Die Erfindung betrifft eine Getriebeturbomaschine.

Aus der DE 10 2012 022 131 A1 ist eine Getriebeturbomaschine mit einem Getriebe, mit einem Antriebsaggregat und mit mehreren Abtriebsaggregaten bekannt, wobei diese Komponenten der Getriebeturbomaschine zu einem Maschinenstrang integriert sind. Das Getriebe verfügt über ein zentrales Großrad mit einer Großradwelle, wobei mehrere auf Ritzelwellen gelagerte Ritzel in das Großrad kämmen. Beim Antriebsaggregat handelt es sich vorzugsweise um eine Dampfturbine. Bei den Abtriebsaggregaten handelt es sich vorzugsweise um Kompressoren, nämlich um einen Hauptkompressor und mehrere Getriebekompressoren.

Aus der EP 2 604 862 A1 ist eine weitere Getriebeturbomaschine mit einem Antriebsaggregat, einem Hauptkompressor und mehreren Getriebekompressoren bekannt. Ferner offenbart die EP 2 604 862 A1 mit diesen Kompressoren zusammenwirkende Kühler, nämlich Zwischenkühler und einen Endkühler.

Im Bereich der Zwischenkühler sowie des Endkühlers von aus dem Stand der Technik bekannten Getriebeturbomaschinen kommen als Wärmetauscher Rippen- rohrbündelwärmetauscher zum Einsatz. Derartige Rippenrohrbündelwärmetau- scher verfügen zwar über einen relativ geringen Druckverlust, die Wärmeübertra- gung solcher Rippenrohrbündelwärmetauscher ist jedoch begrenzt. Insbesondere bei Getriebeturbomaschinen mit hohen Leistungen von mehr als 100.000Nm ³ /h kommen daher relativ großbauende Kühler zum Einsatz, die über entsprechend dimensionierte Rippenrohrbündelwärmetauscher verfügen. Um jedoch wirtschaftliche Getriebeturbomaschinen mit hohen Leistungen bereitstellen zu können, müssen die Kühler der Getriebeturbomaschinen kompakt bauen. Dies ist bislang nicht möglich. Es besteht Bedarf an einer Getriebeturbomaschine, die weniger Bauraum benötigt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Getriebeturbomaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeturbomaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Jeder Zwischenkühler und der Endkühler der erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine weisen jeweils ein Gehäuse mit einen Zulaufstutzen für das zu kühlende zweite Prozessgas und einen Ablaufstutzen für das gekühlte zweite Prozessgas und einen im Gehäuse aufgenommen Wärmetauscher auf. Mindestens ein Zwischenkühler und/oder der Endkühler weisen einen Wärmetauscher in Plat- tenbauweise auf.

Bei der erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine kommen im Bereich mindestens eines Kühlers Plattenwärmetauscher zum Einsatz. Vorzugsweise kommen vollverschweißte Plattenwärmetauscher zum Einsatz. Derartige Plattenwärmetau- scher verfügen über eine bessere Wärmeübertragung, sodass die Wärmetauscher und damit letztendlich die Kühler kompakter ausgeführt werden können. Hiermit kann eine besonders kompakte Bauform einer Getriebeturbomaschine bereitgestellt werden.

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung weisen jeder Zwischenkühler und der Endkühler einen Wärmetauscher in Plattenbauweise auf. Derartige Plattenwärmetauscher verfügen über eine hohe Wärmeübertragung und können daher zur Realisierung einer besonders kompakten Bauform der Getriebeturbomaschine genutzt werden. Nach einer zweiten, alternativen Weiterbildung weist zumindest ein Zwischenkühler zwischen einer Axialstufe des ersten Abtriebsaggregats und einer Radialstufe des ersten Abtriebsaggregats einen Wärmetauscher in Plattenbauweise auf. Mindestens ein weiterer Zwischenkühler und/oder der Endkühler weist einen Wärme- tauscher in Rippenrohrbündelbauweise auf. Diese Weiterbildung der Erfindung, die im Bereich mindestens eines Zwischenkühlers einen Wärmetauscher in Plattenbauweise und im Bereich eines anderen Zwischenkühlers und/oder des Endkühlers einen Wärmetauscher in Rippenrohrbündelbauweise nutzt, ist besonders bevorzugt, um angepasst an den jeweiligen Kühlbedarf des jeweiligen Kühlers ei- nerseits eine kompakte Bauform des jeweiligen Kühlers zu gewährleisten, andererseits über die gesamte Getriebeturbomaschine einen geringen Druckverlust durch die Kühler zu gewährleisten. Ein solches Hybridkonzept, welches demnach sowohl Wärmetauscher in Rippenrohrbündelbauweise als auch Wärmetauscher in Plattenbauweise im Bereich der Kühler nutzt, ist besonders bevorzugt.

Vorzugsweise sind Plattenelemente des jeweiligen Plattenwärmetauschers verschweißt. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Kühlung im Bereich des jeweiligen Kühlers.

Vorzugsweise weist das Gehäuse des jeweiligen Kühlers eine zylindrische oder rohrartige Mantelwand auf, wobei der Zulaufstutzen und der Ablaufstutzen an einer Axialposition der Mantelwand nebeneinander an der Mantelwand positioniert sind. Über diese Relativausrichtung von Zulaufstutzen und Ablaufstutzen kann der entsprechende Kühler besonders bauraumsparend in die Getriebeturbomaschine integriert werden.

Vorzugsweise nimmt das Gehäuse des jeweiligen Kühlers ein Strömungsver- gleichmäßigungselement auf, welches stromabwärts des Zulaufstutzens und stromaufwärts des Wärmetauschers positioniert ist. Dies kann zu einer weiteren Reduzierung der Baugröße des jeweiligen Kühlers und damit letztendlich zur Reduzierung des Bauraumbedarfs der Getriebeturbomaschine genutzt werden. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Getriebeturbomaschine;

Fig. 2 eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Getriebes der

Getriebeturbomaschine gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3a bis 3c unterschiedliche Ansichten eines ersten Kühlers der Getriebeturbomaschine; und

Fig. 4a bis 4c unterschiedliche Ansichten eines zweiten Kühlers der Getriebeturbomaschine.

Fig. 1 und 2 zeigen ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Getriebeturbomaschine 10. Die Getriebeturbomaschine 10 umfasst ein integriertes Getriebe 1 1 , ein Antriebsaggregat 12, mehrere Abtriebsaggregate 13, 14, 15 und 1 6, wobei das Getriebe 1 1 , das Antriebsaggregat 12 und die mehreren Abtriebsaggregate 13, 14, 15 und 1 6 zu einem Maschinenstrang integriert sind.

Das Getriebe 1 1 der Getriebeturbomaschine 10 umfasst ein Großrad 17, das auf einer Großradwelle 18 positioniert und über die Großradwelle 18 in einem Getriebegehäuse 19 des Getriebes 1 1 drehbar gelagert ist. In das Großrad 17 des Getriebes 1 1 kämmen am Umfang desselben mehrere Ritzel 21 , 23, 25 ein, die auf Ritzelwellen 22, 24, 26 befestigt und über die Ritzelwellen 22, 24 und 26 ebenfalls im Getriebegehäuse 19 drehbar gelagert sind. Im Ausführungsbeispiel kämmen am Umfang des Großrads 1 1 insgesamt drei derartige auf Ritzelwellen 22, 24 und 26 gelagerte Ritzel 21 , 23 und 25 in das Großrad 17 ein.

Das Antriebsaggregat 1 1 ist als Dampfturbine ausgebildet, in welcher zur Bereitstellung mechanischer Antriebsleistung ein erstes Prozessgas entspannt wird. Das Antriebsaggregat 12 ist mit einer ersten Ritzelwelle 22 des Getriebes 1 1 gekoppelt, nämlich auf einer ersten Seite 27 des Getriebes 1 1 bzw. des Getriebegehäuses 19, wobei das als Dampfturbine ausgebildete Antriebesaggregat 12 über eine erste Kupplung 29 an die erste Ritzelwelle 22 gekoppelt ist.

Zu den mehreren Abtriebsaggregaten 13, 14, 15 und 1 6 zählen ein erstes, als Hauptkompressor ausgebildetes Abtriebsaggregat 13 sowie mehrere zweite, als Getriebekompressoren ausgebildete Abtriebsaggregate 14, 15 und 1 6. Der Haupt- kompressor bzw. das erste Abtriebsaggregat 13 ist mindestens zweistufig mit den Hauptkompressorstufen 13a, 13b ausgebildet, wobei in dem Hauptkompressor unter Nutzung der vom Antriebsaggregat 12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung ein zweites Prozessgas verdichtet wird.

Das erste Abtriebsaggregat 13 bzw. der Hauptkompressor ist ebenfalls mit der ersten Ritzelwelle 22 des Getriebes 1 1 gekoppelt, nämlich auf einer der ersten Seite 27 gegenüberliegenden, zweiten Seite 28 des Getriebes 1 1 bzw. Getriebegehäuses 19. Dabei greift das als Hauptkompressor ausgebildete, erste Antriebsaggregat 13 über eine zweite Kupplung 30 an der ersten Ritzelwelle 22 an, an welche auch das Antriebsaggregat 12 über die erste Kupplung 29 gekoppelt ist. Dann, wenn die erste Kupplung 29 und die zweite Kupplung 30 beide geschlossen sind, stehen das Antriebsaggregat 12 und das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 direkt bzw. unmittelbar ohne Zwischenschaltung einer Übersetzungsstufe des Getriebes 1 1 miteinander in Wirkverbindung, sodass die- selben mit gleicher Drehzahl drehen. Die Getriebeturbomaschine 10 der Fig. 1 und 2 umfasst zusätzlich zum Antriebsaggregat 12 und dem als Hauptkompressor ausgebildeten ersten Abtriebsaggregat 13 drei zweite Abtriebsaggregate 14, 15 und 1 6, die als Getriebekompressoren ausgebildet sind. Es könne auch nur zwei oder mehr als drei Getriebekompresso- ren vorhanden sein. In den als Getriebekompressoren ausgebildeten zweiten Abtriebsaggregaten 14, 15 und 1 6 wird unter Nutzung der vom Antriebsaggregat 12 bereitgestellten mechanischen Antriebsleistung das zweite Prozessgas weiter verdichtet, wobei die zweiten Abtriebsaggregate 14, 15 und 1 6 mit weiteren Ritzelwellen 24, 26 des Getriebes 1 1 gekoppelt sind.

So sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 die drei weiteren, zweiten Abtriebsaggregate 14, 15 und 16 mit zwei weiteren Ritzelwellen 24 und 26 gekoppelt, nämlich derart, dass die beiden Getriebekompressoren 24 und 25 an gegenüberliegenden Seiten 27 und 28 des Getriebes 1 1 bzw. Getriebegehäuses 19 mit einer zweiten Ritzelwelle 24 des Getriebes 1 1 gekoppelt sind, wohingegen der Getriebekompressor 1 6 mit einer dritten Ritzelwelle 26 des Getriebes 1 1 gekoppelt ist, vorzugsweise im Bereich derjenigen Seite 28 des Getriebegehäuses 19, an welcher auch der Getriebekompressor 14 und der Hauptkompressor 13 positioniert sind.

Der Hauptkompressor 13 wird auch als MAC-Kompressor bezeichnet und ist vorzugsweise als Radialkompressor ausgebildet. Die erste Hauptkompressorstufe 13a des Hauptkompressors 13 ist vorzugsweise eine Axialstufe, die zweite Hauptkompressorstufe 13b des Hauptkompressors 13 ist vorzugsweise eine Radialstu- fe.

Die Getriebekompressoren 14, 15 und 1 6 werden auch als Boost-Kompressoren oder BAC-Kompressoren bezeichnet. Die Getriebekompressoren 14, 15 und 1 6 sind vorzugsweise Radialkompressoren. Die Einheit aus Getriebe 1 1 und Radial-Getriebekompressoren 14, 15 und 1 6 wird auch als Radial-Gear-Kompressor oder als RG-Kompressor bezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist die erste Ritzelwelle 22 zusammen mit dem auf derselben gelagerten, ersten Ritzel 21 in etwa an der 6-Uhr-Position des Großrads 17 positioniert und kämmt über das Ritzel 21 an dieser Position in das Großrad 17 ein. Die zweite Ritzelwelle 24 mit dem Ritzel 23 ist in etwa an der 3- Uhr-Position und die dritte Ritzelwelle 26 mit dem Ritzel 25 ist in etwa an der 9- Uhr-Position des Großrads 17 positioniert, wobei diese Ritzel 23 und 25 an diesen Positionen in das Großrad 17 kämmen.

Wie in Fig. 1 a gezeigt, kann an die Großradewelle 18 des Getriebes 1 1 ein optionaler Generator 31 oder auch alternativ Motor gekoppelt sein, nämlich über ein Kupplung 32.

Wie bereits ausgeführt, ist das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 mehrstufig mit mehreren Kompressorstufen bzw. Verdichterstufen ausgebildet, wobei in Fig. 1 a exemplarisch zwei Hauptkompressorstufen 13a, 13b gezeigt sind.

Das Getriebe 1 1 zusammen mit den Getriebekompressoren 14, 15 und 1 6, das als Dampfturbine ausgebildete Antriebsaggregat 12 sowie das als Hauptkompressor ausgebildete erste Abtriebsaggregat 13 sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Fundamenttisch 20 eines Maschinenfundaments gelagert.

Im Bereich der Dampfturbine bzw. des Antriebsaggregats 12 kommt ein axiales Abdampfgehäuse 33 zum Einsatz, sodass entspanntes erstes Prozessgas die Dampfturbine 12 in axialer Richtung verlässt. Ein stromabwärts der Dampfturbine 12 positionierter Kondensator 34 ist dann vorzugsweise in Richtung einer Längsachse der Dampfturbine 12 gesehen neben dem die Dampfturbine 12 tragenden Fundamenttisch 12 des Maschinenfundaments positioniert, und zwar vorzugsweise auf separaten Stützen 35.

Wie Fig. 1 entnommen werden kann, umfasst die Getriebeturbomaschine 10 mehrere Kühler 36, 37, 38, 39 und 46.

Beim Kühler 36 handelt es sich um einen Zwischenkühler, der zwischen die bei- den Hauptkompressorstufen 13a, 13b des Hauptkompressors 13 geschaltet ist.

Bei den Kühlern 46, 37 und 38 handelt es sich ebenfalls um Zwischenkühler, nämlich beim Kühler 46 um einen Zwischenkühler zwischen der zweiten Hauptkompressorstufe 13b und dem ersten Getriebekompressor 14, bei dem Kühler 37 um einen Zwischenkühler zwischen dem ersten Getriebekompressor 14 und dem zweiten Getriebekompresssor 16 und bei dem Kühler 38 um einen Zwischenkühler zwischen dem zweiten Getriebekompressor 1 6 und dem dritten Getriebekompressor 15.

Beim Kühler 39 handelt es sich um einen Endkühler stromabwärts des dritten Getriebekompressors 15.

Jeder Kühler 36, 37, 38, 39, 46 der Getriebeturbomaschine 10 verfügt über ein Gehäuse 40 mit einer zylindrischen bzw. rohrförmigen Mantelwand 47, wobei an der Mantelwand 47 einerseits ein Zulaufstutzen 41 für das jeweils zu kühlende zweite Prozessgas und ein Ablaufstutzen 42 für das gekühlte zweite Prozessgas ausgebildet ist. Die Mantelwand 47 des Gehäuses 40 des jeweiligen Kühlers 36, 37, 38, 39, 46 definiert einen Hohlraum bzw. Innenraum des jeweiligen Gehäuses 40, in welchem ein Wärmetauscher 43 aufgenommen ist, der einerseits vom zu kühlenden, zweiten Prozessgas und andererseits von einem Kühlmedium durchströmt ist.

In diesem vom Gehäuse 40 definierten Hohlraum sind weiterhin Trennelemente 45 aufgenommen, welche die Strömung des zu kühlenden zweiten Prozessgases von der Strömung des bereits gekühlten zweiten Prozessgases trennen, um so sicherzustellen, dass über den Zulaufstutzen 41 geführtes, zu kühlendes zweites Pro- zessgas zwingend über den Wärmetauscher 43 geführt wird, bevor es als gekühltes zweites Prozessgas über den Ablaufstutzen 42 abgeführt werden kann. Eine Durchmischung von zu kühlendem zweitem Prozessgas und gekühltem zweiten Prozessgas innerhalb des jeweiligen Kühlers wird demnach durch die Trennelemente 45 vermieden.

Mindestens ein Kühler, nämlich mindestens ein Zwischenkühler 36, 37, 38, 46 und/oder der Endkühler 39, weist einen Wärmetauscher 43 in Plattenbauweise, also einen Plattenwärmetauscher auf. Derartige Plattenwärmetauscher verfügen über einen hohen Wärmeübergang und erlauben so eine effektive Kühlung des zweiten Prozessgases bei geringem benötigtem Bauraum.

Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel weist zumindest der Zwischenkühler 36, der zwischen die als Axialstufe ausgebildete erste Hauptkompressorstufe 13 und die als Radialstufe ausgebildete zweite Hauptkompressorstufe 13b ge- schaltet ist, einen Wärmetauscher 43 in Plattenbauweise auf. Im Bereich dieses Zwischenkühlers 36 herrscht ein besonders hoher Kühlbedarf, wobei dann dieser Kühlbedarf unter Gewährleistung einer besonders kompakten Bauform des Zwischenkühlers 36 bereitgestellt werden kann.

Es ist möglich, einen weiteren Zwischenkühler 38 und 46 sowie auch den Endkühler 39 mit Plattenwärmetauschern 43 auszustatten. Bevorzugt ist es jedoch, nur solche Kühler mit Plattenwärmetauschern auszurüsten, im Bereich derer ein hohe Kühlleistung benötigt wird, und solche Kühler, in denen eine relativ geringe Kühlleistung benötigt wird, Rohrbündelwärmetauscher zu nutzen, da dieselben über einen geringeren Druckverlust verfügen als Plattenwärmetauscher.

Besonders bevorzugt ist demnach eine Ausgestaltung der Getriebeturbomaschine 10, bei welcher angepasst an den benötigten Kühlbedarf des jeweiligen Kühlers 36, 37, 38, 39, 46 unter Gewährleistung einer möglichst kompakten Bauform der Getriebeturbomaschine 10 sowie unter Gewährleistung eines möglichst geringen Druckverlusts im Bereich erster Kühler als Wärmetauscher Plattenwärmetauscher und im Bereich zweiter Kühler als Wärmetauscher Rippenrohrbündelwärmetau- scher zum Einsatz kommen. Ein derartiges Hybridkonzept für die Kühler der Ge- triebeturbomaschine ist besonders bevorzugt.

In der in Fig. 3a, 3b und 3c gezeigten Variante eines Kühlers 36, 37, 38, 39, 46 sind Zulaufstutzen 41 und Ablaufstutzen 42 für das zweite Prozessgas in Axialposition der Mantelwand 47 hintereinander an der Mantelwand 47 positioniert. Dem- gegenüber zeigen Fig. 4a, 4b, 4c eine Variante, in welcher der Zulaufstutzen 41 und der Ablaufstutzen 42 an einer Axialposition der Mantelwand 47 nebeneinander an derselben positioniert sind. Hierdurch kann die gewünschte Relativposition des jeweiligen Kühlers im Vergleich zu den anderen Baugruppen der Getriebeturbomaschine angepasst werden, um eine besonders kompakte Bauform der Ge- triebeturbomaschine zu gewährleisten.

Fig. 3b kann entnommen werden, dass das Gehäuse 40 des dort gezeigten Kühlers ein Strömungsvergleichmäßigungselement 44 aufnimmt, welches stromabwärts des Zulaufstutzens 41 und stromaufwärts des jeweiligen Wärmetauschers 43 angeordnet ist. Bei einem derartigen Strömungsvergleichmäßigungselement 44 kann es sich um ein plattenartiges Lochblech handeln, welches gewährleistet, dass der gesamte Wärmetauscher 43 gleichmäßig vom zu kühlenden, zweiten Medium durchströmt wird. Hierdurch kann die Effektivität der Kühlung gesteigert werden und den Bau- raumbedarf eines Kühlers weiter zu reduzieren.

Bezugszeichenliste

10 Getriebeturbomaschine

1 1 Getriebe

12 Antriebsaggregat / Dampfturbine

13 erstes Abtriebsaggregat / Hauptkompressor

13a Hauptkompressorstufe

13b Hauptkompressorstufe

14 zweites Abtriebsaggregat / Getriebekompressor

15 zweites Abtriebsaggregat / Getriebekompressor

16 zweites Abtriebsaggregat / Getriebekompressor

17 Großrad

18 Großradwelle

19 Getriebegehäuse

20 Fundamenttisch

21 erstes Ritzel

22 erste Ritzelwelle

23 zweites Ritzel

24 zweite Ritzelwelle

25 drittes Ritzel

26 dritte Ritzelwelle

27 Seite

28 Seite

29 Kupplung

30 Kupplung

31 Generator

32 Kupplung

33 Abströmgehäuse

34 Kondenstaor

35 Stütze

36 Zwischenkühler

37 Zwischenkühler

38 Zwischenkühler Endkühler

Gehäuse

Zulaufstutzen

Ablaufstutzen

Wärmetauscher

Strömungsvergleichmäßigungselement

Trennelement

Zwischenkühler

Mantelwand