DE102005038268A1

DE102005038268A1 - Kolbenloser Verdichter

Info

Publication number: DE102005038268A1
Application number: DE102005038268A
Authority: DE
Inventors: Robert Adler; Georg Siebert
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-15
Also published as: CN101243258A; WO2007019947A1; KR20080033397A; AU2006281714A1; DE502006009012D1; EP1913264B1; ATE500424T1; EP1913264A1; CA2618549A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) mit zumindest einem Verdrängerzylinder (6), in dem eine Betriebsflüssigkeit (15), insbesondere eine ionische Flüssigkeit, angeordnet ist und der mit einem Sauganschluss (10) sowie einem Förderanschluss (11) für Medium in Verbindung bringbar ist, wobei die Betriebsflüssigkeit (15) mit einer als Axialkolbenpumpe (17) ausgebildeten Antriebspumpe in Wirkverbindung steht. Zur Lösung der Aufgabe, einen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der mit geringem Bauaufwand eine hohe Lebensdauer aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass dem Sauganschluss (10) des Verdichters (1) ein Vorverdichter (30) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit zumindest einem Verdrängerzylinder, in dem eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionischen Flüssigkeit, angeordnet ist und der mit einem Sauganschluss sowie einem Förderanschluss für Medium in Verbindung bringbar ist, wobei die Betriebsflüssigkeit mit einer als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Antriebspumpe in Wirkverbindung steht.
Derartige Verdichter werden zum Verdichten von gasförmigen Medien eingesetzt. Das Medium wird hierbei mittels der Betriebsflüssigkeit in dem Verdrängerzylinder verdrängt, wodurch derartige Verdichter als kolbenlose Verdichter bezeichnet werden. Als Betriebsflüssigkeit kann eine ionische Flüssigkeit verwendet werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, Flüssigkeiten mit einem niedrigen Dampfdruck oder Flüssigkeiten mit einer geringen Gaslöslichkeit zu verwenden. Derartigen Flüssigkeiten ist gemeinsam, dass sich diese nicht in dem Medium lösen und von dem Medium rückstandfrei abtrennbar sind, so dass das verdichtete Medium eine hohe Reinheit aufweist.
Die Betriebsflüssigkeit wird hierbei mittels der als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Antriebspumpe in die Verdrängerzylindern gefördert und aus den Verdrängerzylindern gesaugt, um das Medium von dem Sauganschluss in den Förderanschluss zu fördern und unter Druck zu setzen. Bei der Verwendung einer Axialkolbenpumpe als Antriebspumpe ist hierbei für den sicheren Betrieb des Verdichters erforderlich, dass im Saugtakt der Axialkobenpumpe, bei dem Betriebsflüssigkeit aus dem Verdrängerzylinder gesaugt wird, die Kolben der Axialkolbenmaschine, die in der Regel mit einer hydrostatischen Entlastung versehen sind, in Anlage an einer Gleitbahn der Axialkolbenpumpe zu halten.

Hierzu ist es bekannt, an der Axialkolbenpumpe eine mechanische Rückzugseinrichtung vorzusehen, die die Kolben in Anlage an die Gleitbahn hält. Eine derartige mechanische Rückzugseinrichtung weist jedoch einen hohen Bauaufwand auf.

Ein gattungsgemäßer kolbenloser Verdichter weist aufgrund fehlender mechanischer Dichtungen und fehlender Kolben in den Verdrängerzylindern eine hohe Lebensdauer auf. Die Anpassung einer Axialkolbenpumpe mit einer mechanischen Rückzugseinrichtung an die hohe Lebensdauer des kolbenlosen Verdichters erfordert zudem einen hohen Bauaufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der mit geringem Bauaufwand eine hohe Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Sauganschluss des Verdichters ein Vorverdichter zugeordnet ist. Mit einem dem Verdichter vorgeschaltenem Vorverdichter kann am Sauganschluss des Verdichters auf einfache Weise ein minimaler Vordruck des zu fördernden Mediums erzeugt werden. Dieser von dem Vorverdichter erzeugte Vordruck steht über die Betriebsflüssigkeit, die in direktem Kontakt mit dem zu fördernden Medium steht, ebenfalls an der Axialkolbenpumpe an und beaufschlagt die Kolben der Axialkolbenpumpe im Saugtakt in Richtung der Gleitbahn. Mit einem erfindungsgemäßen Vorverdichter kann somit mit geringem Bauaufwand erzielt und sichergestellt werden, dass bei der Axialkolbenpumpe ohne mechanische Rückzugseinrichtung bzw. ohne Änderungen der Rückzugseinrichtung die Kolben in Anlage an die Gleitbahn gehalten werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Lebensdauer der Axialkolbenpumpe ohne nennenswerte Änderungen an der Rückzugseinrichtung an die hohe Lebensdauer des kolbenlosen Verdichters anzupassen, wodurch mit geringem Bauaufwand eine hohe Lebensdauer des Verdichters unter Verwendung einer standardisierten Axialkolbenpumpe erzielt werden kann.

Als Vorverdichter können verschieden Bauformen von Verdichtern bzw. Pumpen verwendet werden. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Vorverdichter gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung als Schraubenverdichter ausgebildet ist. Durch die hohe Lebensdauer eines kolbenlosen Verdichters ist es erforderlich, einen Vorverdichter mit einer entsprechend hohen Lebensdauer auszuwählen, um zu verhindern, dass der Vorverdichter das schwächste Glied in der Lebensdauerkette ist. Ein Schraubenverdichter benötigt keine Betriebsdichtungen, die eine hohe Dichtigkeit aufweisen, wodurch ein standardisierter Schraubenverdichter eine hohe Lebensdauer aufweist. Zudem weist ein Schraubenverdichter geringe Pulsationen auf, wodurch geringe Lärmemissionen und geringe Belastung des Verdichters an der Saugseite erzielbar sind.

Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Vorverdichter mittels der Betriebsflüssigkeit schmierbar. Durch die Schmierung des Vorverdichters durch die Betriebsflüssigkeit wird vermieden, dass durch den Einsatz des Vorverdichters eine Verunreinigung des zu fördernden Mediums auftritt. Der Schraubenverdichter emittiert durch die Schmierung mit der Betriebsflüssigkeit lediglich die bereits im Prozess vorhandene befindliche Betriebsflüssigkeit, wobei eine Beeinträchtigung der Funktion des Verdichters nicht auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dem Förderanschluss des Verdichters eine Abscheidevorrichtung zum Abtrennen von in dem geförderten Medium befindlichen Betriebsflüssigkeit zugeordnet ist. Mit einer derartigen Abscheidevorrichtung, mittels der von dem Verdichter in das geförderte Medium emittierte Betriebsflüssigkeit aus dem Medium abgetrennt werden kann, kann ebenfalls die von dem mit der Betriebsflüssigkeit geschmierten Vorverdichter in das Medium emittierte Betriebsflüssigkeit abgetrennt werden. Auf der Saugseite des Verdichters ist somit keine weitere Abscheidevorrichtung erforderlich, um durch den von der Betriebsflüssigkeit geschmierten Schraubenverdichter möglicherweise in das zu fördernde Medium emittierte Betriebsflüssigkeit abzuscheiden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Axialkolbenpumpe eine Zylindertrommel auf, in der zumindest ein Zylinderraum ausgebildet ist, der mit dem Verdrängerzylinder in Verbindung steht, wobei in dem Zylinderraum ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, der an einer Gleitbahn, insbesondere einer verstellbaren Schrägscheibe, abgestützt ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Verbindung des Verdrängerzylinders mit dem Zylinderraum und somit dem Kolben erzielt werden, um mit dem von dem Vorverdichter erzeugten Vordruck eine sichere Anlage des Kolbens an der von der Schrägscheibe gebildeten Gleitbahn im Saugtakt der Antriebspumpe zu erzielen.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Verdrängerzylinder in einem Zylinderblock angeordnet sind und radial angeordnet sind. Durch die radiale Anordnung der Verdrängerzylinder in einem rotierenden Zylinderblock wird erzielt, dass auf die in den Verdrängerzylindern befindliche Betriebsflüssigkeit eine Fliehkraft wirkt, die eine hohe Drehzahl des Verdichters ermöglicht. Hierdurch kann bei kleinem Bauraumbedarf des Verdichters eine hohe Förderleistung erzielt werden. Zudem ist lediglich eine geringe Menge an Betriebsflüssigkeit erforderlich, wodurch der Verdichter geringe Herstellkosten und Betriebkosten verursacht.

Der Zylinderblock und die Zylindertrommel sind gemäß einer bevorzugten baulichen Ausführungsform der Erfindung drehsynchron gekoppelt oder einstückig ausgebildet.

Sofern mit dem Vorverdichter am Sauganschluss ein Druck von 5-15 bar, insbesondere ein Druck von 8-10 bar, erzeugbar ist, kann bei Verwendung einer standardisierten Axialkolbenpumpe als Antriebspumpe für die Betriebsflüssigkeit ein sicheres Anliegen der Kolben an der von der Schrägscheibe gebildeten Gleitbahn im Betrieb des Verdichters sichergestellt werden.

Der Verdichter kann zur Förderung von Flüssigkeiten ausgebildet sein.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Verdichter zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, ausgebildet ist. Mit einem erfindungsgemäßen kolbenlosen Verdichter, bei dem mittels eines standardisierten Vorverdichters, der von der Betriebsflüssigkeit geschmiert ist, an der Saugseite ein Vordruck des gasförmigen Mediums erzeugbar ist, kann eine standartisierte Axialkolbenmaschine als Antriebspumpe für die Betriebsflüssigkeit verwendet werden, wodurch ein geringer Herstellaufwand mit einer langen Lebensdauer des kolbenlosen Verdichters unter Verwendung standardisierter Komponenten erzielbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Verdichter 1 in einem Längsschnitt. Innerhalb eines Gehäuses 2 ist eine Triebwelle 3 um eine Drehachse 4 drehbar gelagert. Mit der Triebwelle 3 ist eine Zylindertrommel 5 drehsynchron gekoppelt, in der mehrere Verdrängerzylinder 6 ausgebildet sind. Die Verdrängerzylinder 6 sind hierbei als in der Zylindertrommel 5 angeordnete Radialbohrungen 14 ausgebildet und um die Drehachse 4 sternförmig angeordnet, wobei die Längsachse 7 der Verdrängerzylinder 6 senkrecht zur Drehachse 4 der Triebwelle 3 und somit der Zylindertrommel 5 angeordnet ist.
Die Verdrängerzylinder 6 stehen im radial inneren Bereich mit jeweils einem Verbindungskanal 8 in Verbindung, der mit einem scheibenförmigen Steuerspiegel 9 in Wirkverbindung steht, wobei mittels des Steuerspiegels 9 die Verbindung der Verdrängerzylinder 6 bei der Drehung der Zylindertrommel 5 mit einem Sauganschluss 10 sowie einem Förderanschluss 11 steuerbar ist. Die Zylindertrommel 5 ist hierbei in Axialrichtung an dem Steuerspiegel 9 abgestützt, der an einem an dem Gehäuse 2 befestigten Gehäusedeckel 12 angeordnet ist.
In den Verdrängerzylindern 6 ist Betriebsflüssigkeit 15, insbesondere ionische Flüssigkeit, angeordnet.
Jeder Verdrängerzylinder 6 steht mittels eines Verbindungskanals 13 mit einem Zylinderraum 16 einer als Axialkolbenpumpe 17 in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten hydraulischen Antriebspumpe in Verbindung. Die als Axialkolbenpumpe 17 ausgebildete Antriebspumpe weist hierbei einen Zylinderblock 18 auf, der koaxial zu der Zylindertrommel 5 angeordnet und mit der Zylindertrommel 5 bzw. der Triebwelle 3 drehfest verbunden ist. Es ist ebenfalls möglich, den Zylinderblock 18 und die Zylindertrommel 5 als gemeinsame und somit einstückige Zylindertrommel auszubilden.
Die Zylinderräume 16 der Axialkobenpumpe 17 sind von in dem Zylinderblock 18 konzentrisch angeordneten Längsbohrungen 20 gebildet, in denen jeweils ein Kolben 21 längsverschiebbar angeordnet sind. Die Kolben 21 sind mittels jeweils eines Gleitschuhs 22 an einer Gleitbahn 23 abgestützt, die an einer Schrägscheibe ausgebildet ist. Zwischen Kolben 21 und Gleitschuh 22 ist ein kugeliges Gleitschuhgelenk ausgebildet.
Die Axialkolbenmaschine 17 ist als im Verdrängervolumen verstellbare Axialkolbenmaschine ausgebildet, wobei die mit der Gleitbahn 23 versehene Schrägscheibe am Gehäuse 2 schwenkbar gelagert ist und mittels einer nicht mehr dargestellten Stelleinrichtung bezüglich der Drehachse 4 neigbar ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Axialkolbenmaschine mit einem festen Verdrängervolumen auszubilden, wobei die Schrägscheibe unmittelbar am Gehäuse 2 ausgebildet werden kann.
Die Zylindertrommel 5 und die Antriebspumpe 17 sind hierbei in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Erfindungsgemäß ist dem Sauganschluss 10 des Verdichters 1 ein Vorverdichter 30 zugeordnet. Der Vorverdichter 30 ist als Schraubenverdichter ausgebildet und von der Betriebsflüssigkeit 15 geschmiert.
Der Vorverdichter 30 erzeugt hierbei am Sauganschluss 10 einen Vordruck des Mediums von ca. 8-10 bar. Der Vordruck des Mediums beaufschlagt über die in den Verdrängerzylinder 6, den Verbindungskanälen 13 und den Zylinderbohrungen 16 befindliche Betriebsflüssigkeit 15, die in direktem Kontakt mit dem Medium steht, die Kolben 21 in Richtung der an der Schrägscheibe ausgebildeten Gleitbahn 23. Hierdurch wird im Saugtakt der Axialkolbenpumpe 17 ein sicheres Anliegen der Kolben 21 an der Gleitbahn 23 erzielt.
Dem Förderanschluss 11 ist eine Abscheidevorrichtung 31 zugeordnet, mit der in dem Förderanschluss 11 möglicherweise emittierte Betriebsflüssigkeit 15 von dem geförderten Medium abgetrennt werden kann. Hierdurch wird eine hohe Reinheit des geförderten Mediums erzielt.
Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verdichters 1 wird über die Triebwelle 3 die Zylindertrommel 5 und der Zylinderblock 18 angetrieben. Die Axialkolbenpumpe fördert Betriebsflüssigkeit 15 von den Zylinderräumen 16 in die Verdrängerzylinder 6, wodurch das über den Sauganschluss 10 in die Verdrängerzylinder 6 einströmende Medium durch die Flüssigkeit 15 verdichtet und in den Förderanschluss 11 gefördert wird. Hierbei wird durch den von dem Vorverdichter 30 erzeugten Vordruck des Mediums am Sauganschluss 10 ein sicheres Anliegen der Kolben 21 der als Axialkolbenpumpe 17 ausgebildeten Antriebspumpe an der Gleitbahn 23 sichergestellt. Im Betrieb des Verdichters 1 wirkt aufgrund der radialen Anordnung der Verdrängerzylinder 6 durch die Rotation der Zylindertrommel 5 auf die Flüssigkeit 15 Fliehkraft ein, die die Betriebsflüssigkeit beschleunigt, wodurch die Flüssigkeitssäule der Betriebsflüssigkeit 15 in den Verdrängerzylindern 6 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann und somit der Verdichter 1 mit einer hoher Drehzahl und somit einer hohen Zyklusgeschwindigkeit betrieben werden kann. Hierdurch wird bei geringem Bauraum des Verdichters 1 und geringem Bedarf an Betriebsflüssigkeit 15 eine hohe Förderleistung erzielt. Durch den von dem Vorverdichter 30 erzeugten Vordruck des Mediums kann hierbei eine standardisierte Axialkolbenpumpe 17 verwendet werden, die ohne nennenswerte Änderungen an der mechanischen Rückzugseinrichtung an die hohe Lebensdauer des kolbenlosen Verdichters 1 angepasst ist. Die Ausgestaltung des Vorverdichters 30 als standardisierter Schraubenverdichter, der von der Betriebsflüssigkeit 15 geschmiert ist, ermöglicht mit geringem Bauaufwand eine Anpassung der Lebensdauer eines standardisierten Vorverdichters 30 an die hohe Lebensdauer des kolbenlosen Verdichters. Von dem Vorverdichter 30 in das zu fördernde Medium emittierte Betriebsflüssigkeit 15 kann auf einfache Weise mittels der dem Förderanschluss 11 zugeordneten Abscheidevorrichtung 31 aus dem geförderten Medium abgetrennt werden. Insgesamt ist somit ein kolbenloser Verdichter 1 mit geringem Herstellaufwand, geringem Bauaufwand und geringen Betriebskosten erzielbar.

Claims

Verdichter mit zumindest einem Verdrängerzylinder, in dem eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionischen Flüssigkeit, angeordnet ist und der mit einem Sauganschluss sowie einem Förderanschluss für Medium in Verbindung bringbar ist, wobei die Betriebsflüssigkeit mit einer als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Antriebspumpe in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sauganschluss (10) des Verdichters (1) ein Vorverdichter (30) zugeordnet ist.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter (30) als Schraubenverdichter ausgebildet ist.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter (30) mittels der Betriebsflüssigkeit (15) schmierbar ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Förderanschluss (11) des Verdichters (1) eine Abscheidevorrichtung (31) zum Abtrennen von in dem geförderten Medium befindlichen Betriebsflüssigkeit (15) zugeordnet ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenpumpe (17) eine Zylindertrommel (18) aufweist, in der zumindest ein Zylinderraum (16) ausgebildet ist, der mit dem Verdrängerzylinder (6) in Verbindung steht, wobei in dem Zylinderraum (16) ein Kolben (21) längsverschiebbar angeordnet ist, der an einer Gleitbahn (23), insbesondere einer verstellbaren Schrägscheibe, abgestützt ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (6) in einem Zylinderblock (5) angeordnet sind und radial angeordnet sind.
Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderblock (5) und die Zylindertrommel (17) drehsynchron gekoppelt sind oder einstückig ausgebildet sind.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Vorverdichters (30) am Sauganschluss ein Druck von 5-15 bar, insbesondere ein Druck von 8-10 bar, erzeugbar ist.
Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (1) zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, ausgebildet ist.