BE1019254A3 - Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor. - Google Patents

Abstract

Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor die minstens drie compressorelementen bevat, evenals ten minste twee motoren voor het aandrijven van de elementen, waarbij minstens één element in serie is geplaatst met een ander element, waarbij elk van de voornoemde motoren één van de voornoemde elementen in serie aandrijft, waarbij een eerste van de voornoemde motoren tevens een derde element aandrijft en waarbij de compressor voorzien is van een vierde compressorelement dat wordt aangedreven door de tweede motor en dat met zijn inlaat of uitlaat aangesloten is op de inlaat of uitlaat van een element aangedreven door de eerste motor.

Description

Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor.

Meer speciaal heeft de uitvinding betrekking op zulke hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor die minstens drie compressorelementen bevat, elk minstens bestaande uit een rotorlichaam dat gemonteerd is op een rotoras in een statorbehuizing met een inlaat en een uitlaat, evenals ten minste twee elektrische motoren voor het aandrijven van de rotoras van de compressorelementen, waarbij elk van de drie compressorelementen minstens met zijn inlaat of zijn uitlaat is gekoppeld aan de inlaat of de uitlaat van één van de andere compressorelementen.

Nog meer specifiek heeft de uitvinding betrekking op een voornoemde hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor, waarbij ter vorming van een hoge druktrap minstens één compressorelement in serie is geplaatst met een ander compressorelement doordat het met zijn inlaat op de uitlaat van het ander compressorelement is aangesloten en waarbij elk van de voornoemde elektrische motoren de rotoras van één van de voornoemde compressorelementen in serie aandrijft en waarbij een eerste van de voornoemde elektrische motoren tevens nog een ander van de drie compressorelementen aandrijft.

Uit het BE 2000/0596 is bijvoorbeeld reeds zulke hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor bekend, waarbij in dat geval drie centrifugale compressorelementen in serie aan elkaar zijn gekoppeld ter vorming van een drietraps compressor.

Een voordeel van deze bekende hogedruk meertraps-centrifugaalcompressoren is dat hoge drukverhoudingen kunnen worden bekomen, waarbij de aandrijfmotoren voor het aandrijven van de rotorassen aan relatief lagere toerentallen kunnen draaien vergeleken bij een eentraps compressor met eenzelfde drukverhouding.

Hierdoor kan gebruik gemaakt worden van eenvoudiger te construeren motoren, wat dus tevens een belangrijke reductie van de constructiekost impliceert.

Bovendien worden door de meertraps uitvoering de zogenaamde Mach-getal verliezen (schokverliezen) beperkt.

Doorgaans wordt er bij de bekende hogedruk meertraps-centrifugaalcompressoren van het voornoemde type tevens naar gestreefd om met elektrische motoren te werken die volledig identiek zijn teneinde het aantal onderdelen beperkt te houden, wat tevens bijdraagt aan een gemakkelijk onderhoud en een beperking van het aantal vervangstukken.

Een nadeel van de bekende hogedruk meertraps- centrifugaalcompressoren van het voornoemde type is echter dat het niet eenvoudig is om een gelijkmatige lastverdeling te verkrijgen over de beide elektrische motoren.

Nog een ander nadeel van de bekende hogedruk meertraps-centrifugaalcompressoren van het voornoemde type is dat de dimensies van het compressorelement aan de aanzuigzijde disproportioneel veel groter zijn dan bij de compressorelementen van de daarop volgende trappen, aangezien voor een constant debiet doorheen de compressor er aan de aanzuigzijde, waar de lucht nog niet gecomprimeerd is, veel grotere volumes dienen te worden opgenomen dan in de volgende trappen.

De huidige uitvinding heeft dan ook tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de huidige uitvinding een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor van het hiervoor beschreven type die voorzien is van een vierde compressorelement dat wordt aangedreven door de andere, tweede elektrische motor en welke vierde compressorelement met zijn inlaat of uitlaat aangesloten is op de inlaat of uitlaat van een compressorelement dat wordt aangedreven door de voornoemde eerste elektrische motor.

Een eerste voordeel van zulke hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens de uitvinding, waarbij vier compressorelementen worden aangedreven door twee elektrische motoren, is dat de belasting over de beide elektrische motoren op eenvoudigere wijze gelijkmatig kan worden verdeeld dan bij de bekende meertraps compressoren, aangezien elk van de elektrische motoren de rotorassen aandrijft van twee van de vier compressorelementen.

Nog een ander belangrijk aspect van zulke hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens de uitvinding, bestaat erin dat het vierde compressorelement dat wordt aangedreven door de tweede elektrische motor is aangesloten op een compressorelement dat wordt aangedreven door de eerste elektrische motor.

Hierdoor ontstaat een vorm van terugkoppeling tussen de belastingen door dewelke elk van de beide elektrische motoren wordt belast, wat opnieuw kan bijdragen tot een gelijkmatigere verdeling van de belastingen van de elektrische motoren.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor overeenkomstig de uitvinding zijn minstens twee van de vier voornoemde compressorelementen parallel geschakeld doordat hun respectievelijke uitlaten met elkaar zijn verbonden.

Zulke uitvoeringsvorm biedt vooral zijn voordeel in gevallen waarbij twee lage druktrappen aan de ingang van de compressor in parallel worden geschakeld op voornoemde wijze, aangezien op die manier een groter debiet aan ongecomprimeerde lucht kan worden opgenomen met compressorelementen die een relatief kleinere dimensie hebben dan wanneer eenzelfde debiet dient te worden verzekerd met slechts één compressorelement.

Volgens nog een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor overeenkomstig de uitvinding zijn drie van de voornoemde compressorelementen in serie geplaatst ter vorming van drie opeenvolgende trappen van de compressor, meer bepaald respectievelijk een eerste compressorelement dat een lage druktrap vormt, een tweede compressorelement dat een tussenliggende trap vormt en een derde compressorelement dat een hoge druktrap vormt.

Door het in serie plaatsen van drie compressorelementen kunnen op eenvoudige wijze hoge drukverhoudingen bekomen worden.

Een uitermate interessante uitvoeringsvorm bestaat erin de kenmerken van de laatste twee vermelde uitvoeringsvormen te combineren, waarbij een vierde compressorelement parallel is aangesloten op het eerste compressorelement ter uitbreiding van de voornoemde lage druktrap.

Liefst wordt volgens de uitvinding bijkomend de rotoras van de twee voornoemde compressorelementen die in parallel zijn geschakeld elk door een andere van de voornoemde twee elektrische motoren aangedreven.

Hierdoor kan opnieuw een gunstige verdeling worden verkregen van de belasting op de beide elektrische motoren, terwijl aan de ingang van de compressor grote hoeveelheden aan ongecomprimeerde lucht kunnen worden opgenomen met relatief kleine dimensies van de compressorelementen.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor overeenkomstig de uitvinding beschreven, met verwijzing naar bijgaande figuur, waarin: figuur 1 schematisch de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens de uitvinding weergeeft.

De in figuur 1 weergegeven hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor 1 volgens de uitvinding is opgebouwd uit vier compressorelementen 2 tot 5 en twee elektrische motoren, meer bepaald een eerste elektrische motor 6 en een tweede elektrische motor 7.

De compressorelementen 2 tot 5 zijn van het centrifugale type en bestaan elk uit een rotorlichaam 8 dat gemonteerd is op een rotoras 9 in een stator 10.

Hierbij is elk compressorelement 2 tot 5 voorts voorzien van een inlaat 11 die zich axiaal uitstrekt en een uitlaat 12 die radiaal gericht is, waarbij elk van de compressorelementen 2 tot 5 minstens met zijn inlaat 11 of zijn uitlaat 12 is gekoppeld aan de inlaat 11 of de uitlaat 12 van één van de andere compressorelementen 2 tot 5.

In het getoonde voorbeeld van figuur 1 zijn meer bepaald de drie compressorelementen 2, 3 en 4 in serie geplaatst ter vorming van drie opeenvolgende druktrappen van de compressor 1.

Hierbij vormt het eerste compressorelement 2 een lage druktrap aan de ingang van de compressor 1, waarbij ongecomprimeerde lucht aan de inlaat 11 van het compressorelement 2 wordt aangezogen.

Het tweede compressorelement 3 is via een leiding 13 met zijn ingang 11 op de uitlaat 12 van het eerste compressorelement 2 aangesloten ter vorming van een tussenliggende druktrap van de compressor 1.

Op dezelfde wijze is het derde compressorelement 4 door middel van een leiding 13 met zijn inlaat 11 op de uitlaat 12 van het tweede compressorelement 3 aangesloten ter vorming van een hoge druktrap van de compressor 1.

De uitlaat 12 van het derde compressorelement 4 vormt hierbij de uitgang van de compressor 1 voor afvoer van in de compressor 1 gecomprimeerde lucht.

Volgens de uitvinding is bij voorkeur tussen minstens twee in serie geplaatste compressorelementen, die opeenvolgende druktrappen van de compressor 1 vormen, een tussenkoeler 14 voorzien.

Liefst is, zoals in de getoonde uitvoeringsvorm van figuur 1, in de leidingen 13 tussen elk paar in serie geplaatste compressorelementen 2 tot 4 zulke tussenkoeler 14 voorzien.

Zulke tussenkoeler 14 kan bijvoorbeeld bestaan uit een radiator waardoor het samengeperste gas stroomt en die bijvoorbeeld gekoeld wordt door omgevingslucht aangevoerd door een ventilator. Een andere mogelijkheid bestaat er bijvoorbeeld in het samengeperst gas te koelen met een secundair koelcircuit waar doorheen koelwater stroomt.

In de getoonde uitvoeringsvorm van figuur 1 is verder het vierde compressorelement 5 parallel aangesloten op het eerste compressorelement 2, waarbij meer bepaald de uitlaat 12 van het vierde compressorelement 5 met een leiding 13 is verbonden met de uitlaat 12 van het eerste compressorelement 2.

Op deze manier wordt in feite de lage druktrap van de compressor 1 verdubbeld, waarbij de inlaat 11 van het eerste compressorelement 2 en de inlaat 11 van het vierde compressorelement 5 samen de aanzuigzijde van de compressor 1 vormen.

Zodoende zijn de vereisten die gesteld worden aan elk van de compressorelementen 2 en 5 minder verregaand dan wanneer slechts één compressorelement zou worden gebruikt voor het aanzuigen van eenzelfde hoeveelheid gas aan de ingang van de compressor 1.

Elk van de elektrische motoren 6 en 7 is met zijn motoras gekoppeld aan een rotoras 9 van één van de in serie geplaatste compressorelementen.

Meer bepaald drijft de tweede elektrische motor 7 het derde compressorelement 4 aan, terwijl de eerste elektrische motor 6 het tweede compressorelement 3 aandrijft dat in serie is gekoppeld aan het derde compressorelement 4.

Voorts drijft de eerste elektrische motor 5 tevens het eerste compressorelement 2 aan.

Kenmerkend aan de uitvinding is dat een vierde compressorelement 5 is voorzien dat tevens aangedreven wordt door de tweede elektrische motor 7, waarbij dit vierde compressorelement 5 in zekere zin tevens de belasting van de eerste elektrische motor 6 beïnvloedt, aangezien de uitlaat 12 van het vierde compressorelement 5 is aangesloten aan de uitlaat 12 van het eerste compressorelement 2 dat door de eerste elektrische motor 6 wordt aangedreven.

Dit betekent dat de beide elektrische motoren 6 en 7 samen de drukopbouw aan de uitgang van de lage druktrap verzekeren.

Volgens de uitvinding is bij voorkeur minstens één van de elektrische motoren 6 en 7 een hoge-snelheidsmotor en liefst zelfs zijn beide elektrische motoren 6 en 7 hoge-snelheidsmotoren.

Hogesnelheidsmotoren worden gekenmerkt door een kengetal M = P.N2 dat groter is dan of gelijk is aan 0,1.10 , waarbij P het motorvermogen is, uitgedrukt in kW, en N het toerental is, uitgedrukt in toeren per minuut.

Nog een ander voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding bestaat erin gebruik te maken van elektrische motoren 6 en 7 die identiek zijn, waarbij met andere woorden, zowel het elektromagnetische statorgedeelte, als de lagers, evenals de koeling van de elektrische motoren 6 en 7 identiek zijn uitgevoerd.

Teneinde grote wrijvingsverliezen en dergelijke meer te vermijden, is het volgens de uitvinding tevens zo dat de rotoras 9 van een compressorelement 2 tot 5 liefst rechtstreeks is gekoppeld aan een aandrijfas van één van de elektrische motoren 6 en 7, zonder hierbij gebruik te maken van een tussenliggende tandwieloverbrenging.

Volgens de uitvinding zijn tevens allerhande andere uitvoeringsvormen niet uitgesloten.

Zo is het bijvoorbeeld mogelijk minstens twee van de vier compressorelementen 2 tot 5 parallel aan elkaar te schakelen door hun respectievelijke inlaten 11 met elkaar te verbinden.

Op deze wijze kan bijvoorbeeld een compressor 1 volgens de uitvinding worden bekomen met meerdere uitgangen, bijvoorbeeld met de bedoeling verschillende verbruikers te kunnen bedienen of dergelijke meer.

De voornoemde manieren om compressorelementen 2 tot 5 in parallel te schakelen hetzij door hun inlaat 11 met elkaar te koppelen, hetzij hun uitlaat 12 met elkaar te koppelen, kunnen uiteraard ook gecombineerd worden.

Het is bijvoorbeeld niet uitgesloten een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor te configureren zodanig dat twee van de vier voornoemde compressorelementen 2 tot 5 parallel zijn geschakeld door hun respectievelijke inlaten 11 met elkaar te verbinden en de twee andere van de voornoemde vier compressorelementen 2 tot 5 parallel te schakelen door hun respectievelijke uitlaten 12 met elkaar te verbinden.

Zijn evenmin van de uitvinding uitgesloten alle mogelijke combinaties waarbij bepaalde compressorelementen 2 tot 5 in serie aan elkaar worden gekoppeld (door respectievelijk een uitlaat 12 aan een inlaat 11 te koppelen) en waarbij andere van deze compressorelementen 2 tot 5 parallel aan elkaar zijn gekoppeld.

Het aandrijven van de rotorassen 9 van de compressorelementen 2 tot 5 kan ook op ander manieren gebeuren dan in figuur 1 is weergegeven.

Het is bijvoorbeeld niet uitgesloten de 9 rotoras van twee compressorelementen 2 tot 5 die in parallel zijn geschakeld elk door eenzelfde van de twee elektrische motoren 6 of 7 aan te drijven.

Een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor waarbij alle vier de voornoemde compressorelementen 2 tot 5 in serie zijn geplaatst ter vorming van vier opeenvolgende trappen van de compressor 1 is best mogelijk.

Om een gelijkmatige belastingsverdeling van de elektrische motoren te bekomen, kan hiertoe bijvoorbeeld gekozen worden voor een opstelling waarbij de eerste elektrische motor 6 een eerste, lage druk compressorelement en een derde compressorelement van de derde druktrap van de compressor aandrijft, terwijl de tweede elektrische motor het tweede compressorelement, evenals het vierde compressorelement van de laatste trap aandrijft.

Het is duidelijk dat talrijke andere combinaties mogelijk zi jn.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuur weergegeven uitvoeringsvorm van een hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor 1 overeenkomstig de uitvinding, doch dergelijke hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor 1 kan op allerlei andere manieren worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (16)

1. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor die minstens drie compressorelementen (2-5) bevat, elk minstens bestaande uit een rotorlichaam (8) dat gemonteerd is op een rotoras (9) in een statorbezuizing (10) met een inlaat (11) en een uitlaat (12), evenals ten minste twee elektrische motoren (6,7) voor het aandrijven van de rotoras (9) van de compressorelementen (2-5), waarbij elk van de drie compressorelementen (2-5) minstens met zijn inlaat (11) of zijn uitlaat (12) is gekoppeld aan de inlaat (11) of de uitlaat (12) van een ander compressorelement (2-5), waarbij ter vorming van een hoge druktrap minstens één compressorelement (4) in serie is geplaatst met een ander compressorelement (3) doordat het met zijn inlaat (11) op de uitlaat (12) van het ander compressorelement (3) is aangesloten, waarbij elk van de voornoemde elektrische motoren (6,7) de rotoras (9) aandrijft van één van de voornoemde compressorelementen (3,4) die in serie staan, waarbij een eerste van de voornoemde elektrische motoren (6) tevens nog een ander van de drie compressorelementen (2) aandrijft, daardoor gekenmerkt dat de hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor (1) voorzien is van een vierde compressor element (5) dat wordt aangedreven door de andere, tweede elektrische motor (7) en dat met zijn inlaat (11) of uitlaat (12) aangesloten is op de inlaat (11) of uitlaat (12) van een compressorelement (2-5) dat wordt aangedreven door de voornoemde eerste elektrische motor (6).

2. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat minstens twee (2,5) van de vier voornoemde compressorelementen (2-5) parallel zijn geschakeld doordat hun respectievelijke uitlaten (12) met elkaar zijn verbonden.

3. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat minstens twee van de vier voornoemde compressorelementen (2-5) parallel zijn geschakeld doordat hun respectievelijke inlaten (11) met elkaar zijn verbonden.

4. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusies 2 en 3, daardoor gekenmerkt dat twee van de vier voornoemde compressorelementen (2-5) parallel zijn geschakeld doordat hun respectievelijke inlaten (11) met elkaar zijn verbonden en de twee andere van de voornoemde vier compressorelementen (2-5) parallel zijn geschakeld doordat hun respectievelijke uitlaten (12) met elkaar zijn verbonden.

5. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de conclusies 2 tot 4, daardoor gekenmerkt dat de rotoras (9) van twee voornoemde compressorelementen (2-5) die in parallel zijn geschakeld elk door een andere van de voornoemde twee elektrische motoren (6,7) wordt aangedreven.

6. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de conclusies 2 tot 5, daardoor gekenmerkt dat de rotoras (9) van twee voornoemde compressorelementen (2-5) die in parallel zijn geschakeld elk door eenzelfde van de voornoemde twee elektrische motoren (6,7) wordt aangedreven.

7. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat drie van de voornoemde compressorelementen (2-4) in serie zijn geplaatst ter vorming van drie opeenvolgende trappen van de compressor (1), meer bepaald respectievelijk een eerste compressorelement (2) dat een lage drukt rap vormt, een tweede compressorelement (3) dat een tussenliggende trap vormt en een derde compressorelement (4) dat een hoge druktrap vormt.

8. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusies 2, 5 en 8, daardoor gekenmerkt dat een vierde compressorelement (5) parallel is aangesloten op het eerste compressorelement (2) ter uitbreiding van de voornoemde lage druktrap.

9. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat alle vier de voornoemde compressorelementen (2-5) in serie zijn geplaatst ter vorming van vier opeenvolgende trappen van de compressor (1).

10. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de conclusies 7 tot 9, daardoor gekenmerkt dat tussen minstens twee in serie geplaatste compressorelementen, die opeenvolgende trappen van de compressor vormen, een tussenkoeler (14) is voorzien.

11. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de conclusies 7 tot 9, daardoor gekenmerkt dat tussen elk paar in serie geplaatste compressorelementen (2-5), die opeenvolgende trappen van de compressor (1) vormen, een tussenkoeler (14) is voorzien.

12. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat minstens één van de elektrische motoren (6,7) een hoge-snelheidsmotor is.

13. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat beide elektrische motoren (6,7) hoge-snelheidsmotoren zijn.

14. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de beide elektrische motoren (6,7) identiek zijn.

15. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de rotoras (9) van minstens één van de vier compressorelementen (2-5) rechtstreeks is gekoppeld aan een aandrijfas van één van de elektrische motoren (6,7), zonder tussenliggende tandwieloverbrenging.

16. Hogedruk meertraps-centrifugaalcompressor volgens conclusie 15, daardoor gekenmerkt dat de rotoras (9) van alle compressorelementen (2-5) rechtstreeks is gekoppeld aan een aandrijfas van één van de twee elektrische motoren (6,7), zonder tussenliggende tandwieloverbrenging.