齿轮式涡轮机的框图；图6b为根据图6a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图7a为根据本发明的第七齿轮式涡轮机的框图；图7b为根据图7a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图；图8a为根据本发明的第八齿轮式涡轮机的框图；以及图8b为根据图8a的齿轮式涡轮机的齿轮单元的示意性透视图。
15.部件列表10 齿轮式涡轮机11 齿轮单元12 驱动单元/蒸汽涡轮13 第一输出单元/主压缩机13a 主压缩机级13b 中间冷却器14 第二输出单元/齿轮式压缩机14
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替代第二输出单元的又一个驱动单元15 第二输出单元/齿轮式压缩机15
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替代第二输出单元的又一个驱动单元16 第二驱动单元/齿轮式压缩机16
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替代第二输出单元的又一个驱动单元17 大齿轮18 大齿轮轴19 齿轮单元壳体20 基台21 第一小齿轮22 第一小齿轮轴23 第二小齿轮24 第二小齿轮轴25 第三小齿轮26 第三小齿轮轴27 侧部28 侧部29 离合器30 离合器31 发电机/马达32 离合器
33 出流外壳34 冷凝器35 支承件36 第二输出单元/齿轮式压缩机36
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替代第二输出单元的又一个驱动单元37 第二输出单元/齿轮式压缩机37
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替代第二输出单元的又一个驱动单元38 第四小齿轮39 第四小齿轮轴40 第二输出单元/齿轮式压缩机40
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替代第二输出单元的又一个驱动单元41 第二输出单元/齿轮式压缩机41
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替代第二输出单元的又一个驱动单元42 第五小齿轮43 第五小齿轮轴44 第二输出单元/齿轮式压缩机44
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替代第二输出单元的又一个驱动单元。
具体实施方式
16.本发明涉及齿轮式涡轮机。
17.图3a和3b示出了根据本发明的齿轮式涡轮机10的优选的示例性实施例。齿轮式涡轮机10包括集成的齿轮单元11、驱动单元12、多个输出单元13,14,15和16，其中齿轮单元11、驱动单元12和多个输出单元13,14,15和16集成到机组中。
18.齿轮式涡轮机10的齿轮单元11包括大齿轮17，其定位在大齿轮轴18上，并且经由大齿轮轴18可旋转地安装在齿轮单元11的齿轮单元壳体19中。多个小齿轮21,23,25在齿轮单元11的大齿轮17的圆周上与齿轮单元11的大齿轮17啮合，该小齿轮紧固在小齿轮轴22,24,26上，并且经由小齿轮轴22,24和26同样可旋转地安装在齿轮单元壳体19中。
19.在图3a和3b的示例性实施例中，安装在小齿轮轴22,24和26上的总共三个此类小齿轮21,23和25在大齿轮17的圆周上与大齿轮17啮合。
20.驱动单元12设计为蒸汽涡轮，其中为了提供机械驱动功率，蒸汽膨胀。驱动单元12联接于齿轮单元11的第一小齿轮轴22，即，在齿轮单元11或齿轮单元壳体19的第一侧27上，其中设计为蒸汽涡轮的驱动单元12经由第一离合器29联接于第一小齿轮轴22。
21.多个驱动单元13,14,15和16包括设计为主压缩机的第一输出单元13，以及设计为齿轮式压缩机的多个第二输出单元14,15和16。主压缩机或第一输出单元13以至少两级设计，其中在主压缩机中，第一过程气体使用由驱动单元22提供的机械驱动功率来压缩。
22.第一输出单元13或主压缩机同样联接于齿轮单元11的第一小齿轮轴22，即，在定位成与第一侧27相对的齿轮单元11或齿轮单元壳体19的第二侧28上。这里，设计为主压缩机的第一输出单元13经由第二离合器30作用于第一小齿轮轴22上，驱动单元12还经由第一离合器29联接于第一小齿轮轴22。
23.具体在第一离合器29和第二离合器30两者都闭合时，驱动单元12和设计为主压缩机的第一输出单元13利用传动机构直接操作地连接于彼此，该传动机构保持相同，并且没有齿轮单元11的传动级的中间连接，以便其以相同的转速旋转。
24.除驱动单元12和设计为主压缩机的第一输出单元13之外，图3a的齿轮式涡轮机10包括设计为齿轮式压缩机的三个第二输出单元14,15和16。在设计为齿轮式压缩机的第二输出单元14,15和16中，第一过程气体和/或一种或多种另外的过程气体使用由驱动单元12提供的机械驱动功率来压缩或进一步压缩，其中第二输出单元14,15和16以旋转固定方式连接于齿轮单元11的另外的小齿轮轴24,26。
25.因此，三个另外的第二输出单元14,15和16在图3a和3b的示例性实施例中以旋转固定方式连接于两个另外的小齿轮轴24和26，即，以如下方式使得两个齿轮式压缩机14和15以旋转固定方式在齿轮单元11或齿轮单元壳体19的相对侧27和28上连接于齿轮单元11的第二小齿轮轴24，而齿轮式压缩机16以旋转固定方式，优选在齿轮单元壳体19的该侧28的区域中连接于齿轮单元11的第三小齿轮轴26，齿轮式压缩机14和主压缩机13也定位在该区域上。
26.机组的总功率的至少50%通过主压缩机来解决，而其余的(小于50%)通过齿轮式压缩机，这表明具体是主压缩机和驱动单元12的转速优化的设计对于提高机组的效力很重要。
27.在图3和3b的示例性实施例中，第一小齿轮轴22近似定位在大齿轮17的6点钟位置，并且经由小齿轮21在该位置与大齿轮17啮合。具有小齿轮23的第二小齿轮轴24近似定位在3点钟位置，并且具有小齿轮25的第三小齿轮轴26近似定位在大齿轮17的9点钟位置，这些小齿轮23和25在这些位置与大齿轮17啮合。
28.如图3a中所示，可选的发电机31或作为备选的马达可联接于齿轮单元11的大齿轮轴18，即，经由离合器32。
29.如已经阐释的，设计为主压缩机的第一输出单元13可在多级中设计有多个压缩机级。
30.中间冷却器13b定位在前压缩机级13a的下游，以便冷却已经压缩的第一过程气体，并且通过这样做，减小了其体积和温度。齿轮式涡轮机的效率因此可改进，特别是鉴于在齿轮式压缩机14,15或16的区域中进一步处理第一过程气体。
31.优选可能的是将中间冷却器(未示出)定位成用于还在各个齿轮式压缩机14,15和16下游对相应的压缩的过程气体冷却。
32.连同齿轮式压缩机14,15和16、设计为蒸汽涡轮的驱动单元12和设计为主压缩机的第一输出单元13的齿轮单元11优选安装在机器底座的公共基台20上。
33.在驱动单元12的蒸汽涡轮的区域中，轴向排气蒸汽外壳33使用成使得膨胀的介质沿轴向离开蒸汽涡轮12。
34.在蒸汽涡轮12的纵轴线的方向上看到的定位在蒸汽涡轮12下游的冷凝器34接着优选定位在支承蒸汽涡轮12的机器底座的基台旁边，即，优选在单独的支承件35上。
35.因此，图3a和3b中所示的齿轮式涡轮机10包括集成的齿轮单元11、设计为蒸汽涡轮的驱动单元12、设计为主压缩机的第一输出单元13，以及设计为齿轮式压缩机的至少三个第二输出单元14,15和16。根据本发明，蒸汽涡轮12和至少两级主压缩机13经由对应的离
合器29,30联接于齿轮单元11的相同小齿轮轴22，以使具体在联接两个离合器29和30时，蒸汽涡轮12和主压缩机13在没有齿轮单元11的齿轮装置的情况下利用保持相同的传动机构直接操作地连接，并且以相同的转速操作。在经过机组外的其它过程步骤之后，齿轮式压缩机14,15和16大体上用于在主压缩机13中压缩的过程气体的进一步处理，并且/或者用于压缩至少又一种过程气体。安装在第一小齿轮轴22上的小齿轮21必须传送齿轮式涡轮机10的全部功率或蒸汽涡轮12的全部驱动功率。蒸汽涡轮12包括轴向出流或排气蒸汽外壳33，其中冷凝器34在基台20旁边定位在单独的支承件35上。
36.主压缩机13优选至少在两级中优选实施为径向压缩机。在两级径向压缩机中，中间冷却器在前级之后集成。在齿轮式压缩机14,15和16中，在主压缩机13中压缩的过程气体和/或至少又一种过程气体被压缩或进一步被压缩。又一中间冷却器可优选定位在各个齿轮式压缩机14,15,16的下游。
37.齿轮式涡轮机10优选经由设计为蒸汽涡轮的驱动单元12驱动，驱动单元12直接地或间接地以相同转速通过齿轮单元11的壳体19来驱动主压缩机13。齿轮式压缩机14,15和16同样从蒸汽涡轮12或从驱动单元开始驱动，但以不同的转速，并且即，以取决于齿轮单元11的特定传动比的相应齿轮式压缩机的最佳转速。
38.根据本发明的齿轮式涡轮机10的另外的示例性实施例由图1a,1b和图2a,2b和图4a,4b和图5a,5b和图6a,6b和图7a,7b和图8a,8b示出，其中在下文中，仅论述了根据本发明的另外的齿轮式涡轮机10与图3a,3b的齿轮式涡轮机10不同的细节。
39.关于图1a,1b的齿轮式涡轮机10，仅存在一个齿轮式压缩机14，其以旋转固定方式连接于小齿轮轴24。
40.关于图2a,2b的齿轮式涡轮机10，存在总共两个齿轮式压缩机14,15，其以旋转固定方式连接于小齿轮轴24。因此，两个齿轮式压缩机14和15以旋转固定方式在齿轮单元壳体10的不同侧上连接于齿轮单元11的第二小齿轮轴24。
41.关于图4a,4b的齿轮式涡轮机10，存在总共四个齿轮式压缩机14,15,16和36，其以旋转固定方式连接于两个小齿轮轴24和26。因此，两个齿轮式压缩机14和15在齿轮单元壳体10的不同侧上连接于第二小齿轮轴24，并且两个齿轮式压缩机16,36在齿轮单元壳体10的不同侧上以旋转固定方式连接于齿轮单元11的第三小齿轮轴26。
42.在图5和5b和图6a和6b的示例性实施例中，齿轮式涡轮机10的齿轮单元11均包括第四小齿轮轴39，在图5a,5b的示例性实施例中的第五齿轮式压缩机37和图6a,6b的示例性实施例中的另外的第六齿轮式压缩机40以旋转固定方式与第四小齿轮轴39连接。在该情况中，第四小齿轮轴39与近似在大齿轮17的12点钟位置安装在其上的小齿轮布置在一起，其中安装在第四小齿轮轴39上的小齿轮38在大齿轮17的圆周上的该位置与大齿轮17啮合。
43.齿轮式涡轮机10的两个另外的示例性实施例由图7a,7b和图8a,8b示出，其中在图7a,7b和图8a,8b中，均存在第五小齿轮轴43。在图7a,7b的示例性实施例中，第七齿轮式压缩机41以旋转固定方式连接于该第五小齿轮轴43，其中在图8a,8b中，第七齿轮式压缩机41和另外的第八齿轮式压缩机44以旋转固定方式连接于第五小齿轮轴43。如从图7b,7b明显的，这些示例性实施例中的第四小齿轮轴39布置成近似在1点钟位置，并且第五小齿轮轴43近似在大齿轮17的11点钟位置，其中对应的小齿轮38,42在大齿轮17的圆周上的这些位置与大齿轮17啮合。
44.独立于前述实施例的版本，有可能的是，第一小齿轮轴(22)经由近似在大齿轮的6点钟位置或近似在9点钟位置或近似在11点钟位置或近似在12点钟位置或近似在1点钟位置或近似在3点钟位置的小齿轮与大齿轮啮合，并且至少又一个小齿轮轴(24,26,39,43)在大齿轮的自由位置中的至少一个经由相应的小齿轮与大齿轮啮合。
45.除前述实施例的版本之外，可选还有可能的是，在各种情况中，具有均未示出的中间齿轮轴的至少一个中间齿轮布置在小齿轮轴(22,24,26,29,43)和大齿轮(17)之间，并且以旋转固定方式连接于小齿轮轴(22,24,26,39,43)和大齿轮(17)。
46.在齿轮式涡轮机的特定应用领域(未示出)中，还可以的是，替代第二驱动单元(14,15,16,36,37,40,41,44)中的至少一个，至少又一个驱动单元(14',15',16',36',37',40',41',44')以旋转固定方式连接于小齿轮轴(24,26,39,43)中的一个。另外的驱动单元可为膨胀器、马达或甚至燃气或蒸汽涡轮。
47.此外，为了起动齿轮式涡轮机，发电机/马达(31)可最初作用为驱动单元，并且仅在马达/发电机(31)的起动之后，以发电机模式作用为输出单元。
48.在特殊情形下，还可以可能的是，驱动单元实施为蒸汽涡轮、膨胀器或马达。