[发明专利]齿轮传动式涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有权利要求1的前序部分的特征的齿轮传动式涡轮机(Getriebeturbomaschine)，其通过集成的传动机构将驱动和／或从动装置集成成机械传动线路(Maschinenstrang)。

背景技术

齿轮传动式涡轮机例如用于在所谓的PTA设备(PTA＝Purified Terephthalic Acid，精对苯二甲酸)中的空气分离以制造对苯二甲酸，其中，在此整个齿轮传动式涡轮机构造为传动线路且通过传动机构使压缩机、扩展器(Expander)、蒸汽涡轮、马达以及发电机彼此在工艺技术方面共同作用。

在压缩机中由此引起流体的压力提高，即通过压缩机的旋转的、沿径向延伸的且具有叶片的转动轮提高流体从进入到压缩机中直至其出口的角动量。流体的压力和温度在该级的压缩机中升高，而流动的流体在转动轮处的相对速度降低。为了达到流体的尽可能高的压力升高，可使多个这样的压缩机级相继连接。压缩机主要分成径向式压缩机和轴向式压缩机，其中，在轴向式压缩机中使待压缩的流体在轴向方向上流动通过压缩机，而在径向式压缩机中使待压缩的流体首先沿轴向流到压缩机级的转动轮中，且然后使之在径向方向上向外转向。因此在多级的径向式压缩机中在每级之后必需流偏转部。径向式压缩机和轴向式压缩机的组合的结构型式以其轴向级抽吸很大的体积流，其被以很大的压力压缩到紧接的径向级中。如果在多级的齿轮传动式涡轮机中使用多个压缩机，压缩机作为压缩机级经由小齿轮轴与大齿轮且可选地与附加的驱动小齿轮处于有效连接中。

因此，如同压缩机那样，齿轮传动式涡轮机的取决于待操作的工艺的其余的装置同样与大齿轮处于有效连接中。例如，马达或发电机可直接与大齿轮处于有效连接中，从而使得马达(在马达线路(Motorschaltung)中的马达／发电机)可首先承担齿轮传动式涡轮机的驱动。当由于运行的工艺在起动后首次产生蒸汽时，那时蒸汽机作为驱动装置通过与大齿轮相啮合的附加的驱动小齿轮进一步驱动齿轮传动式涡轮机且马达可从马达线路转变到发电机线路(Generatorschaltung)中以进行发电。如果齿轮传动式涡轮机附加地还包括与大齿轮处于有效连接中的扩展器，那么扩展器可在进入到运行工艺之后通过现存的(多余的)过程气体来驱动且同样有助于能量产生。如果缺乏扩展器且安装了仅仅一个发电机(在发电机线路中的马达／发电机)，那么蒸汽涡轮如此发出很多功率使得齿轮传动式涡轮机运行且可将附加功率作为电能从发电机输入到电网中。

在文献EP1 691 081B1中如上所述的那样说明了一种带有集成的传动机构和驱动和／或从动装置的多级的齿轮传动式涡轮机，在此，驱动和从动装置可为压缩机、蒸汽涡轮、燃气涡轮、马达、发电机以及扩展器。特别有利地，在此装置的组件一方面处在同一水平面中，且另一方面通过存在的大齿轮与从动小齿轮以及附加的驱动小齿轮使得能够实现集成可使用的驱动和从动装置的多种可能性。驱动和因此功率从大齿轮到小齿轮轴上的传输通过在大齿轮和小齿轮轴中的彼此啮合的齿部来实现。通过齿部的不同的齿数或不同的分度圆直径在单个的传动级中实现所期望的传动或传动比(功率级)。因此，单个的小齿轮轴一方面在其齿部几何结构方面且另一方面在小齿轮轴的中心位置方面与大齿轮彼此联结。

在多个小齿轮轴直接或间接通过附加的驱动轴围绕大齿轮布置时，必须从理想的和可实现的传动比中找到折衷，在此，可提供的和／或可实现的结构空间是决定性地起影响作用的和／或限制性的参数。特别用于通过小齿轮轴连接的驱动或从动装置的壳体附件(导流构件，例如压缩机的螺旋室或扩展器、蒸汽涡轮或马达／发电机的壳体)的在齿轮传动式涡轮机的壳体之外所需的结构空间通常明显限定和限制客户方所要求的总是更有效率的齿轮传动式涡轮机的设计。

因此，小齿轮轴与大齿轮通过小齿轮轴的位置和齿部几何结构建立的有效连接在开发、设计、构造以及建造齿轮传动式涡轮机时具有重要意义。

直到现在，受限地更有效率的齿轮传动式涡轮机通常还可通过增大大齿轮来实现，从而可为邻接到传动机构处的驱动或从动装置的壳体提供结构空间。在文献EP1691081B1中说明的附加的驱动轮同样为更有效率的齿轮传动式涡轮机的设计提供一定的优点，然而由于其作为驱动轮的功能在可能的分度圆直径方面产生不可避免的限制。如同用于驱动的大齿轮一样，附加的驱动轮针对其驱动功能需要最小转速，并且因此限定了在驱动轮与大齿轮之间的尺寸比。因此在最大允许的圆周速度方面且接下来还在更大的直径方面设定有限制。

发明内容