DE102007019264A1

DE102007019264A1 - Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102007019264A1
Application number: DE102007019264A
Authority: DE
Inventors: George Kleynhans; Peter Dr. Ortmann; Roger Suter
Original assignee: MAN Turbo AG
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-11-06
Also published as: EP2137414B1; CN101688543A; RU2009143350A; EP2137414A1; US9790953B2; JP2010525224A; JP5148687B2; RU2433315C2; WO2008128681A1; CN101688543B; US20100135769A1

Abstract

Mehr- oder einstufiger Turboverdichter mit mindestens einem an einer Welle befestigten Verdichterrad (1), wobei die Welle in einem Turboverdichtergehäuse gelagert ist, das hinter der Nabenscheibe (8) des Verdichterrades (1) einen hinteren Innengehäusebereich (9) sowie vor der Nabenscheibe des Verdichterrades (1) einen vorderen Innengehäusebereich (5) aufweist, und wobei das angetriebene Verdichterrad (1) ein Fluid von einem Eintrittskanal (10) zu einem Austrittskanal (11) fördert. Der vordere Innengehäusebereich (5) weist einen Radseitenraum (12) auf, von dem aus ein Entnahmekanal (18) zur Entnahme von Fluid vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidvorrichtung für ein Fluid in Turboverdichtern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Radialverdichter mit einer Abscheidvorrichtung, um einen Teilstrom des Prozessgases von Partikeln und Tröpfchen zu reinigen und um diesen als Reingas einer weiteren Verwendung zuzuführen.
Aus dem Stand der Technik ist das Gewinnen von Reingas aus einem verdichteten Prozessgas bekannt. Das Prozessgas weist, insbesondere wenn es sich um Gase im Bereich der Öl- und Gasindustrie handelt, Verunreinigungen in Form von Partikeln und Flüssigkeiten auf. Diese Verunreinigungen werden über entsprechende, wartungsintensive Filter aus dem Prozessgas entnommen, bevor das so aufbereitete Prozessgas dem weiteren Verwendungszweck (z. B. als Sperrgas für Trockengasdichtungen oder als Kühlgas) zugeführt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach das Bereitstellen eines verbesserten Systems zur Gewinnung von Reingas. Die Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 dargestellten Turboverdichter gelöst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Turboverdichter, der insbesondere in Form eines Radialturboverdichters ausgebildet ist, weist mindestens eine Welle auf, an der mindestens ein Verdichterrad befestigt ist. Das angetriebene Verdichterrad fördert ein Fluid, wie z. B. Erdgas oder Rohgas, das mit Partikeln und/oder Flüssigkeiten verunreinigt ist, von einem Eintrittskanal zu einem Austrittskanal. Durch das Verdichterrad wird das Fluid in radialer Richtung beschleunigt. Die im Fluid enthaltenen Partikel werden derart beschleunigt, dass sie im Austrittsquerschnitt des Laufra des entlang des hinteren Gehäusebereichs, d. h. in Richtung Nabenscheibe gefördert werden. Daher wird Gas mit reduzierter Partikel-/Flüssigkeitsbeladung in den Radseitenraum strömen. Im vorderen Gehäusebereich, d. h. im Bereich der Deckscheibe ist ein Radseitenraum ausgebildet. Als Radseitenräume von Verdichtern werden die Spalträume zwischen Verdichterrad und Gehäuse bezeichnet. Aus dem Radseitenraum im Bereich der Deckscheibe ist ein Entnahmekanal in dem vorderen Gehäusebereich vorgesehen, der dazu dient, das gereinigte Fluid zu entnehmen.
Auf Basis der Erfindung kann somit eine wartungsfreie Filtervorrichtung zum Gewinnen von Reingas verwirklicht werden. Auch kann die Erfindung als Vorreinigungsstufe Anwendung finden, um die Serviceintervalle von konventionellen Filtervorrichtungen zu verlängern.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine konzeptionelle Querschnittsansicht eines Verdichters;
2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Verdichterstufe;
3 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Radialverdichters mit zwei über einen Elektromotor 2 angetriebenen Verdichterstufen für den Einsatz an Pipelines. Die Welle 6 des Verdichters wird durch Magnetlager 17 gelagert. Der Bereich vor dem Verdichterrad wird hier als vorderer Gehäusebereich 5 bezeichnet. Der Bereich hinter dem Verdichterrad, d. h. hinter der Nabenscheibe des Verdichterrades 1 wird als hinterer Gehäusebereich mit 9 bezeichnet. Die senkrechten gestrichelten Linien bilden jeweils die Grenze zwischen vorderem und hinterem Gehäusebereich 5 bzw. 9. Der dargestellte Verdichter weist eine Anzahl von Radialrädern auf. Ab hängig vom erforderlichen Druck des Reingases kann die erfindungsgemäße Filtervorrichtung in der entsprechenden Stufe, d. h. an dem entsprechenden Verdichterrad eingebaut werden.
2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Das Verdichterrad 1 ist auf einer Welle 6 (nicht dargestellt) angeordnet, die durch einen Arbeitsmaschine, bspw. einem Elektromotor oder einer Gasturbine angetrieben wird. Die hier dargestellte Stufe kann in beliebiger Position im Verdichter angeordnet sein. Das Verdichterrad 1 ist von einem Innengehäuse 7, 9 umgeben, das zumindest einen Eintrittskanal 10 zum Verdichterrad hin und einen Austrittskanal 11 ausbildet, wobei der Austrittskanal 11 im Wesentlichen senkrecht auf der Rotationsachse des Verdichterrades 1 bzw. dem Eintrittskanal steht. In 2 weist der vordere Teil des Innengehäuses 5 unter anderem einen Ring 3 auf, der dazu dient mit einem weiteren Gehäuseteil den Entnahmekanal 18 auszubilden. Mit Bezugszeichen 20 wird die Deckscheibe des Verdichterrads 1 bezeichnet.
Durch die Pfeile zwischen Eintritts- und Austrittskanal 10, 11 werden insbesondere die Bewegungsrichtungen der schweren Partikel im Prozessgas dargestellt. Durch die Rotation des Verdichterrads 1 und die resultierende Umlenkung des Prozessgases in radiale Richtung, werden insbesondere die schweren Partikel in Richtung der Nabenscheibe 9 abgelenkt. Die Partikel können der ursprünglichen Gasströmung nicht folgen. Das in den Radseitenraum 12 einströmende Prozessgas weist kaum Verunreinigungen auf. Das zu entnehmende Gas gelangt in der der ersten Ausführungsform über den Radseitenraum 12 in einen Entnahmekanal 18, dann in einen Sammelraum 14 und von dort aus zur weiteren Verwendung, z. B. zu einem zu kühlenden Bauteil. Der Bereich zwischen Entnahmekanal 18 bzw. Sammelraum 14 und Radseitenraum 12 bzw. Rückführkanal 13 ist so ausgebildet, dass Partikel aufgrund der Druckverhältnisse in den jeweiligen Kanälen eher zurück in den Eintrittskanal 10 gefördert werden als in den Entnahmekanal 18 und sodann in den Sammelraum 14.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform gelangt das entnommene Fluid vom Radseitenraum 12 in einen Fliehkraftabscheider 19. Durch einen tangential- oder spiralförmigen Einlaufkanal 15 wird das abgeschiedene Prozessgas in eine Wirbelströmung (gestrichelte Pfeile) versetzt. Insbesondere die schwereren Partikel gleiten so in der Nähe der Außenwand des Abscheidraums 14 hinab in Richtung Eintrittskanal 10. Über ein Tauchrohr 16 und dementsprechendem Unterdruck im Tauchrohr 16 wird aus der Mitte des Abscheidraums 14 das weitgehend partikelfreie Gas entnommen.
Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass alle beschriebenen Kanäle jeweils auch als Diffusor oder Düse ausgebildet werden können. Beispielsweise kann der Sammelraum 14 und/oder der Entnahmekanal 18 als Diffusor ausgebildet sein, der darüber hinaus mit einem Profil an der Innenwandung versehen sein kann.
Vorstehend wurde jeweils nur eine Verdichterstufe beschrieben, selbstverständlich kann es sich erfindungsgemäß auch um einen mehrstufigen Radialverdichter handeln, wobei die beschriebene Filtervorrichtung an nur einer Verdichterstufe oder mehreren Verdichterstufen vorgesehen sein kann. Darüber hinaus kann das abgezweigte Gas einer Trockeneinrichtung zugeführt werden, die sich sowohl im Fliehkraftabscheider als auch in den Kanälen hin zum zu kühlenden bzw. zu sperrenden Bauteil befinden kann.

1: Verdichterlaufrad
2: Arbeitsmaschine
3: Ring
4: Laufradkanal
5: vorderer Innengehäusebereich
6: Welle
7: Gehäuse
8: Nabenscheibe des Verdichterlaufrads
9: hinterer Innengehäusebereich
10: Eintrittskanal
11: Austrittskanal
12: Radseitenraum
13: Rückführkanal
14: Sammelraum
15: Einlaufkanal
16: Tauchrohr
17: Magnetlager
18: Entnahmekanal
19: Fliehkraftabscheider
20: Deckscheibe des Laufrades

Claims

Turboverdichter mit mindestens einem an einer Welle (6) befestigten Verdichterrad (1), wobei die Welle (6) in einem Gehäuse gelagert ist, das hinter der Nabenscheibe (8) des Verdichterrades (1) einen hinteren Innengehäusebereich (9) sowie vor der Nabenscheibe (8) des Verdichterrades (1) einen vorderen Innengehäusebereich (5) aufweist, wobei zwischen Verdichterrad und Gehäuse ein Radseitenraum (12) ausgebildet ist, und wobei das angetriebene Verdichterrad (1) ein Fluid von einem Eintrittskanal (10) zu einem Austrittskanal (11) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass vom Radseitenraum (12) ein Entnahmekanal (18) zur Entnahme von Fluid im vorderen Innengehäusebereich (5) ausgebildet ist.
Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radseitenraum (12) mit einem Rückführkanal (13) in Fließverbindung steht, der in den Eintrittskanal (10) mündet.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im vorderen Innengehäusebereich (5) ferner ein Sammelraum (14) zum Sammeln eines partikelfreien Fluids ausgebildet ist, der mit dem Radseitenraum (12) in Fließverbindung steht.
Turboverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14) und/oder der Entnahmekanal (18) zwischen Sammelraum (14) und dem Radseitenraum (12) als Diffusor ausgebildet ist.
Turboverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor mit einer Beschaufelung versehen ist.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmekanal (18) über entsprechende Kanäle, Räume und/oder Rohre in Fließverbindung mit einem Reingasverbraucher steht.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmekanal (18) in mindestens einen vorzugsweise im vorderen Innengehäusebereich (5) ausgebildeten Fliehkraftabscheider (13) mündet.
Turboverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlaufkanal (15) des Fliehkraftabscheiders (13) tangential oder spiralförmig ausgebildet ist.
Turboverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideraum (13a) konusförmig ausgebildet ist und ein Tauchrohr (16) in den Abscheideraum (13a) ragt.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das es sich bei dem Turboverdichter um einen Radial- oder Diagonalverdichter handelt.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Turboverdichter um einen mehrstufigen Einwellenverdichter handelt.
Turboverdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fluid um ein Gas und insbesondere um ein mit Partikeln und/oder Flüssigkeiten verunreinigtes Gas handelt
Turboverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das über den Radseitenraum (12) abgezweigte Gas einer weiteren Behandlung zugeführt wird.
Turboverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Turboverdichter ein nach außen gasdichtes Gehäuse aufweist und durch eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Elektromotor angetrieben wird.