本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種設(shè)備(100)，包括：-能由電動機(jī)式運(yùn)行切換到發(fā)電機(jī)式運(yùn)行和反向切換的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)，其具有定子(200a)和轉(zhuǎn)子(200b)，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線(200c)，以及具有相對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線(200c)同心地布置的并且與轉(zhuǎn)子(200b)連接的驅(qū)動軸(300)；-壓縮機(jī)(400)；-渦輪機(jī)(500)，其裝配在轉(zhuǎn)子(200b)的與壓縮機(jī)葉輪(400a)相對置的一側(cè)，并且其中壓縮機(jī)(400)和渦輪機(jī)(500)通過至少一個(gè)退耦裝置(600a，600b)彼此退耦地布置，其中，存在至少兩個(gè)退耦裝置(600a，600b)，其中退耦裝置(600a，600b)的第一退耦裝置(600a)布置在壓縮機(jī)(400)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)之間，并且第二退耦裝置(600b)布置在渦輪機(jī)(500)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)之間。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種設(shè)備，包括:能由電動機(jī)式運(yùn)行切換到發(fā)電機(jī)式運(yùn)行和反向切換的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元，其具有定子和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線，以及相對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線同心地布置的并且與轉(zhuǎn)子連接的驅(qū)動軸。此外，本專利技術(shù)涉及一種包括至少一個(gè)這樣的設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)以及其運(yùn)行還有配備有這樣的驅(qū)動系統(tǒng)的船舶。
技術(shù)介紹
內(nèi)燃機(jī)，尤其是柴油發(fā)動機(jī)為了對注入的燃料進(jìn)行燃燒而需要大量的空氣。在燃燒時(shí)的盡可能大量的空氣或者空氣過量改善了燃燒性能并由此提高了內(nèi)燃機(jī)的功率。盡可能完全的燃燒僅在有足夠的空氣過量的情況下實(shí)現(xiàn)。同時(shí)有利的是，輸送具有盡可能低的溫度的空氣，從而在給定壓力的情況下提供盡可能大量的空氣。在對空氣進(jìn)行壓縮時(shí)，空氣的溫度上升，由此較小量的氧氣到達(dá)內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。如果在壓縮的過程中使用通過內(nèi)燃機(jī)的熱廢氣流驅(qū)動的廢氣渦輪增壓器，那么其變熱能夠通過壓縮單元而對于空氣進(jìn)行附加地加熱并且導(dǎo)致待壓縮的空氣的進(jìn)一步加熱。在GB 2477548 A中作為現(xiàn)有技術(shù)描述了一種氣體渦輪機(jī)，其中出現(xiàn)了該效果。在此，來自燃燒室的廢氣流驅(qū)動渦輪增壓器或者其渦輪機(jī)葉輪。渦輪機(jī)葉輪裝配在驅(qū)動軸的一個(gè)端部處。驅(qū)動軸的另一端部處裝配有壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉輪，該壓縮機(jī)葉輪與驅(qū)動軸一同旋轉(zhuǎn)并且用于對空氣進(jìn)行壓縮。壓縮的空氣被輸送給燃燒室，以改善注入的燃料的燃燒。此外，GB 2477548 A描述了一種氣體渦輪機(jī)，其中，存在用于渦輪機(jī)葉輪的驅(qū)動軸和與其間隔開的用于壓縮機(jī)葉輪的另外的驅(qū)動軸，并且這些驅(qū)動軸因此熱學(xué)上彼此退耦。由渦輪機(jī)葉輪驅(qū)動的驅(qū)動軸與發(fā)電機(jī)連接，而驅(qū)動了壓縮機(jī)葉輪的另外的驅(qū)動軸與電動機(jī)連接，該電動機(jī)通過發(fā)電機(jī)供能。在燃料燃燒大約3至5次產(chǎn)生比為燃燒而提供的空氣更多的廢氣體積之后(在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的體積比)，并且此外廢氣被加熱之后，渦輪機(jī)通常提供比僅為了壓縮空氣而需要的能量更多的能量。根據(jù)GB 2477548 A，該過量的能量被存儲到電池中并且可以在燃燒過程開始時(shí)用于驅(qū)動電動機(jī)和用于產(chǎn)生壓縮的空氣，而無需使渦輪機(jī)已經(jīng)工作。即使在短暫的過程中，如負(fù)載要求快速地接通到內(nèi)燃機(jī)上時(shí)，有利的是，在準(zhǔn)備階段中已經(jīng)提供了更多的壓縮功率。根據(jù)GB 2477548 A，能夠使用存儲的能量，從而壓縮機(jī)葉輪與當(dāng)前的渦輪機(jī)運(yùn)行無關(guān)地被繼續(xù)加速并且借此快速地對負(fù)載變換做出反應(yīng)。然而，用于提供根據(jù)GB 2477548 A的退耦的裝置的設(shè)備有較大的設(shè)施耗費(fèi)，以及必要的空間需求以及設(shè)備的與之相關(guān)的故障率或者錯(cuò)誤率。由DE 195 18 317 C2公開一種設(shè)備，其用于運(yùn)行用于燃燒機(jī)的電輔助的渦輪增壓器，其中該渦輪增壓器具有廢氣渦輪機(jī)和壓縮機(jī)，二者通過驅(qū)動軸彼此耦聯(lián)，在該驅(qū)動軸上直接布置有第一電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施，其中，還存在另外的一個(gè)對燃燒機(jī)產(chǎn)生作用的第二電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施，并且第一電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施和第二電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施的定子繞組彼此連接，其中，第一電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施是多相、多極異步電機(jī)并且第二電動機(jī)-發(fā)電機(jī)設(shè)施是他勵(lì)的同步電機(jī)，其在定子中的勵(lì)磁場在其頻率和環(huán)繞方向方面受到控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)的目的在于，提出一種快速地對負(fù)載變換做出響應(yīng)的設(shè)備，其包括壓縮機(jī)和渦輪機(jī)，該設(shè)備克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。此外，本專利技術(shù)的目的還在于給出一種包括至少一個(gè)這樣設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)，以及一種該驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用。該目的在設(shè)備方面由以下方式實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備包括:-能由電動機(jī)式運(yùn)行切換到發(fā)電機(jī)式運(yùn)行和反向切換的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元，具有:定子和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線；以及相對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線同心地布置的并且與轉(zhuǎn)子連接的驅(qū)動軸；-壓縮機(jī)，具有用于壓縮空氣的能旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)葉輪，其中，壓縮機(jī)葉輪在轉(zhuǎn)子的一側(cè)裝配在相對于轉(zhuǎn)子軸線同心地布置的驅(qū)動軸上；以及-渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)包括能由廢氣流驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪，該渦輪機(jī)葉輪在轉(zhuǎn)子的與壓縮機(jī)葉輪相對置的一側(cè)裝配在相對于轉(zhuǎn)子軸線同心地布置的驅(qū)動軸上，以及其中，壓縮機(jī)和渦輪機(jī)通過至少一個(gè)退耦裝置彼此退耦地布置，其中，存在至少兩個(gè)退耦裝置，其中退耦裝置的第一退耦裝置布置在壓縮機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元之間并且第二退耦裝置布置在渦輪機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元之間。電動機(jī)和發(fā)電機(jī)在根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備中在結(jié)構(gòu)上組合成電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元，其能夠或者以發(fā)電機(jī)式運(yùn)行來運(yùn)行或者以電動機(jī)式運(yùn)行來運(yùn)行，并且其中在運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換能夠快速和不復(fù)雜地實(shí)現(xiàn)。電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元在此形成在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的結(jié)構(gòu)上的邊界。因此，其盡管通過貫穿的驅(qū)動軸直接節(jié)省位置和節(jié)省資源地彼此連接，然而在通過驅(qū)動軸的熱傳導(dǎo)方面，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元起到了在熱的渦輪機(jī)和應(yīng)當(dāng)盡可能在低溫下運(yùn)行的壓縮機(jī)之間的熱絕緣器的作用。由此，渦輪機(jī)和壓縮機(jī)能夠盡可能熱退耦地運(yùn)行。至少一個(gè)退耦裝置作為渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的功能腔的分隔裝置起作用。由此尤其實(shí)現(xiàn)了從渦輪機(jī)至壓縮機(jī)的熱絕緣并且在需要時(shí)也設(shè)置在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的氣密分離。由于布置在渦輪機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元之間的第二退耦裝置以及布置在壓縮機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元之間的第一退耦裝置，能夠可靠地避免電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元的過熱。通過存在至少兩個(gè)退耦裝置，尤其進(jìn)一步改善了在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的熱絕緣。優(yōu)選的是，退耦在此理解為熱退耦，其中借助相應(yīng)的退耦裝置尤其能夠?qū)崿F(xiàn)熱退耦。例如，相應(yīng)的退耦裝置設(shè)計(jì)用于，利用冷卻介質(zhì)，優(yōu)選是水或者油冷卻，其中相應(yīng)的退耦裝置的冷卻介質(zhì)例如能夠通過用于介質(zhì)供給或介質(zhì)排出的接口輸入和排出。特別地，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元與變流器電連接并且變流器與變壓器電連接。這允許將產(chǎn)生的電能輸送到網(wǎng)絡(luò)，如優(yōu)選的船載電網(wǎng)中。在本專利技術(shù)的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，存在用于冷卻電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元的至少一個(gè)冷卻單元。由此，渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的熱隔離以理想的方式執(zhí)行并且產(chǎn)生的壓縮空氣的溫度在充分利用開頭所述的優(yōu)點(diǎn)的情況下被保持得盡可能低。優(yōu)選的是，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元是基于高溫超導(dǎo)的機(jī)器，其中設(shè)置至少一個(gè)冷卻單元用于機(jī)器冷卻。基于高溫超導(dǎo)的機(jī)器在電方面高效地工作并且特征通常在于具有質(zhì)量非常低的轉(zhuǎn)子的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元，該轉(zhuǎn)子為此具有很小的空間尺寸。這類轉(zhuǎn)子在根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備中的應(yīng)用在通過其提供的震動質(zhì)量方面是理想的，因?yàn)槟軌蛱貏e迅速地對負(fù)載變化做出反應(yīng)。本專利技術(shù)的涉及到驅(qū)動系統(tǒng)方面的目的由以下方式實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括:-至少一個(gè)根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備，-至少一個(gè)燃燒系統(tǒng)，用于在產(chǎn)生廢氣流的情況下燃燒燃料流和壓縮的空氣流，該廢氣流用于供給到至少一個(gè)根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備的渦輪機(jī)中并且用于驅(qū)動相應(yīng)的壓縮機(jī)葉輪，-空氣輸送裝置，用于將未壓縮的空氣輸送給至少一個(gè)根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備的壓縮機(jī)，以及-供給裝置，用于使借助壓縮機(jī)葉輪由未壓縮的空氣形成的壓縮的空氣流輸送給至少一個(gè)燃燒系統(tǒng)。這樣的燃燒系統(tǒng)具有緊湊的構(gòu)造以及在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的盡可能的熱隔離。其適用于與不同的燃燒系統(tǒng)結(jié)合。其尤其能夠特別快速地對燃燒系統(tǒng)的負(fù)載接通和斷開做出反應(yīng)，其中在此提及的反應(yīng)時(shí)間在小于Ims的范圍內(nèi)。此外在隨渦輪機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生問題時(shí)，可以通過對壓縮機(jī)葉輪的有目的的加速進(jìn)行相對控制，從而降低壓縮機(jī)的故障概率并進(jìn)而盡可能排除在為燃燒系統(tǒng)供應(yīng)壓縮空氣時(shí)的損害。燃燒系統(tǒng)特別是內(nèi)燃機(jī)，優(yōu)選是柴油發(fā)動機(jī)。在發(fā)動機(jī)的低轉(zhuǎn)速范圍中已經(jīng)可以提供壓縮的空氣并進(jìn)而改善排放特本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種設(shè)備(100)，包括：?能由電動機(jī)式運(yùn)行切換到發(fā)電機(jī)式運(yùn)行并且反向切換的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)，所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元具有定子(200a)和轉(zhuǎn)子(200b)，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線(200c)，以及具有相對于所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線(200c)同心地布置的并且與所述轉(zhuǎn)子(200b)連接的驅(qū)動軸(300)，?壓縮機(jī)(400)，具有用于壓縮空氣(410)的能旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)葉輪(400a)，其中，所述壓縮機(jī)葉輪(400a)在所述轉(zhuǎn)子(200b)的一側(cè)裝配在相對于轉(zhuǎn)子軸線(200c)同心地布置的所述驅(qū)動軸(300)上；以及?渦輪機(jī)(500)，所述渦輪機(jī)包括能夠由廢氣流(510)驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪(500a)，所述渦輪機(jī)葉輪在所述轉(zhuǎn)子(200b)的與所述壓縮機(jī)葉輪(400a)相對置的一側(cè)裝配在同心地相對于所述轉(zhuǎn)子軸線(200c)布置的所述驅(qū)動軸(300)上，并且其中，所述壓縮機(jī)(400)和所述渦輪機(jī)(500)通過至少一個(gè)退耦裝置(600a，600b)彼此退耦地布置，其中，存在至少兩個(gè)所述退耦裝置(600a，600b)，其中所述退耦裝置(600a，600b)的第一退耦裝置(600a)布置在所述壓縮機(jī)(400)和所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)之間，并且第二退耦裝置(600b)布置在所述渦輪機(jī)(500)和所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(200)之間。...
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：恩斯特克里斯托弗·克拉克哈特，迪克·施羅德，
申請(專利權(quán))人：西門子公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE
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