CS213012B1 - Jednotělesový axiální turbokempresor s mezichlazením - Google Patents

Description

(54)

Jednotělesový axiální turbokempresor s mezichlazením

Vynález se týká jednotělesového axiálního turbokompresoru s mezichlazením. Jde o stroj stavebnicového uspořádání s odlévanou skříní rozdělenou v dělicí rovině a používající klasické koncepce ložiskových stojanů. Je určen pro velká nasávsná množství vzdušiny v rozsahu 80 000 až 550 000 m^/h při zajištění maximální izotermické účinnosti a dosažení nízké až střední teploty stlačené vzdušiny ve výtlaku při hodnotách stlačení 4,5 až 7,5. Je-li z technologických důvodů žádoucí zajištění vyšší teploty stlačovaného média, lze využitím stavebnicové koncepce dosáhnout hodnot stlačení až 9 při vysoké izotermické účinnosti.

Současné požadavky provozu, zejména chemického průmyslu, metalurgie, vyžadují vyrábět turbokompresory, které jsou schopné dodávat velká objemová množství vzduchu při poměrně vysokém celkovém stlačení. Jde řádové o objemové množství 100 000 až 500 000 m^/h a stlačení ve velmi širokém rozmezí 5 až 10, případně i více. Uvedené požadavky jsou zajišťovány různými koncepcemi turbokompresorů. Převážně jsou dosud tyto požadavky řešeny výrobou dvoutelesových turbokompresorů, propojených převodovkou, které jsou schopny zabezpečit požadované výkony. Stále důra2,něji však vystupují do popředí požadavky na co nejvyšší izotermickou, tj. energetickou účinnost, což plně odpovídá současným snahám po úspoře energií všeho druhu. Dále je to požadavek dostatečné variability nasávaného množství a celkového stlačení. Jde tedy o dosažení dobré regulovatelnosti stroje v širokém rozmezí provozních parametrů při současném optimálním přizpůsobení turbokompresoru charakteru technologického procesu.

213 012

Zároveň jsou však požadovány mclé rozměry strojů, pokud možno jednotělesového uspořádání, čímž se vyloučí nutnost užití mezitělesové převodovky a možnost pohonu parní turbinou i elektromotorem podle potřeby zákazníka. Uvedeným požadavkům se snaží vyhovět špičkoví světoví výrobci velkých turbokompresorů v poslední době tím, že spojují vstupní axiální sekci s následujícími 2 až 3 sekcemi radiálními, které jsou obvykle tvořeny vždy jedním radiálním stupněm. Jsou známy také turbokompresory, kde prvé dvě sekce tvoří axiální kompresory s koncovými radiálními stupni, třetí sekce je tvořena jedním radiálním stupněm, uloženým letmo na prodlouženém hřídeli stroje v samostatném odděleném tělese. Uvedené konstrukce představují v oboru srovnatelných turbokompresorů vysoce pokroková řešení, která se přibližují svými parametry náročným, výše citovaným požadavkům. Podrobnou studii uvedených uspořádání se však ukázalo, že ani tato řešeni nejsou optimální a to jak z hlediska dosažitelné účinnosti, tak z hlediska dosažení maximální jednoduchosti provedení. Rozbor možných koncepcí turbokompresorů, vycházejících z jedné axiální a několika radiálních sekcí ukázal, že reálno dosažitelné hodnoty izometrické účinnosti kombinovaného axiálně-radiálního turbokompbesoru jsou nepříznivě ovlivněny nižší adiabatickou účinností radiálních stupňů. To je patrné i z Linnekenovy práce, věnované výpočtu optimálního stlačení jednotlivých sekcí turbokompresorů s mezichlazením.

Z provedeného rozboru potom vyplývá, že pro velká objemová množství vzdušiny a hodnoty stlačení v rozsahu 4,5 až 7,5 je proti všem známým provedením turbokompresorů nejefektivnější koncepce podle vynálezu.

Podstatou řešení je, že v jednetělesové skříni jsou ns společném hřídeli zapojeny v sérii s výtlačnými hrdly k sobě uloženy pravotočivá axiální nízkotlaká sekce a levotočivá (v opačném smyslu se otáčející) axiální vysokotlaká sekce, obé s natáčivými statorovými lopatkami za provozu. (Volba smyslu otáčení je dána dostupnými typizovanými prvky.) Výtlačné hrdlo nízkotlaké sekce, umístěné na jejím vnitřním konci, je propojeno přes mezichladič sacím potrubím ae sacám hrdlem vysokotlaké sekce, umístěným na její vnější straně.

Turbokompresor je s výhodou řešen stavebnicově tak, že nízkotlaká sekce zůstává v každém provedení stejná, zatímco vysokotlaká sekce je alternativně tvořena v pěti, sedmi, devíti, připadne až v jedenáctistupňovém provedení.

Koncepce a konstrukční provedení turbokompresorů podle vynálezu má řsdu výhod, a to jak ve srovnání s dvoutělesovými koncepcemi turbokompresorů, tak s koncepcemi jednotělesových, kombinovaných axiálne-radiálních turbokompresorů, Oproti dvoutělesovým řešením jsou výhody zcela zásadní. Dochází k úspoře 30 až 40 vysoce kvalitních materiálů, výrazné úspoře pracnosti, odpadá převodovka mezi tělesy, která při přenosu vysokých příkonů nad 20 MW představuje podstatnou část hodnoty soustrojí. Dvou- až třínásobná úspoře zastavěné plochy má pro zákazníka mnohdy rozhodující vliv, v každém případe je však přínosem z hlediska snížení investičních nákladů při výstavbě strojovny. Provoz jednotělesového stroje bude podstatně jednodušší i z hlediska nároků na funkci kontrolně-regulační techniky, jakož i samotné montáže, obsluhy a údržby stroje. Sníží se i počet náhradních dílů, což se opět projeví poklesem celkových výrobních nákladů. Řešení podle vynálezu má však řadu výhod i ve srovnání s vyráběnými jednotělesovými turbokompresory kombinovaného, axiálně-radiálního provedení. Proti existujícím

213 012 konstrukčně nejvyzrálejším řešením tohoto druhu má řešení podle vynálezu pro srovnatelné adiabatické účinnosti a procentně stejné ztráty v mezichladičíc& při stlačení v rozsahu 4,5 ež 7,5 izotermickou účinnost vyšší o cca 1 až 2,5 % podle velikosti stlačení.

Z vlastního konstrukčního provedení vyplývají tyto další výhody. Kromě vlastní úspory jednoho mezichlaóiče se sníží i spotřeba chladicí vody a energie při mezichlazení. Celý stroj je jednodušší, ale i rozměrově e hmotnostně menší. Koncepčním uspořádáním sání z obou konců propojených sekcí turbokompresoru vzniknou některé funkční výhody řešení, které se projeví ve zvýšení životnosti stroje nebo jeho důležitých částí. Vysoká životnost ložisek je dosažena díky nízkým osovým silám a z toho vyplývajícímu snížení namáhání i nízkou teplotou obou ložisek. Výhodný profil hřídele z hlediska pevnosti a dynamiky i vysoká tuhost celého rotoru umožňuje zajistit nízkou hladinu dynamických namáhání. Je rovněž třeba zdůraznit příznivé tepelné namáhání skříně i rotoru stroje. Stavebnicové uspořádání stroje, vysoká unifikace i typizace dílců umožňují jednak široký rozsah ekonomického použití i v okrajových oblastech mimo nejvýhodnější pásmo stlačení £ = 4,5 + 7,5, jakož i vysoce ekonomickou výrobu. Pokud proto určité technologie, např. dmýchání vzduchu do vysokých pecí je žádoucí vysoká teplota stlačeného vzduchu a současné i relativně vysoká stlačení 6+7 i více, je možné s výhodou použít právě řešení turbokompresoru podle vynálezu, které pracuje i v tomto případě s vysokou účinností i při vysokém stlačení.

Na obrázku je schematicky znázorněn nárysný pohled na jednotělesový axiální turbokompresor s mezichlazením podle vynálezu.

Turbokompresor sestává z čistě axiální nízkotlaké sekce 1 a čistě axiální vysokotlaké sekce 2, uložené na společném hřídeli 3 v jediné skříni 4. Sekce 1, 2 jsou sesazeny výtlačnými hrdly £,6 k sobě a vzájemně sériově propojeny přes mezichladič 7, umístěný v podsklepeaí pod turbokompresorem, Sací potrubí 8,£ obou sekcí 1.,,2 jsou umístěny na protilehlých stranách turbokompresoru. Společný hřídel .3 je uložen v ložiskách předního a zadního ložiskového stojanu 10,11. Statorové lopatky (nezalresleny) jsou jak v nízkotlaké sekci 1, tak i ve vysokotlaké sekci ,2 regulovatelné za provozu. Náhon turbokompresoru je proveden přes zubovou spojku 12 ze strany nízkotlaké sekce 1.

Sací potrubí 8 nízkotlaké sekce 1 saje vzdušinu a výtlačným hrdlem £ ji vytlačuje přes mezichladič 7. do sacího potrubí 2 vysokotlaké sekce 2, z níž vystupuje výtlačným hrdlem 6 vysokotlaké sekce 2 do výtlačného potrubí. Směr proudění vzdušiny je znázorněn na výkrese.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1.Jednotělesový axiální turbokompresor s mezichlazením stavebnicového uspořádání, s odlévanou skříní rozdělenou v dělicí rovině a používající klasické koncepce ložiskových stojanů, určený zejména pro velká nasávaná množsví vzdušiny v rozmezí 80 000 až 550 000 πΡ/h a oblast stlačení 4,5 ež 7,5 při,maximální izotermické účinnosti a dosažení nízké nebo střední teploty stlečené vzdušiny na výtlaku, případně i vyššího stlačení při požadavku vysoké teploty stlačené vzdušiny, vyznačující se tím, že v jednotělesové skříni (4) jsou na společném hřídeli (3) zapojeny v sérii a výtlačnými hrdly (5,6) k sobě uloženy pravotočivá axiální nízkotlaké sekce (1) a levotočivá axiální vysokotlaká sekce (2), obě s regulovatelnými statorovými

   213 ·1>

   lopatkami ze prohozu, přičemž výtlačné hrdlo (6) nízkotlaké sekce (1), umístěné na jejím vnitřním konci je propojeno přes mezichladič 17) secím potrubím (8) se sacím hrdlem vysokotlaké sekce (2), umístěným na její vnitřní straně.
2. 2.JednotElesový axiální turbokompreaor a mezichlazením podle bodu 1, vyznačující se tím, že stavebnicové uspořádání je řeěeno tak, že nízkotlaká sekce (1) zůstává v každém provedení stejná, zatímco vysokotlaké sekce (2) je tvořena alternativně v pěti, sedmi, devíti, případně až v jedenáctistupňovém provedeni.