DE102013201482B3 - Multi-stage compressor for use in liquid-air separation plant used for production of e.g. liquid oxygen, has jet compressor and turbine that are arranged in respective bypass lines, to recuperate energy contained in compressed medium - Google Patents

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Abstract

The multi-stage compressors (14,18) have adjustable entry control devices (3) and several compressor stages (2,5,7). A surge limit control valve (13) is configured to control the surge limit of compressor. The bypass pipes (16,19) is configured to return the compressed medium to the suction side of compressor stage (5). A jet compressor (15) and turbine (11) are arranged in the bypass lines (16,19) respectively, to recuperate energy contained in compressed medium and to supply additional medium to the suction side of the compressor stage (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Verdichter, umfassend wenigstens einen verstellbaren Eintrittsleitapparat, mehrere Verdichterstufen und ein Mittel zum Steuern oder Regeln des Verdichters im Hinblick auf die Pumpgrenze oder eine der Pumpgrenze vorgelagerte Regellinie, sowie eine Bypassleitung, um bei Bedarf einen Teil eines verdichteten Mediums zur Saugseite einer Verdichterstufe zurückzuführen.The invention relates to a multi-stage compressor, comprising at least one adjustable Eintrittsleitapparat, a plurality of compressor stages and a means for controlling or regulating the compressor with respect to the surge line or a surge line upstream control line, and a bypass line to a part of a compressed medium to the suction side, if necessary attributed to a compressor stage.

Als Pumpgrenze eines Verdichters wird der Übergang von einer aerodynamisch stabilen zu einer aerodynamisch instabilen Betriebsweise bezeichnet. Nach dem Überschreiten der Pumpgrenze eines Verdichters treten beträchtliche Rückströmungen auf, die Druckschwankungen und Temperaturerhöhungen verursachen. Aus diesen Gründen und um Schäden an dem Verdichter zu vermeiden, werden Turboverdichter so betrieben, dass das Erreichen der Pumpgrenze vermieden wird, zumindest soll der Zustand des Pumpens auf möglichst kurze Zeitabschnitte begrenzt werden. Herkömmliche Verdichter weisen daher eine Regelung auf, die einen definierten Sicherheitsabstand zu einer Pumpgrenze des Kennfeldes des Verdichters einhält. Zusätzlich ist üblicherweise ein Pumpengrenzregelventil vorgesehen, das am Austritt des Verdichters ein Absenken des Drucks ermöglicht, wenn ein bestimmter Abstand zur Pumpgrenze unterschritten wird oder das Pumpen bereits begonnen hat.The surge limit of a compressor is the transition from an aerodynamically stable to an aerodynamically unstable mode of operation. After exceeding the surge limit of a compressor, considerable backflows occur which cause pressure fluctuations and temperature increases. For these reasons and to avoid damage to the compressor, turbocompressors are operated so that the achievement of the surge limit is avoided, at least the state of the pumping should be limited to the shortest possible time periods. Conventional compressors therefore have a control that maintains a defined safety margin to a surge limit of the map of the compressor. In addition, a pump limit control valve is usually provided which allows the pressure at the outlet of the compressor to drop below a certain distance from the pumping limit or when pumping has already begun.

Während des Betriebs kann die Pumpgrenze allerdings auch erreicht werden, wenn die Fördermenge reduziert wird. Bei wechselnden Abnahmemengen oder bei einem permanenten Betrieb mit niedriger Fördermenge ist es daher in der Praxis erforderlich, einen Teil des verdichteten Medium wieder abzublasen bzw. in einem geschlossenen Kreislauf zur Saugseite zurückzuleiten. Bei dieser Betriebsweise wird allerdings ein Fluid verdichtet und anschließend ungenutzt wieder entspannt, was mit Energieverlusten verbunden ist. Typischerweise kann der Anteil des Bypassbetriebs im einstelligen Prozentbereich liegen, bezogen auf die Gesamtbetriebsdauer.During operation, however, the surge limit can also be achieved if the flow rate is reduced. With changing quantities or in a permanent operation with low flow rate, it is therefore necessary in practice to blow off a portion of the compressed medium again or to lead back in a closed circuit to the suction side. In this mode of operation, however, a fluid is compressed and then unused relaxed again, which is associated with energy losses. Typically, the proportion of bypass operation can be in the single-digit percentage range, based on the total operating time.

In einem mehrstufigen Verdichter, wie er z. B. aus der DE 10 2008 058 799 A1 bekannt ist, sind mehrere Verdichterstufen hintereinander angeordnet. Das Zurückleiten eines bereits verdichteten Mediums in einem geschlossenen Kreislauf zur Saugseite erfolgt über eine Bypassleitung. Bei einem mehrstufigen Verdichter erreichen allerdings nicht alle Verdichterstufen gleichzeitig die Pumpgrenze bzw. die vorgelagerte Regellinie, ab der ein Teil des verdichteten Mediums in den Bypass geleitet wird. Bei einem mehrstufigen Verdichter, der eine Bypassleitung besitzt, wird daher auch die Förderleistung derjenigen Verdichterstufen, die sich noch nicht an ihrer Pumpgrenze befinden, teilweise ungenutzt verschwendet.In a multi-stage compressor, as he z. B. from the DE 10 2008 058 799 A1 is known, a plurality of compressor stages are arranged one behind the other. The return of an already compressed medium in a closed circuit to the suction side via a bypass line. In a multi-stage compressor, however, not all compressor stages simultaneously reach the surge line or the upstream control line, from which a portion of the compressed medium is conducted into the bypass. In a multi-stage compressor, which has a bypass line, therefore, the capacity of those compressor stages that are not yet at their surge limit, partly wasted unused.

Die CH 365 174 A offenbart einen Verdichter der eingangs genannten Art. Die DE 22 30781 C3 offenbart einen zweistufigen Verdichter, bei dem eine Antriebswelle einer ersten Verdichterstufe fest mit der Welle eines Turbinenlaufrads verbunden ist. Durch eine Betätigung eines Ventils kann ein Teil des von der ersten Verdichterstufe verdichteten Gases zum Turbinenlaufrad zurück geleitet werden, wodurch die darin enthaltene Energie für den Antrieb des Verdichters genutzt werden kann, da das Turbinenlaufrad drehfest mit dem Verdichterlaufrad verbunden ist. Die CH 321 648 A beschäftigt sich mit einem Verdichter der eingangs genannten Art, wobei ein mit einer Rekuperationsturbine gekoppelter Verdichter offenbart ist.The CH 365 174 A discloses a compressor of the type mentioned. The DE 22 30781 C3 discloses a two-stage compressor in which a drive shaft of a first compressor stage is fixedly connected to the shaft of a turbine runner. By actuating a valve, a portion of the compressed gas from the first compressor stage can be returned to the turbine runner, whereby the energy contained therein can be used to drive the compressor, since the turbine runner is rotatably connected to the compressor wheel. The CH 321 648 A deals with a compressor of the type mentioned, wherein a coupled with a recuperation turbine compressor is disclosed.

Bei mehrstufigen Verdichtern, die zur Luftzerlegung eingesetzt werden, steht ein guter Wirkungsgrad im Vordergrund, da die Energiekosten maßgeblich die gesamten Produktionskosten bestimmen. Zur Luftzerlegung werden daher häufig Getriebeverdichter mit verstellbaren Eintrittsleitapparaten (ELA) verwendet. Ein ELA wird häufig nur für die erste Verdichterstufe verwendet. Um eine Überschreitung der Pumpgrenze zu verhindern, wird der ELA geschlossen, um die Förderleistung zu reduzieren, wodurch der Durchsatz vermindert wird. Allerdings verringert sich dadurch auch die zum pumpfreien Betrieb der ersten Verdichterstufe erforderliche Menge des Mediums. Wenn die hinteren Verdichterstufen keine verstellbare Geometrie besitzen, bleibt deren Mindestmenge für einen stabilen Betrieb, bei dem die Pumpgrenze nicht erreicht wird, unverändert, daher bestimmt im Teillastbetrieb eine der folgenden Verdichterstufen die Lage der Pumpgrenze des gesamten mehrstufigen Verdichters. Der Durchfluss durch diese „kritischen” Verdichterstufen kann durch Öffnen des Pumpgrenzregelventils erhöht werden, allerdings wird dadurch auch der Durchfluss durch die erste Verdichterstufe erhöht, so dass der ELA ab dem Erreichen der Regellinie nicht weiter geschlossen werden kann, wodurch der Energieverbrauch unnötig erhöht wird.For multi-stage compressors, which are used for air separation, a good efficiency is in the foreground, since the energy costs significantly determine the total production costs. Therefore, gearboxes with adjustable inlet diffusers (ELA) are frequently used for air separation. An ELA is often used only for the first compressor stage. To prevent the pumping limit from being exceeded, the ELA is closed to reduce the flow rate, which reduces throughput. However, this also reduces the amount of medium required for pump-free operation of the first compressor stage. If the rear compressor stages do not have adjustable geometry, their minimum quantity for stable operation, where the surge limit is not reached, remains unchanged, so in part-load operation, one of the following compressor stages determines the location of the surge limit of the entire multi-stage compressor. The flow through these "critical" compressor stages can be increased by opening the surge limit control valve, however, this also increases the flow through the first compressor stage, so that the ELA can not be closed from reaching the control line, whereby the energy consumption is unnecessarily increased.

In der Praxis werden mehrstufige Verdichter so ausgelegt, dass ein verlustbehafteter Um- oder Abblasebetrieb im normalen, spezifizierten Betriebsbereich weitgehend verhindert wird. Dies kann allerdings nicht für alle Betriebszustände gewährleistet werden.In practice, multi-stage compressors are designed so that a lossy bypass or Abblasebetrieb in the normal, specified operating range is largely prevented. However, this can not be guaranteed for all operating states.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrstufigen Verdichter anzugeben, bei dem der Energieverlust, der durch die Zurückleitung von verdichtetem Medium durch eine Bypassleitung entsteht, verringert ist.The invention has for its object to provide a multi-stage compressor in which the energy loss caused by the return of compressed medium through a bypass line is reduced.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verdichter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, der die zusätzlichen Merkmale des Kennzeichens der Ansprüche 1 oder 2 aufweist. To solve this problem, a compressor of the type mentioned is proposed according to the invention, which has the additional features of the characterizing part of claims 1 or 2.

Die Erfindung beruht auf der Idee, eine verlustbehaftete Entspannung des verdichteten Mediums zu verhindern und stattdessen dessen Arbeitsfähigkeit zur Energierückgewinnung zu nutzen. Dazu ist in der Bypassleitung eine Arbeitsmaschine angeordnet, die durch in dem verdichteten Medium enthaltene Energie angetrieben wird, so dass diese Energie anschließend genutzt werden kann. Auf diese Weise kann der Gesamtenergieverbrauch des mehrstufigen Verdichters gesenkt werden.The invention is based on the idea to prevent lossy relaxation of the compressed medium and instead to use its ability to work for energy recovery. For this purpose, a working machine is arranged in the bypass line, which is driven by energy contained in the compressed medium, so that this energy can then be used. In this way, the total energy consumption of the multi-stage compressor can be reduced.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die wenigstens eine Arbeitsmaschine als Strahlverdichter ausgebildet ist, um der Saugseite der Verdichterstufe zusätzliches Medium zuzuführen. Beispielsweise kann Umgebungsluft durch den Strahlverdichter verdichtet werden und anschließend der Saugseite einer bestimmten Verdichterstufe zugeführt werden. Ein Strahlverdichter weist den Vorteil auf, dass er keine bewegten Teile umfasst. Bei dieser Variante wird somit die Arbeitsfähigkeit des verdichteten Mediums in dem Bypassstrom genutzt, um zusätzliches Medium wie Umgebungsluft zu verdichten und in dem verdichteten Zustand einer Verdichterstufe zuzuführen.A first embodiment of the invention can provide that the at least one working machine is designed as a jet compressor in order to supply additional medium to the suction side of the compressor stage. For example, ambient air can be compressed by the jet compressor and then fed to the suction side of a specific compressor stage. A jet compressor has the advantage that it comprises no moving parts. In this variant, therefore, the ability to work of the compressed medium in the bypass flow is used to compress additional medium such as ambient air and supply in the compressed state of a compressor stage.

Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Turbine mit einem weiteren Verdichter gekoppelt ist, der ausgangsseitig mit der Saugseite einer Verdichterstufe verbunden ist. Der weitere Verdichter ist in der Bypassleitung angeordnet und wird zur Rekuperation von in dem verdichteten Medium enthaltener Energie benutzt. Die beim Entspannen des verdichteten Mediums in der Turbine freiwerdende Energie wird direkt zum Antrieb eines Verdichters genutzt. Durch die direkte Kopplung der Turbine mit dem weiteren Verdichter treten dabei lediglich geringe Verluste auf.A second embodiment of the invention can provide that the turbine is coupled to a further compressor, which is connected on the output side to the suction side of a compressor stage. The further compressor is arranged in the bypass line and is used for recuperation of energy contained in the compressed medium. The energy released by the expansion of the compressed medium in the turbine is used directly to drive a compressor. Due to the direct coupling of the turbine with the other compressor only small losses occur.

Vorzugsweise ist die Turbine mit der Hauptantriebswelle über eine Freilaufkupplung gekoppelt.Preferably, the turbine is coupled to the main drive shaft via a one-way clutch.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der weitere Verdichter ausgangsseitig mit einem Zwischenkühler verbunden sein, der der Saugseite einer Verdichterstufe vorgeschaltet ist, so dass beim Verdichten auftretende Temperaturerhöhungen des Mediums wieder kompensiert werden können. Die Bypassleitung des erfindungsgemäßen Verdichters kann an der Saugseite einer zweiten oder einer weiteren Verdichterstufe münden, an dieser Stelle wird das durch die Bypassleitung strömende Fluid wieder dem Hauptstrom zugefügt.In a further embodiment of the invention, the additional compressor may be connected on the output side with an intermediate cooler, which is connected upstream of the suction side of a compressor stage, so that temperature increases occurring during compression of the medium can be compensated again. The bypass line of the compressor according to the invention can open on the suction side of a second or another compressor stage, at this point the fluid flowing through the bypass line is added back to the main stream.

Bei dem erfindungsgemäßen Verdichter kann es vorgesehen sein, dass die Bypassleitung ein Regelventil und/oder eine Drosselklappe und/oder einen verstellbaren Düsenring zum Steuern oder Regeln des Strömungsquerschnitts der Bypassleitung aufweist. Auf diese Weise kann die Menge des die Bypassleitung durchströmenden Mediums eingestellt werden, so dass nur so viel Medium durch die Bypassleitung zurückgeleitet wird, wie für die Einhaltung der Pumpgrenze erforderlich ist.In the compressor according to the invention, it can be provided that the bypass line has a control valve and / or a throttle flap and / or an adjustable nozzle ring for controlling or regulating the flow cross section of the bypass line. In this way, the amount of the bypass line flowing through the medium can be adjusted so that only as much medium is returned through the bypass line, as required for compliance with the surge limit.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Verdichter mehrere Bypassleitungen mit jeweils wenigstens einer insbesondere als Turbine oder Strahlverdichter ausgebildeten Arbeitsmaschine aufweist, wobei vorzugsweise jeder Bypassleitung ein Mittel zum Steuern oder Regeln des Strömungsquerschnitts der Bypassleitung wie ein Regelventil, eine Drosselklappe oder ein verstellbarer Düsenring zugeordnet ist. Vorzugsweise kann die Turbine mit einem Energiewandler gekoppelt sein, beispielsweise mit einem Generator oder einem Verdichter.It is also within the scope of the invention that the compressor has a plurality of bypass lines, each with at least one particularly designed as a turbine or jet compressor work machine, preferably each bypass line means for controlling or regulating the flow cross section of the bypass line as a control valve, a throttle valve or an adjustable nozzle ring assigned. Preferably, the turbine may be coupled to an energy converter, such as a generator or a compressor.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:Further advantages and details of the invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 eine Darstellung einschlägigen Standes der Technik; 1 a representation of relevant prior art;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 2 a first embodiment of the invention; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 A second embodiment of the invention.

Der in 1 schematisch gezeigte Verdichter 1 umfasst eine erste Verdichterstufe 2 mit einem verstellbaren Eintrittsleitapparat (ELA) 3. Am Austritt der Verdichterstufe 2 ist eine Zwischenkühlung 4 vorgesehen, daran schließt sich eine zweite Verdichterstufe 5 sowie eine Zwischenkühlung 6 an. Nach dem Passieren einer dritten Verdichterstufe 7 wird ein gefördertes Medium einer weiteren Zwischenkühlung 8 zugeführt. Anschließend wird das verdichtete Medium, z. B. Umgebungsluft, einer bestimmten Anwendung zugeführt, beispielsweise können in einer Luftzerlegungsanlage gasförmiger und flüssiger Sauerstoff, Stickstoff und Edelgase hergestellt werden.The in 1 schematically shown compressor 1 includes a first compressor stage 2 with an adjustable inlet guide (ELA) 3 , At the outlet of the compressor stage 2 is an intercooler 4 provided, this is followed by a second compressor stage 5 as well as an intermediate cooling 6 at. After passing a third compressor stage 7 becomes a promoted medium of a further intercooling 8th fed. Subsequently, the compressed medium, for. As ambient air, supplied to a particular application, for example, gaseous and liquid oxygen, nitrogen and noble gases can be prepared in an air separation plant.

Während des Betriebs des mehrstufigen Verdichters wird durch eine Regelung gewährleistet, dass die Pumpgrenze bzw. eine der Pumpgrenze vorgelagerte Regellinie nicht überschritten wird. Die Pumpgrenze kennzeichnet die Grenze zwischen einer aerodynamischen stabilen und einer aerodynamischen instabilen Strömung. Am Austritt der letzten Zwischenkühlung 8 ist eine Bypassleitung 9 vorgesehen, durch die das verdichtete Medium zur Saugseite der zweiten Verdichterstufe 5 zurückgeführt wird. In der Bypassleitung 9 ist ein Regelventil 10 angeordnet, durch das der Strömungsquerschnitt eingestellt werden kann. Bei anderen Ausführungen kann anstelle eines Regelventils auch eine Drosselklappe oder ein verstellbarer Düsenring vorgesehen sein.During operation of the multi-stage compressor is ensured by a scheme that the surge limit or one of the surge line upstream control line is not exceeded. The surge line marks the boundary between an aerodynamic stable and an aerodynamic unstable flow. At the exit of the last intercooling 8th is a bypass line 9 provided by the compressed medium to the suction side of the second compressor stage 5 is returned. In the bypass line 9 is a control valve 10 arranged, through which the flow cross-section can be adjusted. In other embodiments, instead of a control valve and a throttle valve or an adjustable nozzle ring may be provided.

In der Bypassleitung 9 ist als Arbeitsmaschine eine Turbine 11 angeordnet, die mit einem Generator 12 gekoppelt ist. Die Turbine 11 dient als Entspannungsturbine, indem ein Teil des verdichteten Mediums, das die Bypassleitung 9 durchströmt, in der Turbine 11 entspannt wird. Dadurch kann die in dem verdichteten Medium enthaltene Energie zumindest teilweise mittels des mit der Turbine 11 gekoppelten Generators 12 in elektrische Energie umgewandelt werden. Das verdichtete Medium kühlt sich bei der Entspannung in der Turbine 11 ab, wodurch die Saugtemperatur der zweiten Verdichterstufe 5 sinkt. Dieser Effekt ist wegen der Energieentnahme durch die Turbine 11 wesentlich ausgeprägter als der reine Joule-Thomson-Effekt eines Pumpgrenzregelventils. Durch die kühlere Saugtemperatur der zweiten Verdichterstufe 5 verringert sich die Strömungsarbeit, die an der zweiten Verdichterstufe 5 geleistet werden muss, um das anstehende Druckverhältnis zu überwinden. Weiterhin wird die zweite Verdichterstufe 5 sehr effektiv von ihrer Pumpgrenze „wegbewegt”. Der der ersten Verdichterstufe 2 zugeordnete Eintrittsleitapparat 3 kann weiter geschlossen werden, da die zweite Verdichterstufe 5 in der Lage ist, ein höheres Druckverhältnis zu überwinden. Dadurch verringert sich die Leistungsaufnahme eines Antriebsmotors des mehrstufigen Verdichters 1.In the bypass line 9 is a turbine as a working machine 11 arranged with a generator 12 is coupled. The turbine 11 serves as a relaxation turbine, adding a portion of the compressed medium to the bypass line 9 flows through, in the turbine 11 is relaxed. Thereby, the energy contained in the compressed medium at least partially by means of the turbine 11 coupled generator 12 be converted into electrical energy. The compressed medium cools during the relaxation in the turbine 11 from, whereby the suction temperature of the second compressor stage 5 sinks. This effect is due to the energy taken by the turbine 11 much more pronounced than the pure Joule-Thomson effect of a surge limit control valve. Due to the cooler suction temperature of the second compressor stage 5 decreases the flow work, which at the second compressor stage 5 must be done in order to overcome the upcoming pressure ratio. Furthermore, the second compressor stage 5 very effectively "moved away" from its surge limit. The first compressor stage 2 associated inlet guide 3 can be closed further because the second compressor stage 5 is able to overcome a higher pressure ratio. This reduces the power consumption of a drive motor of the multi-stage compressor 1 ,

Die Bypassleitung 9 ist dafür ausgelegt, einen Teil der Gesamtfördermenge des Mediums aufzunehmen, um den wirtschaftlichen Betriebsbereich des mehrstufigen Verdichters 1 in einem definierten, begrenzten Bereich zu erweitern. Zusätzlich ist daher ein Pumpgrenzregelventil 13 erforderlich, das mit dem Auslass der Zwischenkühlung 8 verbunden ist. Das Pumpgrenzregelventil dient dazu, am Austritt des Verdichters 1 ein Absenken des Drucks zu ermöglichen, um einen bestimmten Abstand zur Pumpgrenze einzuhalten bzw. ein stattfindendes Pumpen zu beenden. Mittels des Pumpgrenzregelventils 13 können An- und Abfahrvorgänge sicher erfolgen, zudem kann auf ungeplante Prozessstörungen reagiert werden.The bypass line 9 is designed to accommodate a portion of the total delivery of the medium to the economic operating range of the multi-stage compressor 1 to expand in a defined, limited area. In addition, therefore, a surge limit control valve 13 required, with the outlet of the intercooler 8th connected is. The surge limit control valve is used at the outlet of the compressor 1 to allow a lowering of the pressure to maintain a certain distance to the pumping limit or to stop an ongoing pumping. By means of the surge limit control valve 13 Startup and shutdown can be carried out safely, as well as being able to react to unplanned process faults.

Der in 1 gezeigte Stand der Technik kann modifiziert werden, indem mehrere Turbinen vorgesehen werden, die gestaffelt zugeschaltet werden können. Ebenso könnte eine weitere Turbine vorgesehen werden, die das Medium nach der Entspannung in der Turbine dem Saugbereich der dritten Verdichterstufe 7 zuführt.The in 1 The prior art shown can be modified by providing a plurality of turbines which can be staggered. Likewise, another turbine could be provided, the medium after the relaxation in the turbine, the suction of the third compressor stage 7 supplies.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines mehrstufigen Verdichters, wobei übereinstimmende Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet werden. Übereinstimmende Komponenten werden an dieser Stelle nicht nochmals ausführlich beschrieben. 2 shows a first embodiment of a multi-stage compressor, wherein matching components with the same reference numerals as in 1 be designated. Matching components will not be described again in detail here.

In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik umfasst der mehrstufige Verdichter 14 eine erste Verdichterstufe 2 mit einem zugeordneten verstellbaren Eintrittsleitapparat 3. Nach dem Passieren einer Zwischenkühung 4 gelangt verdichtetes Medium in eine zweite Verdichterstufe 5 und nach dem Passieren einer Zwischenkühlung 6 in eine dritte Verdichterstufe 7 und eine weitere Zwischenkühlung 8. Mittels des Pumpgrenzregelventils 13 kann bei Bedarf der Druck des verdichteten Mediums abgesenkt werden.In accordance with the prior art includes the multi-stage compressor 14 a first compressor stage 2 with an associated adjustable inlet guide 3 , After passing a Zwischenkühung 4 enters compressed medium in a second compressor stage 5 and after passing an intermediate cooling 6 in a third compressor stage 7 and another intermediate cooling 8th , By means of the surge limit control valve 13 If necessary, the pressure of the compressed medium can be lowered.

Eine Bypassleitung 16 zweigt an der Austrittsseite der Verdichterstufe 7 bzw. hinter der Zwischenkühlung 8 ab, in der Bypassleitung 16 ist ein Strahlverdichter 15 angeordnet. Der Strahlverdichter 15 arbeitet nach dem Prinzip einer Venturidüse und nutzt den gesunkenen statischen Druck eines strömenden Mediums an einer Querschnittsverengung aus, um dort zusätzliches Medium, das sich auf Umgebungsdruckniveau befindet, zu fördern und zu verdichten. In 2 zeigt ein Pfeil 17 an, dass Umgebungsluft in den Strahlverdichter 15 gesaugt und zwischen die erste Verdichterstufe 2 und die zweite Verdichterstufe 5 gefördert wird. Mittels des Regelventils 10 kann der Strömungsquerschnitt in der Bypassleitung 16 beeinflusst werden. Der Strahlverdichter 15 weist den Vorteil auf, dass er ohne bewegliche Teile auskommt. Die Arbeitsfähigkeit des verdichteten Mediums, das die Bypassleitung 16 passiert, wird in dem Strahlverdichter 15 ausgenutzt, um Umgebungsluft zu fördern und verdichtet der Verdichterstufe 5 zuzuführen. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem das Medium in der Bypassleitung 9 nach dem Passieren der Turbine durch den Entspannungsprozess abgekühlt wird, wird das geförderte Medium, das die Bypassleitung 16 durchströmt, nicht wesentlich abgekühlt. Es ergibt sich der Vorteil, dass die Förderung der ersten Verdichterstufe 2 bei Bedarf weiter zurückgefahren werden kann, ohne dass eine Annäherung oder ein Überschreiten der Pumpgrenze zu erwarten ist.A bypass line 16 branches at the outlet side of the compressor stage 7 or behind the intermediate cooling 8th off, in the bypass line 16 is a jet compressor 15 arranged. The jet compressor 15 works on the principle of a Venturi nozzle and exploits the reduced static pressure of a flowing medium at a cross-sectional constriction, there to promote and compress additional medium, which is at ambient pressure level. In 2 shows an arrow 17 on that ambient air in the jet compressor 15 sucked and between the first compressor stage 2 and the second compressor stage 5 is encouraged. By means of the control valve 10 can the flow cross-section in the bypass line 16 to be influenced. The jet compressor 15 has the advantage that it manages without moving parts. The working capacity of the compressed medium, which is the bypass line 16 happens is in the jet compressor 15 exploited to promote ambient air and compresses the compressor stage 5 supply. In contrast to the first embodiment, in which the medium in the bypass line 9 After passing through the turbine is cooled by the expansion process, the pumped medium, which is the bypass line 16 flows through, not cooled significantly. This results in the advantage that the promotion of the first compressor stage 2 can be further reduced if necessary, without an approach or exceeding the surge limit is expected.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines mehrstufigen Verdichters. Der Verdichter 18 umfasst eine Verdichterstufe 2 mit zugeordnetem Eintrittsleitapparat 3, eine Zwischenkühlung 4, eine zweite Verdichterstufe 5 mit Zwischenkühlung 6, und eine dritte Verdichterstufe 7 mit Zwischenkühlung B. In Übereinstimmung mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist nach dem Austritt der letzten Verdichterstufe ein Pumpgrenzregelventil 13 vorgesehen. 3 shows a second embodiment of a multi-stage compressor. The compressor 18 includes a compressor stage 2 with associated inlet guide 3 , an intermediate cooling 4 , a second compressor stage 5 with intermediate cooling 6 , and a third compressor stage 7 with intermediate cooling B. In accordance with the preceding embodiments, after the exit of the last compressor stage is a surge limit control valve 13 intended.

In einer Bypassleitung 19 ist neben dem Regelventil 10 die Turbine 11 angeordnet, die direkt mit einem weiteren Verdichter 20 gekoppelt ist. Die Energie des verdichteten Mediums, das die Bypassleitung 19 durchströmt, wird zum Antreiben der Turbine 11 genutzt, die wiederum den Verdichter 20 mechanisch antreibt. Die Turbine 11 und der Verdichter 20 sind über eine gemeinsame Welle 21 miteinander gekoppelt. Nach dem Passieren der Turbine 11 gelangt das verdichtete und anschließend entspannte Medium in die zweite Verdichterstufe 5. Durch die Abkühlung des entspannten Mediums fällt die Saugtemperatur der zweiten Verdichterstufe 5 ab. Der Verdichter 20 saugt Umgebungsluft an und führt diese über eine Leitung 22 der Zwischenkühlung 4 zu. Durch diese zusätzlich angesaugte Menge kann die erste Verdichterstufe 2 bei Bedarf weiter heruntergeregelt werden, indem der Eintrittsleitapparat 3 geschlossen wird.In a bypass line 19 is next to the control valve 10 the turbine 11 arranged directly with another compressor 20 is coupled. The energy of the compressed medium, which is the bypass line 19 flows through, is used to power the turbine 11 used, in turn, the compressor 20 mechanically drives. The turbine 11 and the compressor 20 are about a common wave 21 coupled together. After passing the turbine 11 enters the compressed and then relaxed medium in the second compressor stage 5 , Due to the cooling of the expanded medium, the suction temperature of the second compressor stage drops 5 from. The compressor 20 sucks in ambient air and feeds it via a pipe 22 the intermediate cooling 4 to. By this additional intake quantity, the first compressor stage 2 be further adjusted down if necessary by the Eintrittsleitapparat 3 is closed.

Der in 3 gezeigte Verdichter 18 weist somit eine aktive Teilbypassleitung auf, der weitere Verdichter 20 und die Turbine 11 bilden einen Turbolader.The in 3 shown compressor 18 thus has an active partial bypass line, the other compressor 20 and the turbine 11 form a turbocharger.

Claims (8)

Mehrstufiger Verdichter (14), umfassend: – wenigstens einen verstellbaren Eintrittsleitapparat (3), – mehrere Verdichterstufen (2, 5, 7), – ein Mittel zum Steuern oder Regeln des Verdichters (14) im Hinblick auf die Pumpgrenze oder eine der Pumpgrenze vorgelagerte Regellinie, – eine Bypassleitung (16), um bei Bedarf einen Teil eines verdichteten Mediums zur Saugseite einer Verdichterstufe (5) zurückzuführen, wobei in der Bypassleitung (16) wenigstens eine Arbeitsmaschine angeordnet ist, um in dem verdichteten Medium enthaltene Energie zumindest teilweise zu rekuperieren, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Arbeitsmaschine als Strahlverdichter (15) ausgebildet ist, um der Saugseite der Verdichterstufe (5) zusätzliches Medium zuzuführen.Multi-stage compressor ( 14 ), comprising: - at least one adjustable inlet guide device ( 3 ), - several compressor stages ( 2 . 5 . 7 ), - means for controlling or regulating the compressor ( 14 ) with respect to the surge limit or one of the surge line upstream control line, - a bypass line ( 16 ), if necessary, part of a compressed medium to the suction side of a compressor stage ( 5 ), wherein in the bypass line ( 16 ) at least one working machine is arranged to at least partially recuperate energy contained in the compacted medium, characterized in that the at least one working machine is used as a jet compressor ( 15 ) is adapted to the suction side of the compressor stage ( 5 ) to supply additional medium. Mehrstufiger Verdichter (18) umfassend: wenigstens einen verstellbaren Eintrittsleitapparat (3), – mehrere Verdichterstufen (2, 5, 7), – ein Mittel zum Steuern oder Regeln des Verdichters (18) im Hinblick auf die Pumpgrenze oder eine der Pumpgrenze vorgelagerte Regellinie, – eine Bypassleitung (19), um bei Bedarf einen Teil eines verdichteten Mediums zur Saugseite einer Verdichterstufe (5) zurückzuführen, wobei in der Bypassleitung (19) wenigstens eine Arbeitsmaschine angeordnet ist, um in dem verdichteten Medium enthaltene Energie zumindest teilweise zu rekuperieren, wobei die wenigstens eine Arbeitsmaschine als Turbine (11) zum Entspannen des verdichteten Mediums ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (11) mit einem weiteren Verdichter (20) gekoppelt ist, der ausgangsseitig mit der Saugseite einer Verdichterstufe (5) verbunden ist.Multi-stage compressor ( 18 ) comprising: at least one adjustable Eintrittsleitapparat ( 3 ), - several compressor stages ( 2 . 5 . 7 ), - means for controlling or regulating the compressor ( 18 ) with respect to the surge limit or one of the surge line upstream control line, - a bypass line ( 19 ), if necessary, part of a compressed medium to the suction side of a compressor stage ( 5 ), wherein in the bypass line ( 19 ) at least one working machine is arranged to at least partially recuperate energy contained in the compressed medium, wherein the at least one working machine is used as a turbine ( 11 ) is designed to relax the compressed medium, characterized in that the turbine ( 11 ) with another compressor ( 20 ), the output side with the suction side of a compressor stage ( 5 ) connected is. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (11) mit einer Hauptantriebswelle des Verdichters (1) gekoppelt ist.Compressor according to claim 2, characterized in that the turbine ( 11 ) with a main drive shaft of the compressor ( 1 ) is coupled. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (11) mit einer Hauptantriebswelle des Verdichters (1) über eine Freilaufkupplung gekoppelt ist.Compressor according to claim 3, characterized in that the turbine ( 11 ) with a main drive shaft of the compressor ( 1 ) is coupled via an overrunning clutch. Verdichter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Verdichter (20) ausgangsseitig mit einem Zwischenkühler verbunden ist, der der Saugseite einer Verdichterstufe (5) vorgeschaltet ist.Compressor according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the further compressor ( 20 ) is connected on the output side with an intercooler, the suction side of a compressor stage ( 5 ) is connected upstream. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (16, 19) ein Regelventil (10) und/oder eine Drosselklappe und/oder einen verstellbaren Düsenring zum Steuern oder Regeln des Strömungsquerschnitts der Bypassleitung (16, 19) aufweist.Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the bypass line ( 16 . 19 ) a control valve ( 10 ) and / or a throttle flap and / or an adjustable nozzle ring for controlling or regulating the flow cross section of the bypass line ( 16 . 19 ) having. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (16, 19) an der Saugseite einer zweiten Verdichterstufe (5) mündet.Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the bypass line ( 16 . 19 ) on the suction side of a second compressor stage ( 5 ) opens. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Bypassleitungen (16, 19) mit jeweils wenigstens einer Arbeitsmaschine aufweist.Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of bypass lines ( 16 . 19 ) each having at least one work machine.
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