DE102017124689A1 - Axial compressor, comprising juxtaposed rotors that rotate in opposite directions - Google Patents

Axial compressor, comprising juxtaposed rotors that rotate in opposite directions Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Axialverdichter, umfassend eine erste motorisierte Welle (12), die entlang einer Achse angeordnet ist, die eine Aufeinanderfolge von Vorwärtsrotoren (14, 16) trägt, die sich in eine so genannte Vorwärtsrotationsrichtung drehen, die jeweils axial auf der stromaufwärtigen Seite einen Gasstrom aufnehmen, um ihn zu verdichten, wobei sie ihn auf die andere Seite weiterleiten, wobei dieser Verdichter dadurch gekennzeichnet ist, dass er axial in Richtung des Stroms nach mindestens einem Vorwärtsrotor (14, 16) einen Rückwärtsrotor (22, 24), der von einer zweiten Welle (20) getragen und in Drehung in die zur Vorwärtsrichtung umgekehrte Richtung angetrieben wird, umfasst, der neben dem Vorwärtsrotor (14, 16) angeordnet ist.The invention relates to an axial compressor comprising a first motorized shaft (12) arranged along an axis carrying a succession of forward rotors (14, 16) rotating in a so-called forward rotational direction, each axially on the upstream side receiving a gas stream to compress it, passing it to the other side, said compressor being characterized in that, axially in the direction of the flow, at least one forward rotor (14, 16) has a rearward rotor (22, 24) supported by a second shaft (20) and driven in rotation in the direction reverse to the forward direction, disposed adjacent to the forward rotor (14, 16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axialverdichter, der insbesondere eine große Durchsatzmenge insbesondere für das Verdichten von Luft oder Gas in der Industrie liefern kann, sowie eine Anlage, die mit einem solchen Axialverdichter ausgestattet ist.The present invention relates to an axial compressor, which can provide in particular a large flow rate, in particular for the compression of air or gas in the industry, as well as a system which is equipped with such an axial compressor.

Ein bekannter Turbotriebwerktyp, der insbesondere durch das Dokument FR-A1-2940247 dargestellt ist, umfasst eine freie Turbine, die von den in einer Brennkammer erzeugten Verbrennungsgasen angetrieben wird, umfassend eine Aufeinanderfolge von Rotoren, die alternativ von einem Planetengetriebe in entgegengesetzte Rotationsrichtungen angetrieben werden. Die zwei Sätze von Rotoren treiben jeweils einen Propeller an, wobei sich einer in einer erste Richtung, vereinbarungsgemäß Vorwärtsrichtung genannt, dreht, und der andere in die umgekehrte Richtung oder Rückwärtsrichtung dreht, wobei diese zwei Propeller aufeinanderfolgend in einem ringförmigen Kanal, der die Turbine umgibt, angeordnet sind, wobei ein Antriebskaltluftstrom erzeugt wird.A known turbocharged type of engine, in particular by the document FR-A1-2940247 1, includes a free turbine driven by the combustion gases generated in a combustion chamber, comprising a succession of rotors that are alternatively driven by a planetary gear in opposite directions of rotation. The two sets of rotors each drive a propeller, one rotating in a first direction, conventionally referred to as forward, and the other rotating in the reverse or reverse direction, these two propellers successively in an annular channel surrounding the turbine are arranged, wherein a drive cold air flow is generated.

Diese Vorrichtung, die besondere Probleme der Turbotriebwerke löst, ermöglicht es, das Drehmoment an den zwei Propellern auszugleichen und einen Kaltluftstrom zu erzeugen, der keine Restgierbewegung umfasst, wodurch insbesondere die mechanischen Belastungen der Befestigungssysteme dieses Turbotriebwerks verringert werden.This device, which solves particular problems of the turbo-engines, makes it possible to equalize the torque at the two propellers and produce a stream of cold air which does not involve residual yawing, thereby reducing in particular the mechanical stresses on the fastening systems of this turbo-engine.

Überdies weist ein bekannter Verdichtertyp, Axialverdichter genannt, einen Eingangsluftstrom auf, der entlang der Achse einer motorisierten Welle angeordnet ist, die durch eine Aufeinanderfolge von Axialstufen verläuft, jeweils umfassend aufeinanderfolgend einen mit dieser Welle verbundenen Rotor, dann einen Richtstator, um auf der anderen Seite entlang der selben Achse auszutreten.Moreover, one known type of compressor, called an axial compressor, has an inlet air flow arranged along the axis of a motorized shaft passing through a series of axial stages, each successively comprising a rotor connected to that shaft, then a directional stator, on the other side exit along the same axis.

Am Ausgang des Axialverdichters können ein oder mehrere Radialverdichter, umfassend eine Zentrifugalturbine, angeordnet sein, die ihrerseits das Druckniveau der Ausgangsgase erhöhen, um insbesondere hohe Verdichtungsraten zu erhalten.At the output of the axial compressor, one or more centrifugal compressors comprising a centrifugal turbine can be arranged, which in turn increase the pressure level of the starting gases, in order in particular to obtain high compression rates.

Jede Axialstufe umfasst zunächst den mit Verdichtungsschaufeln ausgestatteten Rotor, der den Gasdurchsatz axial aufnimmt und ihn beschleunigt, wobei er ihm eine gewisse Tangentialgeschwindigkeit vorgibt. Dann kommt der mit Richtschaufeln ausgestattete Stator, der eine umgekehrte Tangentialgeschwindigkeit vorgibt, um den Strom zu richten, wobei diese Tangentialkomponente seiner Geschwindigkeit beseitigt wird, wobei der Druck des Gases erhöht wird.Each axial stage first comprises the rotor equipped with compaction blades, which axially absorbs and accelerates the gas flow rate, giving it a certain tangential velocity. Then comes the strainer-equipped stator, which provides a reverse tangential velocity to direct the flow, eliminating this tangential component of its velocity, thereby increasing the pressure of the gas.

Der Querschnitt der aufeinanderfolgenden Axialstufen ist abnehmend, um das Volumen der Gase zu berücksichtigen, das sich in Abhängigkeit von ihrer Verdichtung verringert.The cross-section of the successive axial stages is decreasing to account for the volume of gases which decreases as a function of their compression.

In der Industrie werden üblicherweise Axialverdichter, umfassend drei oder vier Verdichtungsstufen, verwendet, wobei die Gesamtheit der Rotoren dieser Stufen von einer Welle mit derselben Geschwindigkeit angetrieben wird.Axial compressors, comprising three or four stages of compression, are commonly used in the industry, the entirety of the rotors of these stages being driven by a shaft at the same speed.

Das Design dieses Verdichtertyps ist im Allgemeinen optimiert, um Leistungen an einem Auslegungspunkt, auch Designpunkt genannt, zu erhalten, die die beste Ausbeute bei einer besonderen Paarung aus Durchsatz und Verdichtungsrate mit einer spezifischen Antriebsgeschwindigkeit des Rotors ergeben.The design of this type of compressor is generally optimized to obtain performance at a design point, also called a design point, which gives the best yield with a special combination of throughput and compression rate with a specific drive speed of the rotor.

Allerdings wirft die Ausführung eines Axialverdichters für die Industrie besondere Probleme auf, die sich von jenen unterscheiden, die beim Antrieb eines Flugzeugs anzutreffen sind, insbesondere den Antrieben, die in dem oben genannten Stand der Technik dargestellt sind.However, the design of an axial compressor for the industry raises particular problems different from those encountered in the propulsion of an aircraft, in particular the drives illustrated in the above-mentioned prior art.

Beiderseits des Auslegungspunktes verringert sich die Leistung im Allgemeinen mehr oder weniger rasch in Abhängigkeit von dem gewählten Design. Es ist somit keine große Flexibilität vorhanden, um in einem weiten Funktionsbereich unter Beibehaltung einer guten Leistung nahe der vom Auslegungspunkt gelieferten aktiv zu sein, was Probleme für eine gewisse Anzahl von industriellen Anwendungen aufwirft.On either side of the design point, performance generally decreases more or less rapidly, depending on the design chosen. Thus, there is not much flexibility to be active in a wide range of functions while maintaining good performance near the design point, posing problems for a number of industrial applications.

Dieser Verdichtertyp wirft auch Probleme in Zusammenhang mit dem axialen Platzbedarf auf, der insbesondere durch die Anzahl von Stufen, umfassend jeweils einen Rotor und einen Stator, die aufeinanderfolgend angeordnet sind und eine gewisse Länge aufweisen, definiert.This type of compressor also poses problems associated with the axial space requirement, defined in particular by the number of stages comprising each a rotor and a stator which are arranged successively and have a certain length.

Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.The present invention has the particular object to avoid these disadvantages of the prior art.

Sie schlägt zu diesem Zweck einen Axialverdichter vor, umfassend eine erste motorisierte Welle, die entlang einer Achse angeordnet ist, die eine Aufeinanderfolge von Vorwärtsrotoren trägt, die sich in eine sogenannte Vorwärtsrichtung drehen, die jeweils axial auf der stromaufwärtigen Seite einen Gasstrom aufnehmen, um ihn zu verdichten, wobei sie ihn auf die andere Seite weiterleiten, wobei dieser Verdichter axial in Richtung des Stroms nach mindestens einem Vorwärtsrotor einen Rückwärtsrotor umfasst, der von einer zweiten Welle getragen wird und in Drehung in die zur Vorwärtsrichtung umgekehrte Richtung angetrieben wird, der neben dem Vorwärtsrotor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren Rotorblätter umfassen, die eine variable Neigung aufweisen.It proposes, for this purpose, an axial compressor comprising a first motorized shaft disposed along an axis carrying a succession of forward rotors rotating in a so-called forward direction, each receiving a gas flow axially on the upstream side, around it to compress, passing it to the other side, said compressor axially in the direction of the flow after at least one forward rotor comprises a reverse rotor, which is supported by a second shaft and is driven in rotation in the direction opposite to the forward direction, in addition to Forward rotor is arranged, characterized in that the rotors comprise rotor blades having a variable inclination.

Auf diese Weise kann je nach der Entwicklung der Funktionsparameter des Verdichters die Neigung der Rotorblätter eingestellt werden, um die Leistung zu optimieren.In this way, depending on the development of the functional parameters of the compressor, the inclination of the rotor blades can be adjusted to optimize the performance.

Ein Vorteil dieses Axialverdichters besteht darin, dass durch Berechnung der Schaufeln jedes Rückwärtsrotors und der Rotationsgeschwindigkeit, um dem Gas einen Tangentialimpuls zu geben, der im Wesentlichen zu jenem des vorhergehenden Vorwärtsrotors entgegengesetzt ist, in dem Verdichter ein Strom erhalten wird, der im Wesentlichen axial bleibt, mit Möglichkeiten einer hohen Leistung über einen weiten Verwendungsbereich.An advantage of this axial compressor is that by calculating the vanes of each reverse rotor and the speed of rotation to give the gas a tangential pulse substantially opposite that of the previous forward rotor, a stream is obtained in the compressor which remains substantially axial , with possibilities of high performance over a wide range of applications.

Ferner stellt jeder Rückwärtsrotor, der eine Verdichtung erzeugt, wobei er die axiale Giergeschwindigkeit des Stroms richtet, eine Verdichtungsstufe dar. Die Zwischenstatoren der Verdichter des Standes der Technik werden weggelassen, wodurch es möglich ist, mit einer selben Anzahl von Verdichtungsstufen ihren axialen Platzbedarf zu verringern. Es wird ein viel kürzerer Verdichter hergestellt.Further, each reverse rotor which produces a compression directing the axial yaw rate of the stream constitutes a compression stage. The intermediate stators of the prior art compressors are omitted, thereby making it possible to reduce their axial footprint with a same number of compression stages , A much shorter compressor is produced.

Der erfindungsgemäße Axialverdichter kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen, die miteinander kombiniert werden können.The axial compressor according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other.

Vorteilhafterweise umfasst der Vorwärtsrotor nach sich einen Rückwärtsrotor. Auf diese Weise wird der Luftstrom jedes Mal in Tangentialrichtung gerichtet.Advantageously, the forward rotor comprises a reverse rotor after itself. In this way, the airflow is directed each time in the tangential direction.

Nach einer Ausführungsart werden die erste Welle und die zweite Welle jeweils von einem von dem anderen Antrieb unabhängigen Antrieb angetrieben.According to one embodiment, the first shaft and the second shaft are each driven by a drive independent of the other drive.

Nach einer weiteren Ausführungsart sind die erste Welle und die zweite Welle durch ein Getriebesystem, das die Rotationsrichtung umkehrt, verbunden. Auf diese Weise erfordert der Axialverdichter nur einen Antrieb, um beide Wellen anzutreiben.According to another embodiment, the first shaft and the second shaft are connected by a transmission system which reverses the direction of rotation. In this way, the axial compressor requires only one drive to drive both shafts.

In diesem Fall kann insbesondere das Getriebesystem ein Planetengetriebe umfassen.In this case, in particular, the transmission system may comprise a planetary gear.

Ergänzend kann der Axialverdichter am Eingang oder am Ausgang der Gesamtheit der Rotoren einen Stator umfassen, der Leitschaufeln, die durch Schwenken um ihre Achse ausrichtbar sind, umfasst.In addition, the axial compressor at the entrance or at the exit of the entirety of the rotors may comprise a stator comprising guide vanes which are alignable by pivoting about their axis.

Die Erfindung betrifft auch eine Verdichtungsanlage, die mit einem Axialverdichter, umfassend eines der vorhergehenden Merkmale, ausgestattet ist, wobei sie am Ausgang des Axialverdichters mindestens einen Radialverdichter umfasst.The invention also relates to a compression plant which is equipped with an axial compressor comprising one of the preceding features, wherein it comprises at least one radial compressor at the outlet of the axial compressor.

Die Erfindung betrifft auch eine Lufttrennungsanlage durch kryogene Destillation, umfassend einen Verdichter, wie oben beschrieben, oder eine Luftverdichtungsanlage, wie oben beschrieben, wobei der Verdichter oder die Verdichtungsanlage mit einem Destillationssäulensystem verbunden ist, um mindestens eine Säule des Systems mit Druckluft zu versorgen.The invention also relates to an air separation plant by cryogenic distillation comprising a compressor as described above or an air compression plant as described above, wherein the compressor or the compression plant is connected to a distillation column system for supplying compressed air to at least one column of the system.

Die Trennungsanlage kann einen Verdichter und/oder einen Ventilator stromaufwärts zu der Luftverdichtungsanlage umfassen. Die Verdichtungsanlage kann die Luft aus dem Luftdruck oder aus einem Druck mindestens 2 bar über dem Luftdruck verdichten.The separation plant may include a compressor and / or a fan upstream of the air compression plant. The compression system can compress the air from the air pressure or from a pressure at least 2 bar above the air pressure.

Nach dem Stand der Technik haben die Luftverdichter einer Lufttrennungsanlage, die die gesamte Versorgungsluft aus dem Luftdruck verdichtet, eine sehr schlechte Leistung, wenn der Luftdurchsatz auf einen Wert unter 70 % des Nominaldurchsatzes verringert ist. Ferner ist es notwendig, den Ausgangsdruck konstant zu halten. Die Gegenrotationstechnologie ermöglicht es dem Verdichter, sich bei einem variablen Durchsatz besser anzupassen.In the prior art, the air compressors of an air separation plant, which compresses the entire supply air from the air pressure, a very poor performance when the air flow is reduced to a value below 70% of the nominal flow rate. Furthermore, it is necessary to keep the output pressure constant. Counter rotation technology allows the compressor to better adapt to variable throughput.

Die Erfindung wird besser verständlich, und weitere Merkmale und Vorteile gehen deutlicher aus der Studie der nachstehenden Beschreibung hervor, die als Beispiel angeführt ist und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:

  • - 1 ein Schema ist, das eine Anlage, umfassend einen erfindungsgemäßen Axialverdichter, der mit zwei Antrieben ausgestattet ist, und einen Radialverdichter, darstellt; und
  • - 2 ein Schema, das eine Anlage, umfassend einen Axialverdichter nach einer Variante, der mit einem einzigen Antrieb ausgestattet ist, und zwei Radialverdichter, darstellt.
The invention will be better understood, and further features and advantages will become more apparent from the study of the following description, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
  • - 1 Fig. 2 is a diagram illustrating a plant comprising an axial compressor according to the invention, equipped with two drives, and a centrifugal compressor; and
  • - 2 a diagram illustrating a system comprising an axial compressor according to a variant, which is equipped with a single drive, and two centrifugal compressor.

1 stellt eine Luftverdichtungsanlage dar, umfassend einen Axialverdichter, umfassend auf der stromaufwärtigen Seite einen Eingang 2, der die Raumluft, die axial in den Verdichter eintritt, aufnimmt, und auf der stromabwärtigen Seite einen Luftausgang 4. 1 FIG. 10 illustrates an air compressor including an axial compressor including an input on the upstream side. FIG 2 , which receives the room air, which enters the compressor axially, and an air outlet on the downstream side 4 ,

Der Ausgang 4 liefert die Luft, die auf ein erstes Verdichtungsniveau gebracht wurde, an einen Radialverdichter, umfassend eine Radialturbine 6, die das Verdichtungsniveau weiter erhöht, um einen erhöhten Druck zu liefern.The exit 4 provides the air, which has been brought to a first level of compression, to a centrifugal compressor comprising a radial turbine 6 which further increases the compression level to provide increased pressure.

Der Axialverdichter umfasst vier Rotoren 14, 16, 22, 24, die auf einer selben Hauptachse ausgerichtet sind, die aufeinanderfolgend vom ersten bis zum vierten ausgehend von der stromabwärtigen Seite genannt sind, und die direkt mit einem geringen axialen Zwischenspiel aufeinanderfolgen.The axial compressor comprises four rotors 14 . 16 . 22 . 24 , which are aligned on a same major axis, which successively from the first to to the fourth, starting from the downstream side, and following each other directly with a small axial clearance.

Ein erster Elektromotor 10, der auf der Achse in dem Luftstrom stromaufwärts zu der Gesamtheit der Rotoren angeordnet ist, treibt mit seiner Welle 12, die stromabwärts mit einer Rotationsrichtung, Vorwärtsrichtung genannt, ausgerichtet ist, den ersten 14 und den dritten Rotor 16, Vorwärtsrotoren genannt, an.A first electric motor 10 , which is arranged on the axis in the air flow upstream of the totality of the rotors, drives with its shaft 12 , which is aligned downstream with a direction of rotation, called forward direction, the first 14 and the third rotor 16 Called forward rotors.

Ein zweiter Elektromotor 18, der auf der Achse in dem Luftstrom stromabwärts zu der Gesamtheit der Rotoren angeordnet ist, treibt mit seiner Welle 20, die stromaufwärts mit einer Gegen- oder Rückwärtsrotationsrichtung ausgerichtet ist, den zweiten 22 und den vierten Rotor 24, Rückwärtsrotoren genannt, an. Die Welle 20 des zweiten Elektromotors 18 durchquert frei den dritten Rotor 16, um den zweiten Rotor 22 stromaufwärts zu erreichen, um ihn anzutreiben.A second electric motor 18 , which is arranged on the axis in the air flow downstream to the totality of the rotors, drives with its shaft 20 , which is aligned upstream with a counter or reverse rotational direction, the second 22 and the fourth rotor 24 , Called reverse wheels, on. The wave 20 of the second electric motor 18 passes freely through the third rotor 16 to the second rotor 22 reach upstream to power it.

Der zweite Elektromotor 18 treibt auch mit einer stromabwärts ausgerichteten Welle 26, die aus dem Luftkanal des Axialverdichters austritt, die Turbine 6 des Radialverdichters an.The second electric motor 18 also drives with a downstream shaft 26 emerging from the air duct of the axial compressor, the turbine 6 of the centrifugal compressor.

Für den Axialverdichter wird eine Reihe von Rotoren 14, 16, 22, 24 erhalten, die axial nebeneinander angeordnet sind, die sich aufeinanderfolgend in entgegengesetzte Richtungen drehen und jeweils zu einer Erhöhung des Verdichtungsniveaus der Luft führen.For the axial compressor is a series of rotors 14 . 16 . 22 . 24 obtained, which are arranged axially next to each other, which rotate in opposite directions in succession and each lead to an increase in the compression level of the air.

Vorteilhafterweise werden die Neigung der Schaufeln jedes Rotors sowie die Rotationsgeschwindigkeiten der zwei Wellen 12, 20 bestimmt, um am Ausgang jedes Rückwärtsrotors 22, 24 eine Giergeschwindigkeit der Luft zu erhalten, die im Wesentlichen gleich null ist. Dazu verleiht jeder Rückwärtsrotor 22, 24 dem empfangenen Luftdurchsatz einen Tangentialimpuls, der im Wesentlichen zu jenem, der vom vorhergehenden Vorwärtsrotor 14, 16 verliehen wird, entgegengesetzt ist.Advantageously, the inclination of the blades of each rotor and the rotational speeds of the two waves 12 . 20 determined to be at the output of each reverse rotor 22 . 24 to obtain a yaw rate of the air that is substantially zero. In addition, each gives backward rotor 22 . 24 the received air flow a Tangentialimpuls that substantially to that of the previous forward rotor 14 . 16 is awarded, is opposite.

Es ist anzumerken, dass auf bekannte Weise die Neigung der Rotorblätter je nach dem Radius der Rotorblätter variabel ist, um an jedem Punkt ihren Winkel in Abhängigkeit von der Tangentialgeschwindigkeit anzupassen, um den gewünschten Geschwindigkeitsvektor zu erhalten.It should be noted that in known manner, the pitch of the rotor blades is variable depending on the radius of the rotor blades to adjust their angle at each point as a function of the tangential velocity in order to obtain the desired velocity vector.

Es können Rotorblätter mit variabler Einstellung angeordnet werden, um eine größere Flexibilität insbesondere für die Einstellung der Rotationsgeschwindigkeiten, zu erzielen, umfassend ein in die Nabe jedes Rotors integriertes Betätigungssystem, das es ermöglicht, die Schaufeln um ihre Radialachse zum Drehen zu bringen.Variable pitch rotor blades may be arranged to provide greater flexibility, particularly for rotational speed adjustment, including an actuation system integrated into the hub of each rotor which allows the blades to rotate about their radial axis.

Auf diese Weise wird am Ausgang des Axialverdichters ein im Wesentlichen axialer Luftdurchsatz erhalten, der keine Gierbewegung aufweist, was die Verluste begrenzt und die Leistung erhöht.In this way, a substantially axial air flow is obtained at the output of the axial compressor, which has no yaw motion, which limits the losses and increases the power.

Ergänzend kann, insbesondere um Rotorblätter mit variabler Einstellung zu vermeiden, am Eingang des ersten Rotors 14 oder am Ausgang des letzten Rotors 24 ein Stator hinzugefügt werden, umfassend automatisch durch Schwenken um ihre Achse ausrichtbare Leitschaufeln, die an jedem Punkt den Geschwindigkeitsvektor des Luftstroms leiten, um seinen Winkel anzupassen. Auf diese Weise wird die Leistung unabhängig von dem Durchsatz verbessert.In addition, in particular to avoid rotor blades with variable adjustment, at the entrance of the first rotor 14 or at the exit of the last rotor 24 a stator is added, comprising automatically by pivoting about its axis orientable vanes, which guide at each point the velocity vector of the air flow to adjust its angle. This improves performance regardless of throughput.

Überdies haben Berechnungen und Tests gezeigt, dass die intrinsische Leistung der Aufeinanderfolge von Vorwärts- und Rückwärtsrotoren auf einem relativ breiten Nutzungsbereich gut ist. Insbesondere ist eine stärkere Entfernung vom Auslegungspunkt, der die beste Leistung bei einer besonderen Paarung aus Durchsatz und Verdichtungsrate ergibt, mit einer Leistung, die sich wenig vermindert, möglich.Moreover, calculations and tests have shown that the intrinsic performance of the succession of forward and reverse rotors is good over a relatively wide range of uses. In particular, a greater distance from the design point, which gives the best performance with a particular mix of throughput and compression rate, is possible with a performance that is little diminished.

Insbesondere kann auf unabhängige Weise die Geschwindigkeit der Elektromotoren 10, 18 je nach den Funktionsbedingungen, insbesondere dem gewünschten Durchsatz und der angestrebten Verdichtungsrate, mit einer Optimierung der Leistung eingestellt werden. Dazu können Motoren mit variabler Geschwindigkeit verwendet werden.In particular, the speed of the electric motors can be independent 10 . 18 depending on the operating conditions, in particular the desired throughput and the desired compression rate, be set with an optimization of performance. For this purpose, motors with variable speed can be used.

Die Anzahl von Stufen des Axialverdichters ist nicht begrenzt. 1 stellt vier Stufen dar, aber es können beispielsweise sechs oder acht vorgesehen werden.The number of stages of the axial compressor is not limited. 1 represents four stages, but for example, six or eight may be provided.

Es ist anzumerken, dass ein Axialverdichter nach dem Stand der Technik für jeden Rotor einen danach angeordneten Stator umfasst, wodurch seine axiale Länge im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verdichter im Wesentlichen verdoppelt wird.It should be noted that a prior art axial compressor comprises a stator arranged thereafter for each rotor, thereby substantially doubling its axial length in comparison with the compressor according to the invention.

2 stellt eine Luftverdichtungsanlage dar, umfassend einen Axialverdichter, der an seinem Ausgang 4 Luft, die auf ein erstes Verdichtungsniveau gebracht wurde, aufeinanderfolgend an einen ersten Radialverdichter, der mit einer ersten Turbine 6 ausgestattet ist, dann an einen zweiten Radialverdichter, der mit einer zweiten Turbine 32 ausgestattet ist, liefert, um das Verdichtungsniveau stark zu erhöhen. 2 represents an air compressor, comprising an axial compressor, at its output 4 Air, which has been brought to a first level of compression, successively to a first centrifugal compressor, which with a first turbine 6 equipped, then to a second centrifugal compressor, with a second turbine 32 equipped to greatly increase the compression level.

Der Axialverdichter umfasst den zweiten Elektromotor 18, der auf dieselbe Weise durch die zweite Welle 20, die stromaufwärts ausgerichtet ist, den zweiten 22 und den vierten Rotor 24 antreibt.The axial compressor comprises the second electric motor 18 , the same way through the second wave 20 which is oriented upstream, the second 22 and the fourth rotor 24 drives.

Ein Getriebegehäuse 30, umfassend ein Planetenradsystem, das zwischen dem dritten 16 und dem vierten Rotor 24 angeordnet ist, nimmt die Bewegung der zweiten Welle 20 sowie eine Abstützung des eine Reaktion bildenden Rahmens, nicht dargestellt, auf, um eine Rückwärts- oder Gegenrotationsbewegung an der ersten Welle 12 zu liefern, die stromaufwärts ausgerichtet ist und den ersten 14 und den dritten Rotor 16 trägt.A gearbox 30 comprising a planetary gear system between the third 16 and the fourth rotor 24 is arranged, takes the movement of the second wave 20 and a support of the reaction forming frame, not shown, for a reverse or counter-rotation movement on the first shaft 12 which is oriented upstream and the first 14 and the third rotor 16 wearing.

Die erste Welle 12 verlängert sich stromaufwärts, wobei sie aus dem Luftkanal des Axialverdichters austritt, um die Turbine 32 des zweiten Radialverdichters anzutreiben.The first wave 12 extends upstream, exiting the air duct of the axial compressor to the turbine 32 to drive the second centrifugal compressor.

Auf dieselbe Weise werden aufeinanderfolgende Rückwärtsdrehungen für jeden Rotor erhalten, die eine Geschwindigkeitsabweichung aufweisen, die durch die Übersetzungsverhältnisse der Getriebe des in dem Gehäuse 30 angeordneten Planetenradgetriebes geregelt wird.In the same way, successive reverse rotations are obtained for each rotor having a speed deviation caused by the gear ratios of the gears in the housing 30 arranged planetary gear is regulated.

Der in 2 dargestellte Axialverdichter, umfassend einen einzigen Elektromotor 18 mit einem einzigen Steuersystem, ist einfacher und wirtschaftlicher als der in 1 dargestellte. Allerdings weist er weniger Flexibilität, um seine Funktion zu optimieren, auf Grund der Abhängigkeit der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den zwei Sätzen von Rotoren auf.The in 2 shown axial compressor, comprising a single electric motor 18 with a single tax system, is easier and more economical than the one in 1 shown. However, it has less flexibility to optimize its function due to the dependence of the speed ratios between the two sets of rotors.

Die Luftverdichtungsanlage der zwei Figuren kann verwendet werden, um Luft an ein kryogenes Destillationssäulensystem zu liefern, um die Luft zu trennen, um ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid und/oder ein mit Stickstoff angereichertes Fluid zu bilden. Die Verdichtungsanlage kann die Luft aus dem Luftdruck oder aus einem Druck mindestens 2 bar über dem Luftdruck verdichten. Sie kann somit einem Hauptluftverdichter oder einem Nachverdichter entsprechen.The air compression plant of the two figures may be used to supply air to a cryogenic distillation column system to separate the air to form an oxygen-enriched fluid and / or a nitrogen-enriched fluid. The compression system can compress the air from the air pressure or from a pressure at least 2 bar above the air pressure. It can thus correspond to a main air compressor or a secondary compressor.

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Axialverdichter, umfassend eine erste motorisierte Welle (12), die entlang einer Achse angeordnet ist, die eine Aufeinanderfolge von Vorwärtsrotoren (14, 16) trägt, die sich in eine sogenannte Vorwärtsrotationsrichtung drehen, die jeweils axial auf der stromaufwärtigen Seite einen Gasstrom aufnehmen, um ihn zu verdichten, wobei sie ihn auf die andere Seite weiterleiten, umfassend axial in Richtung des Stroms nach mindestens einem Vorwärtsrotor (14, 16) einen Rückwärtsrotor (22, 24), der von einer zweiten Welle (20) getragen und in Drehung in die zur Vorwärtsrichtung umgekehrte Richtung angetrieben wird, der neben dem Vorwärtsrotor (14, 16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (14, 16, 22, 24) Rotorblätter umfassen, die eine variable Neigung aufweisen.An axial compressor comprising a first motorized shaft (12) disposed along an axis carrying a succession of forward rotors (14, 16) rotating in a so-called forward rotational direction, each receiving a gas flow axially on the upstream side compressing it, passing it to the other side, comprising axially in the direction of the flow after at least one forward rotor (14, 16) a reverse rotor (22, 24) carried by a second shaft (20) and rotating in the is driven to the forward direction reverse direction, which is arranged adjacent to the forward rotor (14, 16), characterized in that the rotors (14, 16, 22, 24) comprise rotor blades having a variable inclination. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorwärtsrotor (14, 16) nach sich einen Rückwärtsrotor (22, 24) umfasst.Axial compressor to Claim 1 , characterized in that each forward rotor (14, 16) includes a rearward rotor (22, 24) therethrough. Axialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (12) und die zweite Welle (20) jeweils von einem von dem anderen Antrieb unabhängigen Antrieb (10, 18) angetrieben werden.Axial compressor to Claim 1 or 2 , characterized in that the first shaft (12) and the second shaft (20) are each driven by a drive (10, 18) independent of the other drive. Axialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (12) und die zweite Welle (20) durch ein Getriebesystem (30), das die Rotationsrichtung umkehrt, verbunden sind.Axial compressor to Claim 1 or 2 , characterized in that the first shaft (12) and the second shaft (20) are connected by a transmission system (30) reversing the direction of rotation. Axialverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebesystem (30) ein Planetengetriebe umfasst.Axial compressor to Claim 4 , characterized in that the transmission system (30) comprises a planetary gear. Axialverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er am Eingang oder am Ausgang der Gesamtheit der Rotoren (14, 16, 22, 24) einen Stator umfasst, der Leitschaufeln, die durch Schwenken um ihre Achse ausrichtbar sind, umfasst.Axial compressor according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises, at the inlet or outlet of the assembly of rotors (14, 16, 22, 24), a stator comprising guide vanes which are orientable by pivoting about their axis. Verdichtungsanlage, die mit einem Axialverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie am Ausgang des Axialverdichters mindestens einen Radialverdichter (6, 32) umfasst.Compression plant, which is equipped with an axial compressor according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one radial compressor (6, 32) at the outlet of the axial compressor. Lufttrennungsanlage durch kryogene Destillation, umfassend einen Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eine Luftverdichtungsanlage nach Anspruch 7, wobei der Verdichter oder die Verdichtungsanlage mit einem Destillationssäulensystem verbunden ist, um mindestens eine Säule des Systems mit Druckluft zu versorgen.Air separation plant by cryogenic distillation, comprising a compressor according to one of Claims 1 to 6 or an air compression system Claim 7 wherein the compressor or the compression plant is connected to a distillation column system for supplying compressed air to at least one column of the system. Anlage nach Anspruch 8, umfassend einen Verdichter und/oder einen Ventilator stromaufwärts zu der Luftverdichtungsanlage oder dem Verdichter.Plant after Claim 8 comprising a compressor and / or a fan upstream of the air compressor or the compressor.
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