DE102012100646B4

DE102012100646B4 - Turbine and generator housing

Info

Publication number: DE102012100646B4
Application number: DE102012100646.6A
Authority: DE
Inventors: John Omoruyi
Original assignee: SAXESS HOLDING GmbH
Current assignee: SAXESS HOLDING GMBH, DE
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: DE102012100646A1; WO2013110765A1

Abstract

Turbinen- und Generatorgehäuse mit einem Hohlraum (18) zum Aufnehmen einer Turbine und eines Generators, wobei der Hohlraum (18) von einer Wandung (12) mit einer Seitenwand (14) und einer Stirnwand (16) gebildet wird, wobei der Hohlraum (18) von der Seitenwand (14) umgeben ist, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (A) des Turbinen- und Generatorgehäuses erstreckt, umfassend – einen oder mehrere Zuführkanäle (28) zum Zuführen eines Kühlfluids in das Turbinen- und Generatorgehäuse, und – einen oder mehrere Abführkanäle (30) zum Abführen des Kühlfluids aus dem Turbinen- und Generatorgehäuse, wobei – in der Seitenwand (14) ein Ringraum (26) verläuft, der vom Hohlraum (18) von einem von der Stirnwand (16) ausgehenden und sich dem Hohlraum (18) radial nach außen direkt anschließenden Wandabschnitt (22) der Seitenwand (14) getrennt ist, den Hohlraum (18) radial umschließt und in Fluidkommunikation mit dem oder den Zuführkanälen (28) und dem oder den Abführkanälen (30) steht, und – dass die Seitenwand (14) eine rohrförmige Hülse (24) umfasst, welche die Seitenwand (14) radial nach außen begrenzt, gekennzeichnet durch – mehrere erste Kanäle (42), welche in Fluidkommunikation mit dem Zuführkanal und dem Ringraum (26) stehen, und – mehrere zweite Kanäle (44), welche in Fluidkommunikation mit dem Abführkanal und dem Ringraum (26) stehen, wobei die ersten Kanäle (42) und/oder die zweiten Kanäle (44) senkrecht zur Längsachse (A) verlaufen, – die Zuführkanäle (28) und die Abführkanäle (30) parallel zur Längsachse (A) verlaufen und – dass die ersten und zweiten Kanäle (42, 44) und der Ringraum (26) von einem in die Seitenwand (14) einbringbaren Einsetzteil (40) gebildet werden, wobei das Einsetzteil 40 im montierten Zustand radial außerhalb des Wandabschnitts (22) angeordnet ist und mit diesem an seinen axialen Enden in Kontakt steht und so den Ringraum (26) axial begrenzt.Turbine and generator housing having a cavity (18) for receiving a turbine and a generator, wherein the cavity (18) by a wall (12) having a side wall (14) and an end wall (16) is formed, wherein the cavity (18 ) is surrounded by the side wall (14) extending substantially parallel to a longitudinal axis (A) of the turbine and generator housing, comprising - one or more feed channels (28) for supplying a cooling fluid into the turbine and generator housing, and one or more discharge channels (30) for discharging the cooling fluid from the turbine and generator housing, wherein - in the side wall (14) an annular space (26) extending from the cavity (18) and one of the end wall (16) the cavity (18) radially outwardly directly adjoining wall portion (22) of the side wall (14) is separated, the cavity (18) radially encloses and in fluid communication with the one or more feed channels (28) and the or the A passageways (30); and that the side wall (14) comprises a tubular sleeve (24) which bounds the side wall (14) radially outwardly, characterized by - a plurality of first channels (42) in fluid communication with the supply channel and the annular space (26), and - a plurality of second channels (44), which are in fluid communication with the discharge channel and the annular space (26), wherein the first channels (42) and / or the second channels (44) perpendicular to the longitudinal axis ( A), - the feed channels (28) and the discharge channels (30) run parallel to the longitudinal axis (A) and - that the first and second channels (42, 44) and the annular space (26) from one into the side wall (14) insertable part (40) are formed, wherein the insert part 40 in the assembled state is arranged radially outside of the wall portion (22) and is in contact therewith at its axial ends and thus axially delimits the annular space (26).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinen- und Generatorgehäuse mit einem Hohlraum zum Aufnehmen einer Turbine und eines Generators, wobei der Hohlraum von einer Wandung mit einer Seitenwand und einer Stirnwand gebildet wird, wobei der Hohlraum von der Seitenwand umgeben ist, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Turbinen- und Generatorgehäuses erstreckt, umfassend einen oder mehrere Zuführkanäle zum Zuführen eines Kühlfluids in das Turbinen- und Generatorgehäuse, und einen oder mehrere Abführkanäle zum Abführen des Kühlfluids aus dem Turbinen- und Generatorgehäuse. Gekühlte Turbinen- und Generatorgehäuse sind beispielsweise aus der DE 10 2008 011 257 A1 bekannt und werden unter anderem zur Aufnahme von Turboladern verwendet. Diese Turbinen- und Generatorgehäuse haben allerdings den Nachteil, dass sie eine relativ komplexe Struktur aufweisen, wodurch die Fertigung verkompliziert wird. Darüber hinaus ist die Fläche, die für den Wärmeübergang zur Verfügung steht, relativ gering, wodurch die Kühlleistung begrenzt ist, was sich nachteilig auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Turbine und des Generators auswirkt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Turbine über eine Welle direkt mit dem Generator verbunden ist, ohne dass ein Getriebe zwischengeschaltet ist. Eine getriebelose Verbindung, bei der die Turbinenschaufeln auf derselben Welle sitzen wie der Rotor des Generators, ist bei hochdrehenden Turbinen deshalb von Vorteil, da das Getriebe unter derartigen Betriebsbedingungen eine Störquelle darstellt, welche die Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Allerdings steigen bei hochdrehenden Turbinen und entsprechend hochdrehenden Rotoren die Anforderungen an die Kühlung des Generators, da er sonst zerstört werden würde. The present invention relates to a turbine and generator housing having a cavity for receiving a turbine and a generator, wherein the cavity is formed by a wall having a side wall and an end wall, wherein the cavity is surrounded by the side wall, which is substantially parallel to a longitudinal axis of the turbine and generator housing, comprising one or more feed channels for supplying a cooling fluid into the turbine and generator housing, and one or more discharge channels for discharging the cooling fluid from the turbine and generator housing. Cooled turbine and generator housings are for example from DE 10 2008 011 257 A1 are known and used inter alia for receiving turbochargers. However, these turbine and generator housings have the disadvantage that they have a relatively complex structure, which complicates the manufacturing. In addition, the area available for heat transfer is relatively low, which limits cooling performance, which adversely affects the efficiency and life of the turbine and generator. This is especially true when the turbine is connected via a shaft directly to the generator without a transmission is interposed. A gearless connection in which the turbine blades are seated on the same shaft as the rotor of the generator is advantageous in high-speed turbines, since under such operating conditions the transmission presents a source of interference which impairs reliability. However, with high-speed turbines and correspondingly high-speed rotors, the requirements for cooling the generator increase because otherwise it would be destroyed.

Die FR 2 407 597 A1 zeigt ein Gehäuse mit einem Hohlraum, in welchem ausschließlich ein Generator angeordnet ist. Der Hohlraum wird von einer Wandung gebildet und ist von einer Seitenwand umgeben, die sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses erstreckt. Weiterhin sind ein Zuführkanal und ein Abführkanal vorhanden, mit denen ein Kühlfluid durch das Gehäuse geführt werden kann. In der Seitenwand verläuft ein Ringraum, der den Hohlraum umschließt und in Fluidkommunikation mit dem Zuführkanal und dem Abführkanal steht. Die Seitenwand umfasst auch eine rohrförmige Hülse, welche die Seitenwand radial nach außen begrenzt. Der Zuführkanal steht ebenso wie der Abführkanal in direkter Kommunikation mit dem Ringraum. Weiterhin steht der Abführkanal in direkter Kommunikation mit dem Ringraum. Die EP 690 205 A2 zeigt eine Kühlvorrichtung ausschließlich für Turbinenschaufeln. In 3 der EP 690 205 A2 ist erkennbar, dass die Kühlvorrichtung mehrere Hohlräume aufweist. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Verteilerkanal, mit dem die Kühlflüssigkeit so geführt wird, dass sie möglichst gleichmäßig in den Hohlräumen verteilt wird. The FR 2 407 597 A1 shows a housing with a cavity in which only a generator is arranged. The cavity is formed by a wall and is surrounded by a side wall which extends substantially parallel to the longitudinal axis of the housing. Furthermore, a feed channel and a discharge channel are provided with which a cooling fluid can be passed through the housing. In the sidewall, there is an annular space surrounding the cavity and in fluid communication with the feed channel and the discharge channel. The sidewall also includes a tubular sleeve which bounds the sidewall radially outward. The feed channel as well as the discharge channel is in direct communication with the annulus. Furthermore, the discharge channel is in direct communication with the annulus. The EP 690 205 A2 shows a cooling device exclusively for turbine blades. In 3 of the EP 690 205 A2 it can be seen that the cooling device has a plurality of cavities. The cooling device comprises a distribution channel, with which the cooling liquid is guided so that it is distributed as evenly as possible in the cavities.

Die US 2008 0 131 264 A1 bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für eine Turbine, die mehrere Ringräume aufweist, die jeweils miteinander in Kommunikation stehen und über einen Zuführkanal mit Luft beaufschlagt werden. Die Ringräume werden von verschiedenen Blechabschnitten gebildet, so dass keine rohrförmige Hülse vorhanden ist. Zum zielgerichteten Leiten der Luft sind in den Ringräumen perforierte Bleche vorgesehen. The US 2008 0 131 264 A1 refers to a cooling device for a turbine, which has a plurality of annular spaces, each communicating with each other and are supplied via a supply channel with air. The annular spaces are formed by different sheet metal sections, so that no tubular sleeve is present. For the targeted guidance of the air perforated sheets are provided in the annular spaces.

Die WO 2007/088 194 A2 zeigt einen ORC-Turbinengenerator in einer axialen Anordnung zwischen einem Generatorabschnitt und einem Turbinenabschnitt, wobei der Generatorabschnitt ein zur Umgebung hin dichtes und druckfest ausgebildetes Statorgehäuse mit einem in Richtung des Abdampfraums des Turbinenabschnitts offenen Läuferraum aufweist. Das Gehäuse des Generatorabschnitts wird von einem Kühlmittel durchströmt, allerdings tritt ein relativ hoher Druckverlust beim Durchströmen des Gehäuses auf, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der ORC-Anlage bemerkbar macht. The WO 2007/088 194 A2 shows an ORC turbine generator in an axial arrangement between a generator section and a turbine section, wherein the generator section has a close to the environment dense and pressure-resistant formed stator housing with an open towards the Abdampfraums of the turbine section runner space. The housing of the generator section is flowed through by a coolant, however, a relatively high pressure loss occurs when flowing through the housing, which has a negative effect on the efficiency of the ORC system.

Die JP 61-72063 U zeigt ein Gehäuse für einen Elektromotor, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird. Die Kanäle des Kühlmittelkreislaufs werden von einer Vielzahl von Gehäuseteilen gebildet, wodurch ein hoher Fertigungs- und Montageaufwand verursacht wird. The JP 61-72063 U shows a housing for an electric motor, which is flowed through by a coolant. The channels of the coolant circuit are formed by a plurality of housing parts, whereby a high manufacturing and assembly costs is caused.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das eingangs genannte Turbinen- und Generatorgehäuse so weiterzubilden, dass es einfach zu fertigen ist und eine hohe Kühlleistung bereitstellt. Object of the present invention is therefore to develop the aforementioned turbine and generator housing so that it is easy to manufacture and provides a high cooling capacity.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass in der Seitenwand des Turbinen- und Generatorgehäuses ein Ringraum verläuft, der vom Hohlraum von einem von der Stirnwand ausgehenden und sich dem Hohlraum radial nach außen direkt anschließenden Wandabschnitt der Seitenwand getrennt ist, den Hohlraum radial umschließt und in Fluidkommunikation mit dem oder den Zuführkanälen und dem oder den Abführkanälen steht, und dass die Seitenwand eine rohrförmige Hülse umfasst, welche die Seitenwand radial nach außen begrenzt. Weiterhin weist das Gehäuse mehrere erste Kanäle, welche in Fluidkommunikation mit dem Zuführkanal und dem Ringraum stehen, und mehrere zweite Kanäle, welche in Fluidkommunikation mit dem Abführkanal und dem Ringraum stehen, auf, wobei die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle senkrecht zur Längsachse verlaufen, die Zuführkanäle und die Abführkanäle parallel zur Längsachse verlaufen. Die ersten und zweiten Kanäle und der Ringraum werden von einem in die Seitenwand einbringbaren Einsetzteil gebildet, wobei das Einsetzteil im montierten Zustand radial außerhalb des Wandabschnitts angeordnet ist und mit diesem an seinen axialen Enden in Kontakt steht und so den Ringraum axial begrenzt. The object is achieved in that in the side wall of the turbine and generator housing, an annular space extends, which is separated from the cavity of one of the end wall and the cavity radially outwardly directly adjoining wall portion of the side wall, the cavity enclosing radially and in fluid communication with the one or more feed channels and the one or more discharge channels, and that the side wall comprises a tubular sleeve which limits the side wall radially outward. Furthermore, the housing has a plurality of first channels, which are in fluid communication with the supply channel and the annular space, and a plurality of second channels, which are in fluid communication with the discharge channel and the annular space, wherein the first channels and the second channels are perpendicular to the longitudinal axis, the feed channels and the discharge channels are parallel to the longitudinal axis. The first and second channels and the annulus are formed by an insertable into the side wall insertion part, wherein the insert is arranged in the assembled state radially outside of the wall portion and is in contact with this at its axial ends and so axially bounds the annular space.

Die zwei- oder mehrteilige Ausführung des Turbinen- und Generatorgehäuses mittels der Hülse erlaubt rotationssymmetrische Gestaltungen, so dass sowohl die Hülse als auch das übrige Turbinen- und Generatorgehäuse durch Drehen hergestellt werden können. Hierdurch können die Herstellungskosten im Vergleich zu komplexeren Geometrien gesenkt werden, insbesondere muss das Turbinen- und Generatorgehäuse nicht gegossen werden. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Turbinen- und Generatorgehäuse auf einfache Art und Weise gefertigt werden kann, was die Herstellungskosten insbesondere bei kleineren Stückzahlen senkt. Darüber hinaus gestattet es die erfindungsgemäße Gestaltung des Turbinen- und Generatorgehäuses, den Wandabschnitt mit einer geringen Wandstärke auszustatten. Hierdurch kann das Kühlfluid sehr nah an den Hohlraum geführt werden. Da die Turbine und der Generator im Hohlraum angeordnet sind und dort die abzuführende Wärme entsteht, gelangt auf diese Weise das Kühlfluid sehr nah an die Wärmequelle. Hierdurch kann die Wärme auf sehr effektive Weise abgeführt werden. Darüber hinaus stellt der Ringraum eine große Fläche für den Wärmeübergang zur Verfügung, so dass viel Wärme mit einem relativ geringen Volumenstrom abgeführt werden kann, was sich ebenfalls positiv auf die Kühlleistung auswirkt. The two- or multi-part design of the turbine and generator housing by means of the sleeve allows rotationally symmetrical designs, so that both the sleeve and the rest of the turbine and generator housing can be made by turning. As a result, the manufacturing cost can be reduced compared to more complex geometries, in particular, the turbine and generator housing must not be cast. This results in the advantage that the turbine and generator housing can be manufactured in a simple manner, which lowers the manufacturing costs, especially for smaller quantities. In addition, the design of the turbine and generator housing according to the invention makes it possible to provide the wall section with a small wall thickness. As a result, the cooling fluid can be guided very close to the cavity. Since the turbine and the generator are arranged in the cavity and there generates the dissipated heat, in this way the cooling fluid gets very close to the heat source. As a result, the heat can be dissipated in a very effective manner. In addition, the annular space provides a large area for the heat transfer, so that much heat can be dissipated with a relatively low volume flow, which also has a positive effect on the cooling capacity.

Dadurch, dass das erfindungsgemäße Turbinen- und Generatorgehäuse die mehreren ersten Kanäle, welche in Fluidkommunikation mit dem Zuführkanal und dem Ringraum stehen, und die mehreren zweiten Kanäle, welche in Fluidkommunikation mit dem Abführkanal und dem Ringraum stehen, aufweist, wird eine strömungstechnisch günstige Verteilung des Kühlfluids im Ringraum ermöglicht, so dass der Druckverlust innerhalb des Turbinen- und Generatorgehäuses gering gehalten wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die zur Förderung des Kühlmediums benötigte Energie in Grenzen gehalten wird, wodurch ein an das Turbinen- und Generatorgehäuse angeschlossener Kühlkreislauf effizient betrieben werden kann. Characterized in that the turbine and generator housing according to the invention, the plurality of first channels, which are in fluid communication with the feed channel and the annular space, and the plurality of second channels, which are in fluid communication with the discharge channel and the annular space, is a fluidically favorable distribution of Cooling fluid allows in the annulus, so that the pressure loss within the turbine and generator housing is kept low. This results in the advantage that the energy required to convey the cooling medium is kept within limits, as a result of which a cooling circuit connected to the turbine and generator housing can be operated efficiently.

Dabei verlaufen die Zuführkanäle undr die Abführkanäle parallel zur Längsachse. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „parallel“ im Rahmen der fertigungstechnischen Möglichkeiten zu verstehen. Auch hierdurch ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, da der in der Hülse verlaufende Zuführkanal und der Abführkanal nicht an ihrer Mantelfläche bearbeitet werden müssen. Vielmehr können der Zuführkanal und der Abführkanal durch eine Bohrung, die parallel zur Längsachse der Hülse verläuft, gefertigt werden. Durch die vereinfachte Fertigung werden die Fertigungskosten gesenkt. Weiterhin ergibt sich aus dieser Ausgestaltung der Vorteil, dass eine ständig eine maximale Fläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht. The feed channels and the discharge channels run parallel to the longitudinal axis. In this context, the term "parallel" is to be understood within the scope of production engineering possibilities. This also results in manufacturing advantages, since the running in the sleeve feed channel and the discharge channel does not have to be processed on its lateral surface. Rather, the feed channel and the discharge channel can be made by a bore which runs parallel to the longitudinal axis of the sleeve. Simplified manufacturing reduces manufacturing costs. Furthermore, this embodiment provides the advantage that there is always a maximum area available for the heat exchange.

Die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle verlaufen senkrecht zur Längsachse. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „senkrecht“ im Rahmen der fertigungstechnischen Möglichkeiten zu verstehen. Dieser Verlauf hat strömungstechnische Vorteile, da hierdurch der Weg, den das Kühlfluid innerhalb des Turbinen- und Generatorgehäuses zurücklegen muss, minimiert wird. So wird einerseits das Volumen des Kühlfluids minimiert, andererseits jedoch auch der Druckverlust gering gehalten. Darüber hinaus ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, da die Kanäle üblicherweise von Durchgangsbohrungen gebildet werden. Verlaufen diese senkrecht zur Längsachse, so sind sie einfach zu fertigen, so dass auch hierdurch die Fertigungskosten verringert werden. Weiterhin wird eine eigenständige Strömung erzeugt. The first channels and the second channels are perpendicular to the longitudinal axis. In this context, the term "vertical" in the context of manufacturing capabilities to understand. This course has fluidic advantages, as it minimizes the way the cooling fluid must travel within the turbine and generator housings. Thus, on the one hand, the volume of the cooling fluid is minimized, but on the other hand, the pressure loss is kept low. In addition, there are manufacturing advantages, since the channels are usually formed by through holes. If these run perpendicular to the longitudinal axis, then they are easy to manufacture, so that also the manufacturing costs are reduced. Furthermore, a separate flow is generated.

Das erfindungsgemäße Turbinen- und Generatorgehäuses zeichnet sich dadurch aus, dass die ersten und/oder zweiten Kanäle von einem in die Seitenwand einbringbaren Einsetzteil gebildet werden. Die Kanäle können als Durchgangsbohrungen im Einsetzteil realisiert werden. Das Einsetzteil kann separat gefertigt werden, was die Fertigung vereinfacht und sich ebenfalls positiv auf die Herstellungskosten niederschlägt. The turbine and generator housing according to the invention is characterized in that the first and / or second channels are formed by an insertable insertable into the side wall. The channels can be realized as through holes in the insert part. The insert part can be manufactured separately, which simplifies the production and also has a positive effect on the production costs.

Dabei begrenzt das Einsetzteil den Ringraum axial, wobei der Ringraum vom Einsetzteil gebildet wird, beispielsweise als Vertiefung, so dass keine weiteren konstruktiven Maßnahmen am übrigen Turbinen- und Generatorgehäuse zur Herstellung des Ringraums ergriffen werden müssen. Auch hierdurch ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, womit die Herstellungskosten gesenkt werden können. In this case, the insert axially limits the annular space, wherein the annular space is formed by the insert part, for example as a recess, so that no further constructional measures on the remaining turbine and generator housing for the production of the annular space must be taken. This also results in manufacturing advantages, whereby the manufacturing cost can be reduced.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Einsetzteil im eingebrachten Zustand gegen die Stirnwand anschlägt und die Stirnwand eine axiale Endstellung des Einsetzteils festlegt. Hierdurch lässt sich auf konstruktiv einfache Weise die Fertigungsgenauigkeit erhöhen, da die Position des Einsetzteils festgelegt werden kann. Zusätzliche Maßnahmen zur Ermittlung der gewünschten Position des Einsetzteils sind nicht erforderlich. Furthermore, it is preferred that the insert part abuts in the inserted state against the end wall and the end wall defines an axial end position of the insert part. As a result, the manufacturing accuracy can be increased in a structurally simple manner, since the position of the insert part can be determined. Additional measures to determine the desired position of the insert are not required.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Hülse im montierten Zustand gegen das Einsetzteil anschlägt und die axiale Position des Einsetzteils festlegt. Hierdurch kann auf weitere axial wirkende Befestigungsmaßnahmen des Einsetzteils verzichtet werden, da es auf der einen Seite gegen die Stirnwand und auf der anderen Seite gegen die Hülse anschlägt. Die axiale Position des Einsetzteils ist somit vollständig definiert, was ebenfalls den Fertigungsaufwand verringert. It is further preferred if the sleeve strikes in the mounted state against the insert and determines the axial position of the insert. This makes it possible to dispense with further axially acting fastening measures of the insert, since it strikes against the end wall on one side and against the sleeve on the other side. The axial position of the insert is thus complete defined, which also reduces the production cost.

Es ist bevorzugt, wenn der Zuführkanal und/oder der Abführkanal von der Hülse gebildet werden. Hierdurch wird ebenfalls die Herstellung des Zuführkanals und/oder des Abführkanals erleichtert, da sie als Bohrung in der Hülse realisiert werden können. Die Handhabung der Hülse bei der Fertigung ist im Vergleich zum restlichen Turbinen- und Generatorgehäuse einfacher, wodurch sich die Fertigungskosten senken lassen. It is preferred if the feed channel and / or the discharge channel are formed by the sleeve. This also facilitates the production of the feed channel and / or the discharge channel, since they can be realized as a bore in the sleeve. The handling of the sleeve during manufacture is easier compared to the rest of the turbine and generator housing, which can reduce the manufacturing costs.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings with reference to preferred exemplary embodiments. Show it

1 ein nicht zur Erfindung gehöriges Turbinen- und Generatorgehäuse, und 1 a not belonging to the invention turbine and generator housing, and

2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Turbinen- und Generatorgehäuses. 2 an embodiment of the turbine and generator housing according to the invention.

In 1 ist ein nicht zur Erfindung gehöriges Ausführungsbeispiel des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ anhand einer prinzipiellen Schnittzeichnung dargestellt. Das Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ umfasst eine Wandung 12 mit einer Seitenwand 14 und einer Stirnwand 16. Die Wandung 12 definiert einen Hohlraum 18, in den eine nicht dargestellte Turbine und ein Generator ganz oder teilweise eingesetzt werden können. Der Hohlraum 18 wird in axialer Richtung an einem axialen Ende von der Stirnwand 16 begrenzt, die eine Öffnung 20 aufweist, über welche ein zu entspannendes Medium der Turbine zu- oder abgeführt oder die zur Montage oder Wartung des Generators verwendet werden kann. Am anderen axialen Ende ist der Hohlraum 18 offen. An dieser Seite kann beispielsweise ein weiteres, nicht dargestelltes Gehäuse angeschlossen werden, in welcher die Turbinenschaufeln angeordnet sind. Die Seitenwand 14 umschließt den Hohlraum 18 radial nach außen und umfasst einen Wandabschnitt 22, der sich dem Hohlraum 18 radial nach außen direkt anschließt. In 1 is a not belonging to the invention embodiment of the turbine and generator housing 10 ₁ illustrated by a basic sectional drawing. The turbine and generator housing 10 ₁ comprises a wall 12 with a side wall 14 and a front wall 16 , The wall 12 defines a cavity 18 , in which a turbine, not shown, and a generator can be used in whole or in part. The cavity 18 is in the axial direction at an axial end of the end wall 16 limited, the one opening 20 has, over which a medium to be relaxed the turbine added or removed or which can be used for mounting or maintenance of the generator. At the other axial end is the cavity 18 open. On this side, for example, another, not shown housing can be connected, in which the turbine blades are arranged. The side wall 14 encloses the cavity 18 radially outward and includes a wall portion 22 that is the cavity 18 radially outward directly connects.

Darüber hinaus umfasst die Seitenwand 14 eine Hülse 24, die radial außerhalb des Wandabschnitts 22 angeordnet ist. Die Hülse 24 weist auf ihrer radial inneren Fläche eine Ausnehmung auf, die einen Ringraum 26 bildet, der den Wandabschnitt 22 vollständig umschließt. Die Hülse 24 umfasst weiterhin einen Zuführkanal 28, der im dargestellten Beispiel senkrecht zu einer Längsachse A des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ verläuft und in den Ringraum 26 mündet. Weiterhin umfasst die Hülse 24 einen Abführkanal 30, der ebenfalls senkrecht zur Längsachse A des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ verläuft. Der Ringraum 26 stellt die Fluidkommunikation zwischen dem Zuführkanal 28 und dem Abführkanal 30 her. Das Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ kann über den Zuführ- und den Abführkanal 28, 30 an einen nicht dargestellten Kühlkreislauf angeschlossen werden. Somit ist es möglich, ein Kühlfluid mittels des Zuführkanals 28 in das Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ und in den Ringraum 26 zu führen und anschließend über den Abführkanal 30 aus dem Ringraum 26 und aus dem Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ abzuführen. Dabei wird das Kühlfluid um den Hohlraum 18 geführt und nimmt beim Durchströmen des Ringraums 26 die Wärme auf, die im Hohlraum 18 entsteht. Der Wandabschnitt 22 weist eine Wandstärke b auf. Je geringer b ist, desto näher wird das Kühlfluid an den Hohlraum 18 und damit an die Wärmequelle herangeführt, wodurch sich der Wärmetransport vom Hohlraum 18 in das Kühlfluid verbessert. Folglich ist man bestrebt, b so weit wie möglich zu verringern, wie es aus Gründen der Festigkeit möglich ist. In addition, the sidewall includes 14 a sleeve 24 that are radially outside the wall section 22 is arranged. The sleeve 24 has on its radially inner surface a recess which has an annulus 26 that forms the wall section 22 completely encloses. The sleeve 24 further comprises a feed channel 28 in the example shown, perpendicular to a longitudinal axis A of the turbine and generator housing 10 ₁ runs and into the annulus 26 empties. Furthermore, the sleeve comprises 24 a discharge channel 30 which is also perpendicular to the longitudinal axis A of the turbine and generator housing 10 ₁ runs. The annulus 26 provides the fluid communication between the feed channel 28 and the discharge channel 30 ago. The turbine and generator housing 10 ₁ can via the supply and the discharge channel 28 . 30 be connected to a cooling circuit, not shown. Thus, it is possible to use a cooling fluid by means of the feed channel 28 in the turbine and generator housing 10 ₁ and into the annulus 26 lead and then on the discharge channel 30 from the annulus 26 and from the turbine and generator housing 10 ₁ dissipate. In this case, the cooling fluid around the cavity 18 guided and takes when flowing through the annulus 26 the heat up in the cavity 18 arises. The wall section 22 has a wall thickness b. The lower b, the closer the cooling fluid gets to the cavity 18 and thus brought to the heat source, whereby the heat transfer from the cavity 18 improved in the cooling fluid. Consequently, one strives to reduce b as much as possible, as it is possible for reasons of strength.

In Wirkrichtung der Gravitationskraft g gesehen ist der Zuführkanal 28 auf einer höheren geodätischen Höhe angebracht als der Abführkanal 30. Die Strömungsrichtung des Kühlfluids ist mit Pfeilen gekennzeichnet. Diese Anordnung nutzt die Wirkung der Gravitationskraft g und die sich hieraus ergebende Differenz des hydrostatischen Drucks aus, so dass das Kühlfluid innerhalb des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ nicht gegen die Gravitationskraft g und nicht auf ein höheres Niveau gefördert werden muss, wodurch die Energie, welche zur Förderung des Kühlfluids innerhalb des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ benötigt wird, gering gehalten werden kann. Die Hülse 24 ist über die Schweißnaht 32 ₁ mit der Stirnwand 16 und über die Schweißnaht 32 ₂ mit dem Wandabschnitt 22 befestigt. Viewed in the effective direction of the gravitational force g is the feed channel 28 attached to a higher geodesic height than the discharge channel 30 , The flow direction of the cooling fluid is indicated by arrows. This arrangement exploits the effect of the gravitational force g and the resulting difference in hydrostatic pressure, so that the cooling fluid within the turbine and generator housing 10 _{1 must} not be promoted against the gravitational force g and not to a higher level, whereby the energy used to convey the cooling fluid within the turbine and generator housing 10 _{1 is} needed, can be kept low. The sleeve 24 is about the weld 32 ₁ with the front wall 16 and over the weld 32 ₂ with the wall section 22 attached.

Zur Befestigung des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ an nicht dargestellte Trägerelemente ist an den axialen Enden je ein Flanschabschnitt 34 vorgesehen, die jeweils eine Durchgangsbohrung 36 aufweisen. Einer der beiden Flanschabschnitte 34 wird von der Hülse 24 gebildet. Eine sichere Befestigung ist insbesondere deshalb wichtig, da die Turbine sehr hoch drehen kann und somit Unwuchten auftreten können, die abgefangen werden müssen. Zur Vereinfachung der Befestigung des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₁ an den Trägerelementen weist der Flanschabschnitt 34 und die Hülse 24 Zentriernuten 38 auf. For fastening the turbine and generator housings 10 ₁ to support elements, not shown, is at the axial ends depending on a flange portion 34 provided, each having a through hole 36 exhibit. One of the two flange sections 34 gets off the sleeve 24 educated. A secure attachment is particularly important because the turbine can turn very high and thus imbalances can occur, which must be intercepted. To simplify the attachment of the turbine and generator housing 10 ₁ on the support elements, the flange portion 34 and the sleeve 24 centering 38 on.

In 2 ist ein erfindungsgemäßes Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₂ ebenfalls anhand einer prinzipiellen Schnittdarstellung gezeigt. Im Vergleich zum in 1 dargestellten Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ weist die Seitenwand 14 einen veränderten Aufbau auf, mit dem eine im Vergleich zum in 1 dargestellten Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₁ deutlich verbesserte Kühlleistung bereitstellt werden kann. Der Ringraum 26 wird in diesem Fall von einem Einsetzteil 40 gebildet, welches im montierten Zustand radial außerhalb des Wandabschnitts 22 angeordnet ist und mit diesem an seinen axialen Enden in Kontakt steht. Das Einsetzteil 40 weist mehrere erste Kanäle 42 und mehrere zweite Kanäle 44 auf. Die ersten Kanäle 42 stehen in Fluidkommunikation mit dem Ringraum 26 und dem Zuführkanal 28 und verlaufen senkrecht zur Längsachse A. Entsprechend stehen die zweiten Kanäle 44 in Fluidkommunikation mit dem Ringraum 26 und dem Abführkanal 30 und verlaufen ebenfalls senkrecht zur Längsachse A. Der Zuführkanal 28 und der Abführkanal 30 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Längsachse A. Das Kühlfluid strömt folglich in axialer Richtung entlang des Zuführkanals 28 in das Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₂ ein und anschließend weiter entlang den ersten Kanälen 42 in den Ringraum 26, in welchem es den Hohlraum 18 umströmt, wobei es die Wärme, die im Hohlraum 18 bei der Entspannung entsteht, aufnimmt. Anschließend verlässt das Kühlfluid den Ringraum 26 und tritt über die zweiten Kanäle 44 in den Abführkanal 30 ein, über welchen es das Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₂ in axialer Richtung verlässt. In 2 is an inventive turbine and generator housing 10 ₂ also shown by a basic sectional view. Compared to in 1 illustrated turbine and generator housing 10 ₁ has the side wall 14 an altered structure, with the one compared to in 1 illustrated turbine and generator housing 10 ₁ significantly improved cooling performance can be provided. The annulus 26 is in this case of an insert 40 formed, which in the mounted state radially outside the wall portion 22 is arranged and is in contact with this at its axial ends. The insert part 40 has several first channels 42 and several second channels 44 on. The first channels 42 are in fluid communication with the annulus 26 and the feed channel 28 and are perpendicular to the longitudinal axis A. Accordingly, the second channels 44 in fluid communication with the annulus 26 and the discharge channel 30 and also run perpendicular to the longitudinal axis A. The feed channel 28 and the discharge channel 30 extend substantially parallel to the longitudinal axis A. The cooling fluid thus flows in the axial direction along the feed channel 28 in the turbine and generator housing 10 ₂ and then continue along the first channels 42 in the annulus 26 in which there is the cavity 18 flows around it, taking away the heat that is in the cavity 18 arises during relaxation, absorbs. Subsequently, the cooling fluid leaves the annulus 26 and enters via the second channels 44 in the discharge channel 30 a, over which there is the turbine and generator housing 10 ₂ leaves in the axial direction.

Auch in diesem Fall ist die Hülse 24 mittels der Schweißnaht 32 ₁ an der Stirnwand 16 befestigt. Darüber hinaus ist die Hülse 24 mit einer Schweißnaht 32 ₃ mit dem Einsetzteil 40 verbunden. Das Einsetzteil 40 wiederum ist über die Schweißnaht 32 ₂ am Wandabschnitt 22 befestigt. Also in this case is the sleeve 24 by means of the weld 32 ₁ on the front wall 16 attached. In addition, the sleeve 24 with a weld 32 ₃ with the insert 40 connected. The insert part 40 turn over the weld 32 ₂ on the wall section 22 attached.

Auch beim erfindungsgemäßen Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₂ ist der Zuführkanal 28 in Bezug auf die Wirkrichtung der Gravitationskraft g oberhalb des Abführkanal 30 angeordnet, so dass das Fluid innerhalb des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 ₂ nicht gegen die Gravitationskraft g und nicht auf ein höheres Niveau gefördert werden muss. Also in the turbine and generator housing according to the invention 10 ₂ is the feed channel 28 with respect to the effective direction of the gravitational force g above the discharge channel 30 arranged so that the fluid within the turbine and generator housing 10 _{2 must} not be promoted against the gravitational force g and not to a higher level.

Das erfindungsgemäße Turbinen- und Generatorgehäuse 10 ₂ eignet sich insbesondere zur Aufnahme von Turbinen und Generatoren, die innerhalb eines ORC-Prozesses (Organic Rankine Cycle) eingesetzt werden. Die Besonderheit des ORC-Prozesses ist, dass als Prozessfluid Substanzen verwendet werden, die eine Verdampfungstemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur von Wasser aufweisen. Hierdurch ist es möglich, die Energie von Abwärme zu nutzen, deren Temperaturniveau so niedrig ist, dass ein thermischer Prozess mit Wasser als Prozessfluid nicht sinnvoll durchführbar ist. Der ORC-Prozess kann die Energie von Abwärme nutzbar machen, die ein Temperaturniveau von ca. 80 bis 250°C aufweist. Der Arbeitsdruck beträgt 5 bar oder mehr. Insofern betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls die Verwendung des erfindungsgemäßen Turbinen- und Generatorgehäuses 10 in einem ORC-Prozess. Insbesondere ist es möglich, die vom Kühlfluid beim Durchströmen des Turbinen- und Generatorgehäuses 10 aufgenommene Wärme an geeigneter Stelle dem im ORC-Prozess verwendeten Prozessfluid wieder zuzuführen, um den Wirkungsgrad des ORC-Prozesses zu steigern. The turbine and generator housing according to the invention 10 ₂ is particularly suitable for receiving turbines and generators that are used within an ORC (Organic Rankine Cycle) process. The peculiarity of the ORC process is that substances which have an evaporation temperature below the evaporation temperature of water are used as the process fluid. This makes it possible to use the energy of waste heat, the temperature level is so low that a thermal process with water as a process fluid is not meaningful feasible. The ORC process can harness the energy of waste heat, which has a temperature level of about 80 to 250 ° C. The working pressure is 5 bar or more. In this respect, the present invention also relates to the use of the turbine and generator housing according to the invention 10 in an ORC process. In particular, it is possible that of the cooling fluid while flowing through the turbine and generator housing 10 Recovering absorbed heat at a suitable point to the process fluid used in the ORC process to increase the efficiency of the ORC process.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10₁, 10₂ 10, 10 ₁ , 10 ₂: Turbinen- und Generatorgehäuse Turbine and generator housing
12 12: Wandung wall
14 14: Seitenwand Side wall
16 16: Stirnwand bulkhead
18 18: Hohlraum cavity
20 20: Öffnung opening
22 22: Wandabschnitt wall section
24 24: Hülse shell
26 26: Ringraum annulus
28 28: Zuführkanal feed
30 30: Abführkanal discharge channel
32₁–32₃ 32 ₁ -32 ₃: Schweißnaht Weld
34 34: Flanschabschnitt flange
36 36: Durchgangsbohrung Through Hole
38 38: Zentriernut centering
40 40: Einsetzteil insert
42 42: erster Kanal first channel
44 44: zweiter Kanal second channel
A A: Längsachse longitudinal axis
b b: Wandstärke Wall thickness
g G: Gravitationskraft gravitational force

Claims

Turbinen- und Generatorgehäuse mit einem Hohlraum (18) zum Aufnehmen einer Turbine und eines Generators, wobei der Hohlraum (18) von einer Wandung (12) mit einer Seitenwand (14) und einer Stirnwand (16) gebildet wird, wobei der Hohlraum (18) von der Seitenwand (14) umgeben ist, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (A) des Turbinen- und Generatorgehäuses erstreckt, umfassend – einen oder mehrere Zuführkanäle (28) zum Zuführen eines Kühlfluids in das Turbinen- und Generatorgehäuse, und – einen oder mehrere Abführkanäle (30) zum Abführen des Kühlfluids aus dem Turbinen- und Generatorgehäuse, wobei – in der Seitenwand (14) ein Ringraum (26) verläuft, der vom Hohlraum (18) von einem von der Stirnwand (16) ausgehenden und sich dem Hohlraum (18) radial nach außen direkt anschließenden Wandabschnitt (22) der Seitenwand (14) getrennt ist, den Hohlraum (18) radial umschließt und in Fluidkommunikation mit dem oder den Zuführkanälen (28) und dem oder den Abführkanälen (30) steht, und – dass die Seitenwand (14) eine rohrförmige Hülse (24) umfasst, welche die Seitenwand (14) radial nach außen begrenzt, gekennzeichnet durch – mehrere erste Kanäle (42), welche in Fluidkommunikation mit dem Zuführkanal und dem Ringraum (26) stehen, und – mehrere zweite Kanäle (44), welche in Fluidkommunikation mit dem Abführkanal und dem Ringraum (26) stehen, wobei die ersten Kanäle (42) und/oder die zweiten Kanäle (44) senkrecht zur Längsachse (A) verlaufen, – die Zuführkanäle (28) und die Abführkanäle (30) parallel zur Längsachse (A) verlaufen und – dass die ersten und zweiten Kanäle (42, 44) und der Ringraum (26) von einem in die Seitenwand (14) einbringbaren Einsetzteil (40) gebildet werden, wobei das Einsetzteil 40 im montierten Zustand radial außerhalb des Wandabschnitts (22) angeordnet ist und mit diesem an seinen axialen Enden in Kontakt steht und so den Ringraum (26) axial begrenzt. Turbine and generator housing with a cavity ( 18 ) for receiving a turbine and a generator, wherein the cavity ( 18 ) from a wall ( 12 ) with a side wall ( 14 ) and an end wall ( 16 ) is formed, wherein the cavity ( 18 ) from the side wall ( 14 ) which extends substantially parallel to a longitudinal axis (A) of the turbine and generator housing, comprising - one or more feed channels ( 28 ) for supplying a cooling fluid into the turbine and generator housing, and - one or more discharge channels ( 30 ) for discharging the cooling fluid from the turbine and generator housing, wherein - in the side wall ( 14 ) an annulus ( 26 ) extending from the cavity ( 18 ) of one of the end wall ( 16 ) outgoing and the cavity ( 18 ) radially outwardly directly adjoining wall section ( 22 ) of the side wall ( 14 ) is separated, the cavity ( 18 ) and radially in fluid communication with the one or more feed channels ( 28 ) and the discharge channel (s) ( 30 ), and - that the side wall ( 14 ) a tubular sleeve ( 24 ), which the side wall ( 14 ) bounded radially outwards, characterized by - a plurality of first channels ( 42 ) which in fluid communication with the feed channel and annulus ( 26 ), and - several second channels ( 44 ) which in fluid communication with the discharge channel and annulus ( 26 ), the first channels ( 42 ) and / or the second channels ( 44 ) run perpendicular to the longitudinal axis (A), - the feed channels ( 28 ) and the discharge channels ( 30 ) parallel to the longitudinal axis (A) and - that the first and second channels ( 42 . 44 ) and the annulus ( 26 ) from one to the side wall ( 14 ) insertable insert ( 40 ) are formed, wherein the insert part 40 in the mounted state radially outside of the wall portion ( 22 ) is arranged and is in contact with this at its axial ends and so the annular space ( 26 ) axially limited.

Turbinen- und Generatorgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsetzteil (40) im eingebrachten Zustand gegen die Stirnwand (16) anschlägt und die Stirnwand (16) eine axiale Endstellung des Einsetzteils (40) festlegt. Turbine and generator housing according to claim 1, characterized in that the insert part ( 40 ) in the inserted state against the end wall ( 16 ) and the end wall ( 16 ) an axial end position of the insert part ( 40 ).

Turbinen- und Generatorgehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (24) im montierten Zustand gegen das Einsetzteil (40) anschlägt und die axiale Position des Einsetzteils (40) festlegt. Turbine and generator housing according to one of claims 1 or 2, characterized in that the sleeve ( 24 ) in the mounted state against the insert part ( 40 ) and the axial position of the insert part ( 40 ).

Turbinen- und Generatorgehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (28) und/oder der Abführkanal (30) von der Hülse (24) gebildet werden. Turbine and generator housing according to one of the preceding claims, characterized in that the feed channel ( 28 ) and / or the discharge channel ( 30 ) of the sleeve ( 24 ) are formed.

Verwendung eines Turbinen- und Generatorgehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche in einem ORC-Prozess. Use of a turbine and generator housing according to one of the preceding claims in an ORC process.