CS206052B1 - Turbokompresorové soustrojí - Google Patents

Description

Vynález se týká turbokompresorového soustrojí, které sestává z jednoho poháněcího elektromotoru velkého výkonu nad 10 MW a k němu rychlovypínacími spojkami připojených radiálních a axiálních turbokompresorů.

V případech, kdy se jedná o kompresi velkého objemového množství vzdušiny zhruba 200000 až 500 000 m³/h a to současně při vysokém celkovém stlačení, to je při podílu konečného a počátečního tlaku vyšším než 6 až 10, je vhodné použít kombinovaného turbokompresorového soustrojí, které se skládá z axiální části a z následné radiální části.

V některých případech jsou na turbosoustrojí kladeny zvláštní požadavky, například je třeba v mimořádně širokých mezích měnit provozní parametry a to jak komprimované množství, tak i celkové stlačení. Dalším určujícím faktorem bývá například i nutnost použít k pohonu elektromotor a to i při výkonech, kde by v běžném případě k pohonu soustrojí vyhovovala více parní turbina.

Změnu provozních parametrů v mimořádně širokých mezích je možno docílit například rozdělením turbokompresorů na více sekcí či samostatných strojů s vlastním pohonem, které je možno zapojovat v sérii či paralelně odpojovat.

Pro rychlé skokové změny výkonových parametrů je známé i uspořádání takové, že turbokompresorové soustrojí sestává z jednoho hnacího elektromotoru se dvěma vyvedenými konci hnacího hřídele, ke kterým jsou spojkami připojeny jeden samostatný axiální a jeden radiální turbokompresor, přičemž axiální turbokompresor je připojen rychlovypínací spojkou a opatřen protáčecím zařízením.

Při výkonech turbokompresorového soustrojí, které se přibližují k hranici 20 MW však i toto provedení vykazuje veliké energetické ztráty a celková účinnost a operativnost při změnách provozních parametrů je nedostačující.

Je-li nutno použít u turbokompresorového soustrojí velkého výkonu nad 10 až 20 MW elektromotor, je pak třeba volit elektromotor synchronní a to v provedení turbo, u kterého není možno použít asynchronní rozběh s ohledem na tepelné poměry při rozběhu.

K rozběhu je pak nutno použít například měnič frekvence. Na začátku spouštění je však třeba přivést pomocí roztáčecího zařízení rotory nad určité dané otáčky.

206052 '

Vynález vychází z tohoto známého sta vu techniky a řeší turbokompresorové soustrojí sestávající z jednoho poháněcího elektromotoru se dvěma vyvedenými konci hnacího hřídele, ke kterým jsou rychlovypínacími spojkami připojeny jeden radiální a ďva axiální turbokompresory, jehož podstatou je, že poháněči elektromotor je synchronní, rychloběžný, opatřený odpojitelným roztáčecím zařízením, které sestává z asynchronmotor je synchronní, rychloběžný, opatřený odpojitelným roztáčecím zařízením, které sestává z asynchronriího elektromotoru a převodového soukolí s převodovým poměrem i > 0,03P_R/P_E,kdeP_Rznačípočetpólpárů' . roztáčecího asynchronního elektromotoru a P_E počet pólpárů poháněcího synchronního elektromotoru přičemž k jednomu konci hnacího hřídele poháněcího elektromotoru je první rýchlo vypínací spojkou připojen radiální turbokompresor a ke druhému konci hnacího hřídele jsou druhou rychlovypínací spojkou í připojeny dva za sebou uspořádané axiální turbokompresory, mezi nimiž je upravena třetí rychlovypínací spojka, přičemž vzdálenější axiální turbokompresor od poháněcího elektromotoru má nejméně trojnásobný příkon, než je příkon axiálního turbokompresoru umístěného u poháněcího elektromotoru.

Zvláště výhodné je uspořádání turbokompresorového soustrojí podle vynálezu takové, že na hřídeli axiálního turbokompresoru umístěného u. poháněcího elektromotoru je upraven náhon olejového čerpadla, ( které je společné pro oba axiální turbokompresory a na hřídeli radiálního turbokompresoru je upraven i náhon dalšího olejového čerpadla, které je pouze pro radiální turbokompresor. ___

J-Provedeni podle vynálezu umožňuje velmi ekonomický provoz při všech provozních parametrech a pod mínkách. Rozdělením axiální části na dva samostatné stroje, které mohou býť v podstatě zapojeny v sérii . či paralelně vede sice k určitému nepříznivému zvýšení setrvačných hmot a k určitému zhoršení problematiky spouštění a prodloužení celkové délky soustrojí, to však je kompenzováno řadou podstatných výhod. Tak na příklad skutečnost, že ta část, která sousedí s poháněcím elektromotorem, má podstatně menší výkon než část další, umožňuje zvýšit ekonomii provozu v některých podmínkách. Má-li na příklad pracovat pouze axiální stroj menšího výkonu nebo jen tento stroj a radiální kompresor, je možno axiální stroj většího příkonu odpojit. Má-li naopak pracovat pouze axiální turbokompresor většího výkonu nebo tenťq. stroj ve spolupráci s radiálním strojem, není možno axiální stroj menšího výkonu odpojit, což však tolik nevadí, protože jalový výkon při práci naprázdno je poměrně malý. ___

Současné umístění roztáčecího zařízení na hřídel poháněcího elektromotoru umožňuje jeho rozběh při jakémkoliv zapojení či odpojení jednotlivých částí soustrojí.

Ekonomii provozu a provozní operativnost zvyšuje i to, že zásobování mazacím olejefti je rozděleno na dvě olejová čerpadla, naháněná od hřídele radiálního stroje a axiálního stroje.

Příklad provedení předmětu vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkresu.

Poháněči elektromotor E je vzhledem ke svému velkému výkonu nad 20 MW proveden jako synchronní turbomotor. Kompresorové soustrojí sestává dále z radiálního turbokompresoru C a z axiální části, která je rozdělena do dvou samostatných axiálních turbokompresorů A a B. Poháněči elektromotor E má dva vyvedené konce hřídele 1_E. Na jedné straně elektromotoru E je umístěn radiální turbokompresor C, na druhé straně pak za sebou axiální turbokompresory A a B. Rotory 1_A, 1_B, l_c, 1_E všech strojů A, B, C, E leží v jedné ose 2 a jsou vzájemně odpojitelně spojeny pomocí rychlovypínacích spojek 3_A, 3_B, 3_C. Jak je ze schematického' náčrtu patrno, nejsou oba axiální turbokompresory A a B stejné. Jejich konstrukční parametrý jsou voleny tak, aby axiální turbokompresor B, který sousedí přímo s poháněcím elektromotorem E, měl nejméně trojnásobně menší srovnatelný příkon než vzdálenější axiální turbokompresor A vztaženo na stejné podmínky na sání. Při stejných otáčkách a stejné geometrii, což je u soustrojí tak velkých příkonů vhodné, je možno poměr srovnatelných příkonů obou axiálních turbokompresorů vyjádřit přibližně následujícím vztahem:

Ň_A 1 - vj D³a φ_Α K%-^1)lk ~ ¹ ₃

Ň_B 1 - vj Dl <p_B J$~^1)/k - 1 přičemž v = D 1 ve kterém značí::

N — srovnatelný příkon, t.j. příkon vztažený na stejné podmínky na sání

D — vnější průměr rotorové řady prvního stupně d — vnitřní průměr rotorové řady prvního stupně φ — průtokový součinitel prvního stupně, t.j. poměr střední osové složky rychlosti k óbvodové rychlosti na vnějším průměru ” / π — stlačení axiálního stroje, to jest poměr tlaku ve výtlaku k tlaku v sání k — exponent adiabaty komprimovaného media fi

P >í ______ 206 052

Hřídel 1_E elektromotoru E je opatřen odpojitelným roztáčecím zařízením, které v podstatě sestává z asynchronního elektromotoru Raz převodového soukolí 5, které sjouží k roztočení rotorů na takové otáčky, aby byl umožněn následný frekvenční rozběh soustrojí. Převodový poměr i převodového soukolí 5 je volen podle vztahu *ve kterém značí: *

2_Pr 100 P_E ’

Pr ^— počet pólpárů roztáčecího asynchronního elektromotoru R

P_E — počet pólpárů poháněcího synchronního elektromotoru E

Oba axiální turbokompresory A, B jsou opatřeny samostatným protáčecím zařízením 4_C a 4_B, které v podstatě sestává z poháněcího elektromotoru a odpojitelného převodového soukolí. Protáčecí zařízení zabraňuje deformacím, které by nastaly při nerovnoměrném ochlazování rotoru při přechodném odstavení jednoho axiálního turbokompřesoru A, B.

Na hřídeli 1_B axiálního turbokompřesoru B umístěného u poháněcího elektromotoru E je upraven náhon olejového čerpadla 6, které je společné pro oba axiální turbokompresory A, B na hřídeli l_c radiálního turbokompresoru C je upraven náhon dalšího olejového čerpadla 7, které slouží k dodávce mazacího olejepouze pro radiální turbokompresor C.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1 —I

   1. Turbokomprésorové soustrojí, sestávající z jednoho poháněcího elektromotoru se dvěma vyvedenými konci hnacího hřídele, ke kterým jsou rychlo vypínacími spojkami připojeny samostatné turbokompresory, přičemž nejméně jeden z turbokompresorů je opatřen protáčecím zařízením, vyznačující se tím, že poháněči elektromotor (E) je synchronní* rychloběžný, opatřený odpojitelným roztáčecím zařízením, které sestává z asynchronního elektromotoru (R) a převodového soukolí (5) s převodovým poměrem i > 0,03(P_R/P_E), kde P_R značí počet pólpárů roztáčecího asynchronního elektromotoru (R) a P_E počet pólpárů poháněcího synchronního elektromotoru (E), přičemž k jednomu konci hnacího hřídele (l_E) poháněcího synchronního elektromotoru (E) je první rychlovypínací spojkou (3_C) připojen radiální turbokompresor (C) a ke druhému konci hnacího hřídele (1_E) jsou druhou rychlovypínací spojkou (3_B) připojeny dva za sebou uspořádané axiální turbokompresory (A, B), mezi nimiž je upravena třetí rychlovypínací spojka (3_a), přičemž vzdálenější axiální turbokompresor (A) od poháněcího elektromotoru (E) má nejméně trojnásobný příkon, než je příkon axiálního turbokompresoru (B) umístěného u poháněcího elektromotoru (E). '
2. 2. Turbokompresoro.vé soustrojí podle bodu 1, vyznačující se tím, že na hřídeli (l_B) axiálního turbokompresoru (B) umístěného u poháněcího elektromotoru (E) je upraven náhon olejového čerpadla (6), které je společné pro oba axiální turbokompresory (A, B) a na hřídeli (l_c) radiálního turbokompresoru (C) je upraven náhon dalšího olejového čerpadla (7), které je pouze pro radiální turbokompresor (C).