DE-102024132171-A1 - Antriebsstrang für Verdichteranordnung

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbokompressor (1) umfassend ein mehrstufiges Antriebssystem (2), umfassend einen Hauptantrieb (3), ein Getriebe (4) und zumindest zwei Arbeitsmaschinen (5), wobei das Getriebe (4) zwei bis sechs Abtriebsstränge (6) umfasst, die ausgeführt sind zwei bis zwölf Arbeitsmaschinen (5) anzutreiben, wobei eine Arbeitsmaschine (5) zumindest zwei Verdichterstufen (7), eine Eingangswelle (8), zumindest ein Radialgleitlager (9) und zumindest ein Axiallager (10) umfasst, der Abtriebsstrang (6) ein Zahnrad (11) und eine Abtriebswelle (12) umfasst, wobei die Abtriebswelle (12) mittels zumindest zwei Radialgleitlagern (9) drehbar gelagert ist, wobei die Abtriebswelle (12) und die Eingangswelle (8) eine Verbindungskupplung (13) aufweisen, vorzugsweise eine Steckverbindung (14), die ausgeführt ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle (12) und der Eingangswelle (8) auszubilden.

Inventors

• Tobias Stolz
• Manolo Kahl
• Alexander Mix
• Christian Honold

Assignees

• VOITH PATENT GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (13)

1. Turbokompressor (1) umfassend ein mehrstufiges Antriebssystem (2), umfassend einen Hauptantrieb (3), ein Getriebe (4) und zumindest zwei Arbeitsmaschinen (5), wobei das Getriebe (4) zwei bis sechs Abtriebsstränge (6) umfasst, die ausgeführt sind zwei bis zwölf Arbeitsmaschinen (5) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet , dass eine Arbeitsmaschine (5) zumindest zwei Verdichterstufen (7), eine Eingangswelle (8), zumindest ein Radialgleitlager (9) und zumindest ein Axiallager (10) umfasst, der Abtriebsstrang (6) ein Zahnrad (11) und eine Abtriebswelle (12) umfasst, wobei die Abtriebswelle (12) mittels zumindest zwei Radialgleitlagern (9) drehbar gelagert ist, wobei die Abtriebswelle (12) und die Eingangswelle (8) eine Verbindungskupplung (13) aufweisen, vorzugsweise eine Steckverbindung (14), die ausgeführt ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle (12) und der Eingangswelle (8) auszubilden.
2. Turbokompressor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lagerung der Abtriebswelle (12) kein Axiallager (10) aufweist und die Verbindungskupplung (13) eine axialfeste und drehfeste Verbindung zwischen Abtriebswelle (12) und Eingangswelle (8) der Arbeitsmaschine (5) ausbildet.
3. Turbokompressor (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abtriebswelle (12), eine weitere Verbindungskupplung (13) umfasst, die ausgeführt ist einen Axialversatz Parallelversatz und/oder einen Winkelversatz auszugleichen.
4. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Eingangswelle (8), eine weitere Verbindungskupplung (13) umfasst, die ausgeführt ist einen Axialversatz, Parallelversatz und/oder einen Winkelversatz auszugleichen.
5. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zumindest eine Verbindungskupplung (13) zwischen Abtriebswelle (12) und Eingangswelle (8) der Arbeitsmaschine (5) als Ganzmetallkupplung (15) ausgeführt ist.
6. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Zahnrad (11) des Abtriebsstrangs (6) eine Doppelschrägverzahnung aufweist.
7. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Lagerung der Abtriebswelle (12) ein Axialgleitlager (10) umfasst.
8. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Eingangswelle (8) eine Vorrichtung zum Ausgleich von Torsionsspannungen umfasst, insbesondere einen Torsionsstab (16).
9. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Abtriebswelle (8) eine Vorrichtung zum Ausgleich von Torsionsspannungen umfasst oder ausbildet, insbesondere einen Torsionsstab (13).
10. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Abtriebsstrang (6) ausgeführt ist bei einer Drehzahl von 10.000 - 80.000 U/min betrieben zu werden.
11. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Turbokompressor (1) ein Überlagerungsgetriebe (17) umfasst.
12. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Turbokompressor (1) ein Überlagerungsgetriebe (17) umfasst, wobei das Überlagerungsgetriebe (17) einen Nebenantrieb (18) umfasst.
13. Turbokompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Turbokompressor (1) ausgeführt ist, Wasserstoff von einem Druck von 0 - 10 bar auf einen Druck von 300 - 1000 bar zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbokompressor umfassend ein mehrstufiges Antriebssystem, umfassend einen Hauptantrieb, ein Getriebe und zumindest zwei Arbeitsmaschinen, wobei das Getriebe zwei bis sechs Abtriebsstränge umfasst, die ausgeführt sind zwei bis zwölf Arbeitsmaschinen anzutreiben. Derartige Trubokompressoren sind geeignet Gase zu komprimieren. Bei größeren Leistungen, hohen Drehzahlen können Turbokompressoren auch vorteilhaft dafür eingesetzt werden Wasserstoff-Gas zu komprimieren. Die höheren Drehzahlen erfordern technische Maßnahmen, um die Kompressoren für diesen Anwendungsfall zu befähigen. Aus dem Stand der Technik ist die DE 102021121301 A1 bekannt die einen Turbokompressor offenbart, der mit einem Überlagerungsgetriebe eine Mehrzahl von Arbeitsmaschinen antreibt. Es erfolgt stets ein Antrieb mittels Haupt und Nebenantrieb, wobei kein Vorkehrungen zur Vermeidung von Versatz der Achsen und/oder zum Vermeiden von Schwingungen getroffen werden. Weiterhin ist im Stand der Technik die DE 102005002702 A1 bekannt, die einen Mehrstufigen Turbokompressor offenbart. Die Erfindung behandelt die Anordnung der Achsen in dem Gehäuse eine Verbindung zu den Arbeitsmaschinen wird nicht beschrieben. Es ist daher davon auszugehen, dass die Arbeitsmaschinen mit Drehzahlen unterhalb von 10.000 U/min betrieben werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung bereitzustellen, die Turbokompressoren mit mehreren Arbeitsmaschinen befähigt, bei hohen Leistungen und Drehzahlen betrieben zu werden, wobei die einzelnen Kompressorstufen vorteilhaft parallel betrieben werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst, durch einen Turbokompressor gemäß dem Oberbegriff, wobei eine Arbeitsmaschine zumindest zwei Verdichterstufen, eine Eingangswelle, zumindest ein Radialgleitlager und zumindest ein Axiallager umfasst, der Abtriebsstrang ein Zahnrad und eine Abtriebswelle umfasst, wobei die Abtriebswelle mittels zumindest zwei Radialgleitlagern drehbar gelagert ist, wobei die Abtriebswelle und die Eingangswelle eine Verbindungskupplung aufweisen, vorzugsweise eine Steckverbindung, die ausgeführt ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Eingangswelle auszubilden. Für schnelllaufende Turbokompressoren ist eine Lagerung über ein Radialgleitlager vorteilhaft, da so eine große Drehzahl und eine große Leistung übertragen werden kann. Für die Komprimierung von Gas mit einer geringen Dichte und einem großen Volumen ist auch der Betrieb von parallel angeordneten Arbeitsmaschinen, bzw. Verdichterstufen vorteilhaft. Für die industrielle Kompression von Wasserstoff sind Drehzahlen der Arbeitsmaschine von 10.000 - 80.000 U/min vorteilhaft. Der Arbeitsbereich von 15.000 - 50.000 U/min hat sich dabei als besonders effektiv gezeigt, da hier die Turbokompressoren besonders effektiv betrieben werden können, und ausreichend große Mengen und Volumen verarbeitet werden können. Weiterhin ist ein kompakter Turbokompressor vorteilhaft, der einen geringen Bauraum aufweist, wobei eine Mehrzahl von Arbeitsmaschinen/Kompressorstufen gleichzeitig von einem großen Antrieb angetrieben werden. Weiterhin vorteilhaft ist ein Turbokompressor, wobei die Lagerung der Abtriebswelle kein Axiallager aufweist und die Verbindungskupplung eine axialfeste und drehfeste Verbindung zwischen Abtriebswelle und Eingangswelle der Arbeitsmaschine ausbildet. Eine derart kompakte Ausführung mit nur einem Axiallager ist energieeffizient, und kostengünstig. Dabei wird vorteilhaft die Verbindungskupplung als Steckkupplung ausgeführt, die nur für eine Montage oder Demontage der Verbindung gelöst, bzw. geöffnet wird. Hier kann besonders eine Steckkupplung gewählt werden, die über eine thermische Presspassung im Betrieb eine axialfeste und drehfeste Verbindung der Abtriebswelle und Eingangswelle ausbildet. Für eine derartige kompakte Kupplung kann ein thermischer Längenausgleich durch eine gerade Verzahnung des Zahnrades aufgenommen werden. Da Axiallager ein zusätzliche Lagerreibung und Verlustleistung in dem Turbokompressor verursachen, ist eine Ausführung mit nur einer Axiallagerung pro Abtriebsstrang und Arbeitsmaschine besonders Energie- und Kosten-effizient. Weiterhin vorteilhaft ist ein Turbokompressor, wobei die Abtriebswelle eine weitere Verbindungskupplung umfasst, die ausgeführt ist, einen Axialversatz, Parallelversatz und/oder einen Winkelversatz auszugleichen. Weiterhin vorteilhaft ist ein Turbokompressor, wobei die Eingangswelle, eine weitere Verbindungskupplung umfasst, die ausgeführt ist, einen Axialversatz, Parallelversatz und/oder einen Winkelversatz auszugleichen. Bei den hohen Drehzahlen größer 10.000 U/min, die für den Einsatz von Turbokompressoren insbesondere zur Komprimierung von Wasserstoff vorteilhaft sind, kann b