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図面 (17)

課題

効率的な伝動ターボ機械を提供する。

解決手段

伝動機11、駆動ユニット12及び第1出力ユニット13及び第2出力ユニット14を持つターボ機械10。伝動機11は大歯車軸18を持つ大歯車及びこれと噛み合う軸を持つ複数の歯車を有する。駆動ユニットは第1クラッチ29を経て第1小歯車軸22に連結され、第1出力ユニットが圧縮機として構成され、駆動ユニットからの駆動力にて第1プロセスガスが圧縮され、第1出力ユニットは第2クラッチ30を経て第1小歯車軸22に連結され、第1出力ユニットが第1クラッチ、第2クラッチが閉じている場合、直接的に伝動機の歯車比は変わらずに駆動ユニットに接続し、出力ユニット14が圧縮機として構成され、駆動ユニットからの駆動力にて第1プロセスガス又はさらなるプロセスガスが圧縮され、第2出力ユニットは伝動機の小歯車軸24に接続される。

概要

背景

特許文献1より知られる伝動ターボ機械は、伝動機駆動ユニット、及び複数の出力ユニットを備えており、伝動ターボ機械のこれらの構成部分は一つの機械列に組み込まれている。この伝動機は、大歯車軸を持つ中央大歯車を有しており、小歯車軸上に取り付けられた複数の小歯車がこの大歯車に噛み合っている。駆動ユニットは望ましくは蒸気タービンである。出力ユニットは望ましくは圧縮機、つまり主圧縮機及び複数の歯車圧縮機である。特許文献1によると駆動ユニットは第1クラッチを介して伝動機の第1小歯車軸に連結されており、これに対して主圧縮機として構成された出力ユニットは第2クラッチを介して伝動機の第2小歯車軸に連結されており、そのため、駆動ユニット及び、主圧縮機として構成された第1出力ユニットは伝動機(回転数低減型負荷伝動機)の変速段を介して互いに作用接続されている。従来技術で知られるそのような機械列の最適な設計は特許文献1によるとほぼ、駆動ユニット及び出力ユニットが最適な動作範囲運転され、主に負荷伝動機における変速比により回転数に関する適合が行われることにより行われる。

概要

効率的な伝動ターボ機械を提供する。伝動機11、駆動ユニット12及び第1出力ユニット13及び第2出力ユニット14を持つターボ機械10。伝動機11は大歯車軸18を持つ大歯車及びこれと噛み合う軸を持つ複数の歯車を有する。駆動ユニットは第1クラッチ29を経て第1小歯車軸22に連結され、第1出力ユニットが圧縮機として構成され、駆動ユニットからの駆動力にて第1プロセスガスが圧縮され、第1出力ユニットは第2クラッチ30を経て第1小歯車軸22に連結され、第1出力ユニットが第1クラッチ、第2クラッチが閉じている場合、直接的に伝動機の歯車比は変わらずに駆動ユニットに接続し、出力ユニット14が圧縮機として構成され、駆動ユニットからの駆動力にて第1プロセスガス又はさらなるプロセスガスが圧縮され、第2出力ユニットは伝動機の小歯車軸24に接続される。a

目的

本発明の課題は、新規の伝動ターボ機械を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

伝動ターボ機械(10)であって、伝動機(11)、少なくとも一つの駆動ユニット(12)、及び少なくとも2つの出力ユニット(13、14、15、16、36、37、40、41、44)を有し、これらが一つの機械列に組み込まれている伝動ターボ機械において、前記伝動機(11)が、大歯車軸(18)を持つ中央大歯車(17)、及び、前記大歯車(17)に噛み合い、少なくとも2つの小歯車軸(22、24、26、39、43)を持つ少なくとも2つの小歯車(21、23、25、38、42)を有しており、前記伝動ターボ機械(10)が駆動ユニット(12)を有しており、該駆動ユニット(12)が、第1クラッチ(29)を介して前記伝動機(11)の一方のサイドにおいて前記伝動機(11)の第1小歯車軸(22)に連結されており、第1出力ユニット(13)が主圧縮機として構成されており、その中では、前記駆動ユニット(12)により提供された機械的な駆動力を利用して第1プロセスガス圧縮され、前記第1出力ユニット(13)は、第2クラッチ(30)を介して、前記伝動機(11)の反対側のサイドにおいて、前記伝動機(11)の前記第1小歯車軸(22)に連結されており、その際、前記第1出力ユニット(13)は第1クラッチ(29)が閉じていて、第2クラッチ(30)が閉じている場合に、前記伝動機(11)の歯車比は同じままで、前記駆動ユニット(12)に直接的に作用接続し、少なくとも一つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41、44)が歯車圧縮機として構成されており、その中では、前記駆動ユニット(12)により提供された機械的な駆動力を利用して、前記第1プロセスガス又はさらなるプロセスガスが圧縮されるか、もしくは引き続き圧縮され、前記少なくとも一つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41、44)は、前記伝動機(11)の少なくとも一つのさらなる小歯車軸(24、26、39、43)に耐トルク的に接続されている、ことを特徴とする、伝動ターボ機械。

請求項2

前記駆動ユニット(12)が、機械的な駆動力を提供するために、中で蒸気の圧力が緩和される蒸気タービンとして構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の伝動ターボ機械。

請求項3

蒸気タービンとして構成された前記駆動ユニット(12)が、軸方向の排蒸気ハウジング(33)を有することを特徴とする、請求項2に記載の伝動ターボ機械。

請求項4

蒸気タービンとして構成された前記駆動ユニット(12)のコンデンサ(34)が、前記蒸気タービンの長手方向軸の方向において、前記蒸気タービンを支持する土台テーブル(20)の隣に位置していることを特徴とする、請求項2又は3に記載の伝動ターボ機械。

請求項5

前記コンデンサ(34)が、前記蒸気タービンを支持する前記土台テーブル(20)の隣で、別個の支持部(35)の上に位置していることを特徴とする、請求項4に記載の伝動ターボ機械。

請求項6

前記主圧縮機(13)が多段であることを特徴とする、請求項1に記載の伝動ターボ機械。

請求項7

前記主圧縮機(13)が遠心圧縮機として構成されていることを特徴とする、請求項1又は6に記載の伝動ターボ機械。

請求項8

圧縮された第2プロセスガスの体積と温度を下げるために、前記主圧縮機(13)の前圧縮機段(13a)の下流に中間冷却器(13b)が位置していることを特徴とする、請求項7に記載の伝動ターボ機械。

請求項9

前記主圧縮機(13)が、少なくとも一つの半径方向の終段を持つ軸流圧縮機として構成されていることを特徴とする、請求項1又は6に記載の伝動ターボ機械。

請求項10

圧縮された第1プロセスガスの体積と温度を下げるために、下流方向において前記主圧縮機(13)の軸方向段(13a)の後、かつ、前記半径方向終段の前に中間冷却器(13b)が配置されていることを特徴とする、請求項9に記載の伝動ターボ機械。

請求項11

前記第1小歯車軸(22)は、前記大歯車のおよそ6時の位置又はおよそ9時の位置又はおよそ11時の位置又はおよそ12時の位置又はおよそ1時の位置又はおよそ3時の位置において、前記小歯車を介して前記大歯車に噛み合っており、前記少なくとも一つのさらなる小歯車軸(24、26、39、43)は、前記大歯車の少なくとも一つの空いた位置においてそれぞれの小歯車を介して前記大歯車に噛み合っていることを特徴とする、請求項1に記載の伝動ターボ機械。

請求項12

2つの第2出力ユニット(14、15)が歯車圧縮機として構成されており、これら2つの歯車圧縮機(14、15)は、前記伝動機(11)の互いに反対側のサイドにおいて、前記伝動機(11)の第2小歯車軸(24)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項13

3つの第2出力ユニット(14、15、16)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機(14、15)は、前記伝動機(11)の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機(11)の第2小歯車軸(24)に耐トルク的に接続されており、第3の歯車圧縮機(16)は前記伝動機(11)の第3小歯車軸(26)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項14

4つの第2出力ユニット(14、15、16、36)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第2小歯車軸(24)に、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第3小歯車軸(26)に耐トルク的に接続されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項15

5つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第2小歯車軸(24)に、及び、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第3小歯車軸(26)に耐トルク的に接続され、また、第5の歯車圧縮機は前記伝動機の第4小歯車軸(39)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項16

6つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第2小歯車軸(24)に、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第3小歯車軸(26)に、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第4小歯車軸(39)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項17

7つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機はサイド前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第2小歯車軸(24)に、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第3小歯車軸(26)に耐トルク的に接続されており、さらなる2つの歯車圧縮機は、前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第4小歯車軸(39)に耐トルク的に接続されており、第7の歯車圧縮機は前記伝動機の第5小歯車軸(43)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項18

8つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41、44)が歯車圧縮機として構成されており、2つの歯車圧縮機が前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第2小歯車軸(24)に、さらなる2つの歯車圧縮機は前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第3小歯車軸(26)に、さらなる2つの歯車圧縮機は前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第4小歯車軸(39)に耐トルク的に接続されており、さらなる2つの歯車圧縮機は前記伝動機の互いに反対側のサイドにおいて前記伝動機の第5小歯車軸(43)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項19

少なくとも一つの前記出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41、44)の代わりに、少なくとも一つのさらなる駆動ユニット(14’、15’、16’、36’、37’、40’、41’、44’)が、前記小歯車軸(24、26、39、43)の一つに耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項20

前記さらなる駆動ユニット(14’、15’、16’、36’、37’、40’、41’、44’)が膨張機モータ、又は、ガスタービン又は蒸気タービンであることを特徴とする、請求項19に記載の伝動ターボ機械。

請求項21

クラッチ(32)を介して前記大歯車(17)の前記大歯車軸(18)に連結された発電機/モータ(31)を特徴とする、請求項1から20のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項22

前記発電機/モータ(31)が、前記伝動ターボ機械の起動のためにまず駆動ユニットとして機能し、起動後の運転中には前記発電機/モータ(31)が発電機モードにおいて出力ユニットとして機能することを特徴とする、請求項1から21のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項23

前記機械列の総出力の少なくとも50%が前記主圧縮機に割り当てられていることを特徴とする、請求項1から22のいずれか一項に記載の伝動ターボ機械。

請求項24

それぞれ前記小歯車軸(22、24、26、39、43)と前記大歯車(17)との間に、中間歯車軸を持つ少なくとも一つの中間歯車がそれぞれ配置されていて、前記小歯車軸(22、24、26、39、43)ならびに前記大歯車(17)に耐トルク的に接続されていることを特徴とする、請求項1又は請求項11に記載の伝動ターボ機械。

技術分野

0001

本発明は伝動ターボ機械に関する。

背景技術

0002

特許文献1より知られる伝動ターボ機械は、伝動機駆動ユニット、及び複数の出力ユニットを備えており、伝動ターボ機械のこれらの構成部分は一つの機械列に組み込まれている。この伝動機は、大歯車軸を持つ中央大歯車を有しており、小歯車軸上に取り付けられた複数の小歯車がこの大歯車に噛み合っている。駆動ユニットは望ましくは蒸気タービンである。出力ユニットは望ましくは圧縮機、つまり主圧縮機及び複数の歯車圧縮機である。特許文献1によると駆動ユニットは第1クラッチを介して伝動機の第1小歯車軸に連結されており、これに対して主圧縮機として構成された出力ユニットは第2クラッチを介して伝動機の第2小歯車軸に連結されており、そのため、駆動ユニット及び、主圧縮機として構成された第1出力ユニットは伝動機(回転数低減型負荷伝動機)の変速段を介して互いに作用接続されている。従来技術で知られるそのような機械列の最適な設計は特許文献1によるとほぼ、駆動ユニット及び出力ユニットが最適な動作範囲運転され、主に負荷伝動機における変速比により回転数に関する適合が行われることにより行われる。

先行技術

0003

欧州特許第2128448号明細書

発明が解決しようとする課題

0004

より効率的で、そのためより少ない損失で運転できる伝動ターボ機械が求められている。また、そのような伝動ターボ機械を、より低い取り付け高さで、より寸法の小さい建物内に配置できるよう、そのような伝動ターボ機械の取付に必要な空間を減少させることも求められている。

課題を解決するための手段

0005

上述のことを鑑みて本発明の課題は、新規の伝動ターボ機械を提供することである。この課題は、請求項1に記載の伝動ターボ機械により解決される。本発明の伝動ターボ機械は、伝動機、駆動ユニット、及び複数の出力ユニットを有しており、これらは一つの機械列に組み込まれている。伝動機は、大歯車軸を有する中央大歯車、及び、この大歯車に噛み合う、それぞれ小歯車軸を持つ少なくとも二つの小歯車を有している。駆動ユニットは望ましくは、中で蒸気の圧力が緩和されることにより機械的な駆動力を提供する蒸気タービンとして構成することができ、駆動ユニットは第1クラッチを介して伝動機の一方のサイドで伝動機の第1小歯車軸に連結されている。第1出力ユニットは主圧縮機として構成されており、この中では、駆動ユニットから提供された機械的駆動力を利用して第1プロセスガスが圧縮され、第1駆動ユニットは、反対側の伝動機サイドにおいて第2クラッチを介して伝動機の第1小歯車軸に連結されており、その際、第1出力ユニットは、第1クラッチが閉じていて、かつ第2クラッチも閉じている場合には、伝動機の歯車比が同じままで(つまり、変速段なしで)直接的に駆動ユニットに作用接続する。少なくとも一つの第2出力ユニットは歯車圧縮機として構成されており、駆動ユニットにより提供された機械的な駆動力を利用して第1プロセスガス、又は少なくとも一つのさらなるプロセスガスが圧縮され、第2出力ユニットは、伝動機のさらなる小歯車軸に耐トルク的に接続されている。

0006

望ましくは蒸気タービンとして構成された駆動ユニットが、主圧縮機として構成された第1出力ユニットに、伝動ターボ機械の伝動機の変速段なしに直接的に連結されている伝動ターボ機械は、従来技術より知られる機械列の場合より、より高い効率及びより低い損失で運転できる。

0007

伝動ターボ機械、駆動ユニット及び出力ユニットを備える機械列の新しいコンセプトを考慮する中で、従来の配置原理ではそれぞれの適用ケースについて、機械列全体にとって特にコスト及び設置スペースに関して最適性が達成されないことが明らかになった。

0008

とりわけ伝動機の構成の研究により、駆動ユニットと出力ユニットとの間の負荷伝動機をなくすことにより、伝動機の伝動損失ならびにコストを有意に低減でき、それが機械列の全体効率に大きく影響することが明らかになった。

0009

コストを最小化し、圧縮性能を保持し、全体効率も少なくとも同じに保持する、という目標から出発したところ、予想外なことに、全体プロセスに合わせて特に設計された駆動ユニットは、前記の目標達成のために必ずしも必要ではないということが明らかになり、そのため、駆動ユニットの選択において、回転数が最適化された動作範囲への依存度下げることができる。

0010

第1発展形によると、主圧縮機が遠心圧縮機として構成されており(望ましくは少なくとも2段)、前の圧縮段の下流ではあるが最終の圧縮段の下流ではないところに、通常は中間冷却器が設けられていて、圧縮する第1プロセスガスの体積及び温度が下げられる。主圧縮機を、遠心圧縮機の圧縮機段後ろ又は圧縮機段の間で中間冷却を行う遠心圧縮機として構成することは、一方では伝動ターボ機械の効率の向上にとって、他方では伝動ターボ機械に必要な設置スペースの低減にとって好適である。

0011

第2の好適な発展形によると主圧縮機は、少なくとも一つの半径方向終段を持つ軸流圧縮機として構成されており、下流方向において軸流段の後ろで、半径方向の終段に入る前に中間冷却が設けられている。

0012

任意的に、2つの半径方向終段を持つ軸流圧縮機も可能であり、この場合は2つの遠心段の間に中間冷却を設けることも可能である。

0013

さらなる好適な発展形によると、蒸気タービンとして構成された駆動ユニットは軸方向の排蒸気ハウジングを有しており、蒸気タービンとして構成された駆動ユニットのコンデンサは、蒸気タービンの長軸方向において、蒸気タービンを支え土台テーブルの隣で望ましくは別個の支持部の上に設置される。この構成により、コンデンサを土台テーブルの下に設置する必要がなくなる。コンデンサはむしろ土台テーブルの隣で別個の支持部の上に配置される。このことはとりわけ、必要な設置スペースの低減にとって長所となり、それは、それにより土台テーブルの高さを例えばおよそ12mまでからおよそ4mまでに下げ、それにより伝動ターボ機械全体の設置高さを下げることができる。それによりさらに、機械土台をより薄くもしくはより軽量に実施することが可能となる。

0014

さらなる好適な発展形によると伝動ターボ機械は、2つ又は3つ又は4つ又は5つ又は6つ又は7つ又は8つの、歯車圧縮機として構成された、第2の出力ユニットを有しており、伝動ターボ機械が2つの歯車圧縮機を有している場合には、これらは第2小歯車軸に耐トルク的に接続されており、伝動ターボ機械が3つ又は4つの歯車圧縮機を有する場合には、これらはさらなる小歯車軸に耐トルク的に接続されており、伝動ターボ機械が5つ又は6つの歯車圧縮機を有する場合には、これらはまたさらなる小歯車軸に耐トルク的に接続されており、伝動ターボ機械が7つ又は8つの歯車圧縮機を有する場合には、これらはまたさらなる小歯車軸に耐トルク的に接続されている。歯車圧縮機の数を適切に選択することにより、さらに効率を高めることができる。

0015

本発明の望ましい発展形は、従属請求項及び以下の説明から理解される。本発明の実施例を図を用いて説明するが、これに限定されるわけではない。

図面の簡単な説明

0016

本発明の第1の伝動ターボ機械のブロック図である。
図1aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第2の伝動ターボ機械のブロック図である。
図2aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第3の伝動ターボ機械のブロック図である。
図3aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第4の伝動ターボ機械のブロック図である。
図4aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第5の伝動ターボ機械のブロック図である。
図5aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第6の伝動ターボ機械のブロック図である。
図6aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第7の伝動ターボ機械のブロック図である。
図7aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。
本発明の第8の伝動ターボ機械のブロック図である。
図8aに図示された伝動ターボ機械の伝動機の図式化された斜視図である。

実施例

0017

本発明は伝動ターボ機械に関する。

0018

図3a及び図3bには、本発明の伝動ターボ機械10の望ましい実施例が図示されている。伝動ターボ機械10は、組み込まれた伝動機11、駆動ユニット12、複数の出力ユニット13、14、15、16を有しており、伝動機11、駆動ユニット12、及び複数の出力ユニット13、14、15、16は一つの機械列に組み込まれている。

0019

伝動ターボ機械10の伝動機11は大歯車17を有しており、大歯車17は大歯車軸18に配置されていて、大歯車軸18を介して伝動機11の伝動機ハウジング19に回転可能に取り付けられている。伝動機11の大歯車17の周囲には複数の小歯車21、23、25が噛み合い、これら小歯車は小歯車軸22、24、26に固定されていて、小歯車軸22、24、26を介してやはり伝動機ハウジング19に回転可能に取り付けられている。

0020

図3a及び図3bの実施例においては、そのように小歯車軸22、24、26に取り付けられた全部で3つの小歯車21、23、25が、大歯車17の周囲において大歯車17に噛み合っている。

0021

駆動ユニット12は蒸気タービンとして構成されており、蒸気タービン内では蒸気の圧力を緩和させて機械的な駆動力を提供する。駆動ユニット12は、伝動機11の第1小歯車軸22に、つまり、伝動機11もしくは伝動機ハウジング19の第1サイド27において連結されており、蒸気タービンとして構成された駆動ユニット12は第1クラッチ29を介して第1小歯車軸22に連結されている。

0022

複数の出力ユニット13、14、15、16には、主圧縮機として構成された第1出力ユニット13ならびに、歯車圧縮機として構成された複数の第2出力ユニット14、15、16が含まれる。主圧縮機もしくは第1出力ユニット13は少なくとも2段で構成されており、主圧縮機内では駆動ユニット12により提供された機械的な駆動力を利用することにより第1プロセスガスの圧縮が行われる。

0023

第1出力ユニット13もしくは主圧縮機も伝動機11の第1小歯車軸22に連結されており、つまり、伝動機11もしくは伝動機ハウジング19の第1サイド27の反対側に位置する、第2サイド28において連結されている。このとき主圧縮機として構成された第1出力ユニット13は、第2クラッチ30を介して第1小歯車軸22につながっており、第1小歯車軸22には第1クラッチ29を介して駆動ユニット12も連結されている。

0024

特に第1クラッチ29及び第2クラッチ30の両方が閉じている場合、駆動ユニット12と主圧縮機として構成された第1出力ユニット13とは、歯車比が同じままで、伝動機11の変速段の中間接続なしで直接的に、互いに作用接続しており、これらは同じ回転数で回転する。

0025

図3aの伝動ターボ機械10は駆動ユニット12及び主圧縮機として構成された第1出力ユニット13に加えて、歯車圧縮機として構成された、3つの第2出力ユニット14、15、16を有している。歯車圧縮機として構成された第2出力ユニット14、15、16内では、駆動ユニット12により提供された機械的な駆動力を利用して第1プロセスガス及び/又は一つの又は複数のさらなるプロセスガスが圧縮されるか、又は引き続き圧縮され、第2出力ユニット14、15、16は伝動機11のさらなる小歯車軸24、26に耐トルク的に接続されている。

0026

図3a及び図3bの実施例においては、さらなる3つの第2出力ユニット14、15、16が、さらなる2つの小歯車軸24及び26に耐トルク的に接続されており、つまり、2つの歯車圧縮機14及び15が、伝動機11もしくは伝動機ハウジング19の互いに反対側のサイド27及び28において伝動機11の第2小歯車軸24に耐トルク的に接続されており、また、歯車圧縮機16は、望ましくは、歯車圧縮機14及び主圧縮機13も設けられている伝動機ハウジング19のサイド28において、伝動機11の第3小歯車軸26に耐トルク的に接続されている。

0027

機械列の総出力のうち、少なくとも50%が主圧縮機に、その残り(50%未満)が歯車圧縮機に割り当てられており、そのため、とりわけ主圧縮機及び駆動ユニット12は、回転数を最適にした設計にすることが、機械列の効率の向上にとって大きな意味があることが明らかである。

0028

図3a及び図3bの実施例において第1小歯車軸22は大歯車17のおよそ6時の位置に位置していて、小歯車21を介してこの位置で大歯車17に噛み合う。小歯車23を持つ第2小歯車軸24は大歯車17のおよそ3時の位置で、また、小歯車25を持つ第3小歯車軸26ははおよそ9時の位置に位置しており、これら小歯車23、25はこの位置で大歯車17に噛み合う。

0029

図3aに図示されたように伝動機11の大歯車軸18には、クラッチ32を介して、任意的な発電機31又は代替的にモータを連結することができる。

0030

すでに述べたように、主圧縮機として構成された第1出力ユニット13は、複数の圧縮機段を持つ多段構成とすることができる。

0031

前の圧縮機段13aの下流に中間冷却器13bが位置しており、それによりすでに圧縮された第1プロセスガスが冷却され、それにより第1プロセスガスの体積と温度を下げる。それによりとりわけ歯車圧縮機14、15又は16の領域における第1プロセスガスのさらなる圧縮に関して、伝動ターボ機械の効率を改善することができる。

0032

望ましくは、各歯車圧縮機14、15、16の下流にも、それぞれ圧縮されたプロセスガスを冷却するために中間冷却器(図示されず)を配置することが可能である。

0033

伝動機11は、歯車圧縮機14、15、16、蒸気タービンとして構成された駆動ユニット12ならびに主圧縮機として構成された第1出力ユニット13と共に、望ましくは機械土台の共通の土台テーブル20上に取り付けられている。

0034

蒸気タービンもしくは駆動ユニット12の領域には、軸方向の排蒸気ハウジング33が設けられており、それにより、圧力が緩和された媒体は蒸気タービン12から軸方向に出ていく。

0035

蒸気タービン12の下流に位置するコンデンサ34はこのとき望ましくは、蒸気タービン12の長手方向軸の方向において、蒸気タービン12を支持する機械土台の土台テーブル12の隣に、望ましくは別個の支持部35の上に配置されている。

0036

そのため、図3a及び図3bに図示された伝動ターボ機械10は、組み込まれた伝動機11、蒸気タービンとして構成された駆動ユニット12、主圧縮機として構成された第1出力ユニット13ならびに、歯車圧縮機として構成された少なくとも3つの第2出力ユニット14、15、16を有している。本発明によると蒸気タービン12及び少なくとも2段の主圧縮機13は、対応するクラッチ29、30を介して、伝動機11の同じ小歯車軸22に連結されており、そのため、両方のクラッチ29及び30が連結されている場合は、蒸気タービン12と主圧縮機13とは、伝動機11の伝動機変速を行わずに、歯車比は同じままで直接的に作用接続しており、同じ回転数で運転される。歯車圧縮機14、15、16は通常、機械列以外においてその他のプロセスステップが完了した後、主圧縮機13内で圧縮されたプロセスガスのさらなる圧縮及び/又は少なくとも一つのさらなるプロセスガスの圧縮を行う。第1小歯車軸22に取り付けられた小歯車21は、伝動ターボ機械10の出力の全てもしくは蒸気タービン12の駆動力の全てを伝達する必要がある。蒸気タービン12は軸方向の排流ハウジングもしくは排蒸気ハウジング33を有しており、コンデンサ34は土台テーブル20の隣で別個の支持部35上に配置されている。

0037

主圧縮機13は望ましくは少なくとも2段であり、望ましくは遠心圧縮機として実施されている。このとき2段の遠心圧縮機内では、前の段の後ろに中間冷却器が組み込まれている。歯車圧縮機14、15、16内では主圧縮機13内で圧縮されたプロセスガス及び/又は少なくとも一つのさらなるプロセスガスが圧縮される、もしくはさらに圧縮される。各歯車圧縮機14、15、16の下流には望ましくはさらなる中間冷却器を配置することができる。

0038

伝動ターボ機械10の駆動は望ましくは、蒸気タービンとして構成された駆動ユニット12を介して行われ、駆動ユニット12は伝動機11のハウジング19を通って、主圧縮機13を直接的に、同じ回転数で駆動する。歯車圧縮機14、15、16も同様に蒸気タービン12もしくは駆動ユニットにより駆動されるが、回転数は異なり、しかも、伝動機11の具体的な変速比に応じた、それぞれの歯車圧縮機にとって最適な回転数で駆動される。

0039

本発明の伝動ターボ機械10のさらなる実施例は図1a図1b及び図2a図2b及び図4a図4b及び図5a図5b及び図6a図6b及び図7a図7b及び図8a図8bに図示されており、以下に、本発明のさらなる伝動ターボ機械10が図3a図3bの伝動ターボ機械10と異なる点について詳述する。

0040

図1a図1bの伝動ターボ機械10では、歯車圧縮機14は一つのみであり、これが小歯車軸24に耐トルク的に接続されている。

0041

図2a図2bの伝動ターボ機械10では、合わせて2つの歯車圧縮機14、15があり、これらは小歯車軸24に耐トルク的に接続されている。これら2つの歯車圧縮機14及び15は、伝動機ハウジング19の異なるサイドにおいて、伝動機11の第2小歯車軸24に耐トルク的に接続されている。

0042

図4a図4bの伝動ターボ機械10においては合わせて4つの歯車圧縮機14、15、16、36があり、これらは、2つの小歯車軸24及び26に耐トルク的に接続されている。2つの歯車圧縮機14及び15は、伝動機ハウジング10の異なるサイドにおいて第2小歯車軸24に、2つの歯車圧縮機16、36は、伝動機ハウジング10の異なるサイドにおいて伝動機11の第3小歯車軸26に耐トルク的に接続されている。

0043

図5a及び図5bならびに図6a及び図6bの実施例では、伝動ターボ機械10の伝動機11はそれぞれ第4小歯車軸39を有しており、この第4小歯車軸39には、図5a図5bの実施例においては第5歯車圧縮機37が、図6a図6bの実施例においては追加的に第6歯車圧縮機40が耐トルク的に接続されている。このとき第4小歯車軸39は、第4小歯車軸39に取り付けられた小歯車38と共に大歯車17のおよそ12時の位置に配置されており、第4小歯車軸39に取り付けられた小歯車38はこの位置で、大歯車17の周囲で大歯車17に噛み合う。

0044

図7a図7b及び図8a図8bには、伝動ターボ機械10のさらなる2つの実施例が図示されており、図7a図7b及び図8a図8bにはそれぞれ第5小歯車軸43が設けられいる。図7a図7bの実施例においてはこの第5小歯車軸43には第7歯車圧縮機41が耐トルク的に接続されており、図8a図8bにおいては第5小歯車軸43には第7歯車圧縮機41に追加的に第8歯車圧縮機44が耐トルク的に接続されている。図7b図7bからわかるように、これらの実施形態においては第4小歯車軸39は、大歯車17のおよそ1時の位置に、第5小歯車軸43はおよそ11時の位置に配置されており、対応する小歯車38、42はこれらの位置で、大歯車17の周囲で大歯車17に噛み合う。

0045

先述変型実施例とは関係なく、第1小歯車軸(22)が大歯車のおよそ6時の位置又はおよそ9時の位置又はおよそ11時の位置又はおよそ12時の位置又はおよそ1時の位置又はおよそ3時の位置において、小歯車を介して大歯車に噛み合うこと、及び、少なくとも一つのさらなる小歯車軸(24、26、39、43)が大歯車少なくとも一つの空いている位置においてそれぞれの小歯車を介して大歯車に噛み合うことが可能である。

0046

また、先述の変型実施例に任意的に、それぞれ小歯車軸(22、24、26、39、43)と大歯車(17)との間に、中間歯車軸を持つ、それぞれ少なくとも一つの、図示されない中間歯車が配置されていて、耐トルク的に小歯車軸(22、24、26、39、43)ならびに大歯車(17)に接続されることが可能である。

0047

特に伝動ターボ機械(図示されず)の利用分野においては、少なくとも一つの第2出力ユニット(14、15、16、36、37、40、41、44)の代わりに、少なくとも一つのさらなる駆動ユニット(14’、15’、16’、36’、37’、40’、41’、44’)が、小歯車軸(24、26、39、43)の一つに耐トルク的に接続されることも可能である。さらなる駆動ユニットとは、膨張機、モータ、又は、ガスタービン又は蒸気タービンとすることができる。

0048

また、伝動ターボ機械の起動のために、発電機/モータ(31)はまず駆動ユニットとして機能し、起動後にモータ/発電機(31)は発電機モードにおいて出力ユニットとして機能することもできる。

0049

特別な状況においては、駆動ユニットがガスタービン、膨張機、又はモータとして実施されることも可能である。

0050

10伝動ターボ機械
11伝動機
12駆動ユニット/蒸気タービン
13 第1出力ユニット/主圧縮機
13a 主圧縮機段
13b中間冷却器
14 第2出力ユニット/歯車圧縮機
14’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
15 第2出力ユニット/歯車圧縮機
15’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
16 第2出力ユニット/歯車圧縮機
16’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
17大歯車
18大歯車軸
19 伝動機ハウジング
20土台テーブル
21 第1小歯車
22 第1小歯車軸
23 第2小歯車
24 第2小歯車軸
25 第3小歯車
26 第3小歯車軸
27サイド
28 サイド
29クラッチ
30 クラッチ
31発電機/モータ
32 クラッチ
33排流ハウジング
34コンデンサ
35 支持部
36 第2出力ユニット/歯車圧縮機
36’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
37 第2出力ユニット/歯車圧縮機
37’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
38 第4小歯車
39 第4小歯車軸
40 第2出力ユニット/歯車圧縮機
40’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
41 第2出力ユニット/歯車圧縮機
41’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット
42 第5小歯車
43 第5小歯車軸
44 第2出力ユニット/歯車圧縮機
44’ 第2出力ユニットの代わりのさらなる駆動ユニット

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