DE1938830A1 - Leistungsregelung fuer eine Vorrichtung zur Kaelteerzeugung bei tiefer Temperatur mit mindestens einer einen Verdichter antreibenden Entspannungsturbine - Google Patents

Description

• Leistungsregelung für eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung bei tiefer Temperatur mit mindestens einer einen Verdiohter antreibenden Entspannungsturbine Ii Die Erfindung betrifft eine Leistungeregelung für eine Vorrichtung II zur zur Kälteerzeugung bei tiefer Temperatur mit mindestens einer einen Verdichter antreibenden Entspannungsturbine in einem Kältekreislauf, einer Welse mit Druckgaslager zwischen Turbinen- und Verdichterläufer und einem Lagergaskreislauf. Derartige Vorrichtungen zur Kälteerzeugung dienen vornehmlich zum Rektifizieren oder zum Verflüssigen eines Gases. Aus bekannten Gründen wird dabei der Verdichter und sein Kreislauf mit einer Kühl- und Druckinindereinrichtung in einem weit höheren Temperaturgebiet betrieben als die Entspannungsturbine die - zumindest in etwa - die tiefste j Betriebstemperatur der Anlage aufweist. Da von der Größe der Kälteleistung die Leistung der Entspannungsturbine und von dieser die Leistung des Verdichters abhängig ist, muß zur Leistungsrgelung der Kälteleistung eine Leistung des Verdichters veränderbar sein. Dabei stellt die Leistungsregelung durch eine Veränderbarkeit der Drehzahl allein keine befriedigende Lösung dar. Erfindungsgemäß soll anstelle einer Leistungsregsregelung des Verdichters durch Drehzahl- oder Gasmengenregelung eine Leistungsregelung treten, bei der die Nachteile der ersteren nicht in Erscheinung treten.
• Es Es ist eine erfindungsgemäße Erkenntnis, daß die Leistungsregelung in günstigerer Weise durch Veränderung der Gasdichte auf der i Verdichteransaugeeite durchführbar ist. Da-die Gasdichte von dem jeweiligen Druck und der jeweiligen Temperatur a@nangig ist, ist durch Änderung dieser Werte über die Gaadichteanderung eine Leiatungsänderung erzielbar, so z.B. steigert eine Verringerung der Verdichteransaugtemperatur die Gasdichte und damit die Leistung des Verdichters. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Leistungsregelung der vorbeschriebenen Art die Verdichteransaugtemperatur mittels einer regelbaren Menge von Turbinenleckgas herabsetzbar zu machen. Da in den meisten Fällen das Turbinenleckgaä wesentlich kälter ist als das in dem Verdichterkreislauf zirkulierende Gas an der Verdichteransaugseite, genügen schon relativ kleine Mengen von Turbinenleckgas, um die Temperatur und damit die Gasdichte im für die vorgesehene Leistungsregelung erforderlichen Maße herabsetzen zu können. Zur Temperaturverringerung auf der Verdichteransaugseite ist es möglich, die erforderliche Menge von Turbinenlebkgas direkt dem Verdichterkreislaufgas an der Ansaugseite zuzuführen, oder einen Wärmetauscher vorzusehen, in dem das Ansauggas für den Verdichter im indirekten Wärmetausch durch das Turbinenleckgas gekühlt wird.
• Im zweiten-Fall'findet demnach keine unmittelbare Vergrößerung der Gasmenge im Verdichterkreislauf statt. Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der vorgeschlagenen Leistungsregelung ist an die Sangseite des Verdichters das Abgas aus dem Druckgaslagern geleitet, über ein Regelventil Gas ais der Speiseleitung des Lagerkreislaufes zuführbar und ein Regelventil zur Einstellung des Speisedruckes des Gases in den Gaslagern angeschlossen, wobei eine Gasmenge aus dem Verdichterkreislauf über ein Regelventil in eine Abgasleitung abführbar ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, bei ateigendem Abgasdruck aus den Druckgaslagern auch den Speisedruck in die Gaslager zu erhöhen, damit für die Gaslager eine einwandfrei und sichere Funktion gewährleistet bleibt. mit dieser Anordnung auch die Gasmenge und damit der G.sdruck im Verdichterkreislauf erhöht werden kann, ist durch sie auch eine Leistungssteigerung des Verdichters erreichbar. Um für die Leistungsregelung möglichst stetige, leicht überschaubare AuagangagröBen-zu erhalten, ist es zweckmäßig, den Lagergas- und denVerdichterkreislauf an einen Druckgasspeicher des Kältekreislaufes anzuschließen und über Regelventile aus diesem zu versorgen.
• Falls der Kältekreislauf mit zwei oder mehreren Entspannungsturbinen versehen ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die .Verdichteransaugtemperatur jedos Verdichters mittels einer Leckgasmenge aus der iiim zugeordneten Entspannungsturbine herabsetzbar ißt. In zweckmäßiger Ausbildung dieser Änorcinung wird weiter vorgeschlagen, daß die Lagergas- und Verdichterkreisläufe in Parallelschaltung an den Druckgasspeicher des Kältekreislaufes und an die Abgasleitung angeschlossen sind.
• In der Figur ist als ein Ausführungsbeispiel eine Leistungsregelung für eine Gasverflüssigungsanlage mit einem Kältekreislauf, der einen Verdichter und drei hintereinander geschaltete Entspannungsturbinen aufweist, dargestellt.
• Das zu verflüssigende, unter Druck stehende Gas wird in einer Leitung 1 in einem isolierten Gefäß 2 befindlichen Wärmesustauschern 3,4,5,6 zugeführt, in denen es stufenweise abgekühlt wird, um danach im Zustand der zumindest angenäherten Sättigung durch ein Entspannungsventil 7, hinter dem die teilweise Verflüssigung vollzogen ist und in ein Gefäß 8 zu gelangen. Der flüssige Anteil wird in dem Gefäß ß gespeichert und kann aus diesem in nicht dargestellter Weise entnommen werden, während der gasförmig gebliebene Anteil im Gegenstrom der Reihe nach durch die Wärmetauscher 6, 5, 4 und 3 und aus dem Gefäß 2 und durch eine Leitung 9 saugaeitig an den Verdiohter 10 des Kältekreislaufes geführt ist. Vom Verdichter 10 führt eine Hochdruckleitung 11 des Kältekreislaufes durch den Wärmetauscher 3 zur Hochdruckseite einer Entspannungsturbine 12, von dessen Niederdruckseite eine Leitung 13 durch den Wärmetauscher 4 zur Hochdruckseite einer , Entspannungsturbine 14 führt. V-on der Niederdruckseite der Entspannungsturbine 14 führt eine Leitung 15 durch den Wärmetauscher 5 zur Hochdruckseite einer Entspannungsturbine 16 und von dessen Niederdruckseite führt eine Leitung 17 an das kalte Ende des @ Wärmetauschers 6, in dem sich das in den Entspannungsturbinen 12, 14, 16 entspannte Kreislaufgas mit den aus dem Verflüssigungsgefäß erz kommenden, gasförmig gebliebenen Anteil des zu verflüssigenden Gases vereinigt.
• An die Hochdruckleitung 11 ist auch ein Druckgasspeicher 18 angeschlossen, von dem eine Druckgasleitung 19 als eine Leitung des Lagergaskreislaufes zu den Druckgaslagern 20, 21 der Turbinenwelle 22 der Entapannungsturbine 12 und zu den Lagern 23, 24 der Turbinenwelle 25 der Entspannungsturbine 14 und zu den Lagern 26, 27 der Turbinenwelle 28 der Entspannungsturbine 16 führt.
• Auf den Turbjnenwellen 22 bzw. 25 bzw. 28 sitzt Je ein Verdiohterläufer 29 bzw. 30 bzw. 31,an dessen Saugseite 32 bzw. 33 bzw. 34 eine Abgasleitung 35 bzw. 36 bzw. 37 von dem Gaslager 20, 21 bzw. 23, 24 bzw. 26, 27 geführt ist. Die Verdichterläufer 29, 30, ; sind in einen Verdichterkreislauf 38 bzw. 39 bzw. 40 eingeschaltet, dessen Hochdruckast durch einen Kühler 41 bzw. 42 bzw. 43 zu einem Druckminderventil 44 bzw. 45 bzw. 46 führt, von den der jeweilige Niederdruckast 47 bzw. 48 bzw. 49 zu der jeweiligen Saugseite 32, 33, 34 der Verdichterldufer 29, 30, 31 führt. Diese Niederdruckäste 47, 48, 49 sind über je ein steuerbares Dreiwegeventil 50, 51, 52 einerseits mit der Druckgasleitung 19 und andererseits mit einer zu einem Gasspeicner 53 führenden Abgasleitung 54 verbunden. Über die Regelventile 50, 51, 52 ist die Gasmenge und damit der druck in den Verdichterkreisläufen an die von den Verdichterläufern auf zunehmenden Leistungen anpaßbar. In Abhangigkeit von diesem variablen Druck in den Verdichterkreisläufen ist auch der Druck in der Zuspeisung zu den Druckgaslagern veranderlich, indem je ein jede Lagergasspeisung von der jeweiligen Druckgasdifferenz beein£lussendes Ventil 55, 56 bzw. 57 vorgesehen ist. Das Leckgas aus den Entspannungsturbinen 12, 14, 16 wird hinter den Läuferabdichtungen in den Leitungen 50 bzw. 59. bzw. 60 gesammelt und zu einem Wärmetauscher 61 bzw. 62 bzw. 63 geführt, in dem es in in mittels des ftegelventils 64 bzw. 65 bzw. 66 steuerbarer Weise zur Kühlung des Verdichterkreislaufgases vor Eintritt in die Saugseite 32 bzw. 33 bzw. 34 des Verdichters.29 bzw. 30 bzw. 31 dient.
• in Regelventil 67 bzw 68 bzw. 69 sorgt dafür, daß in jedem Falle vom Turbinenläufer 12, 14, 16 ein Druckgefälle zu den Leitungen 58 bzw. 59 bzw. 60 erhalten bleibt. Das die Wärmetauscher 61, 62, 63 verlassende Leckgas wird über eine Abgasleitung 70 dem Speicher 53 zugeführt. In die Abgasleitung 70 gelangt auch das von den Druckregelventilen 67, 68, 69 uus den Leitungen 58, 59, 60 zur Erhaltung des vorerwahnten Druckgefälles abgelassene Leckgas.
• Die Die in jeder der Entspannungsturbinen zur Erzeugung von Kälte frei werdende mechanische Energie wird bei der gezeigten Anordnung alf den zugeordneten Verdichter übertragen und in diesem in Wärmeenergie umgesetzt, die in demim Druckgasast des Verdichterkreislaufes angeordneten kühler an ein anderes Medium abgegeben und von diesem abgeführt wird. Zur Leistungsregelung einer Turbinen-Kälteeinheit dient neben dem Dreiwegeventil, mit dem die Gasmenge und der Gasdruck im Verdichterkreislauf durch Zu- oder Abführung von Gas bewerkstelligt werden kann, die Kühlung des Verdichterkreislaufgases an der Saugseite mittels des kalten Leckgases von dem Turbinenläufer, wodurch durch steuerbare mehr oder weniger grobe Unterkühlung die Dichte des Kreislau@gases an der Saugseite und damit die Leistungsaufnanme des Verdichterläufers variabel sind.
• Da im normalen Betriebsfull eine ständige Aufladung des Verdichterkreislaufes durch das Abgas aus dem Radiallager 20 und dem kombinierten Radial- und Axiallager 21 orfolgt, wird zur Vermeidung einer zu großen Aufladung durch das Regelventil 50 standig Gas aus dem Verdichterkreislauf in die Abgssleitung 54 abgelassen. Der leistungsregelnden Leckgasmenge ist eine gewisse Abgasmenge aus den Lagern 21 usw. beigemischt. Da diese eine verhältnismäßig hohe Temperatur aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die Labyrinthdichtung 71, 72, 73 zwischen der Laberstellc 21 bzw. 24 bzw. 27 und der Leckgasableitung 5o bzw. 59 bzw. 60 möglichst wirkungsvoll ist. Die beschriebene und vorgeschlageno Leistungsregelung ist ohne und auch mit einer entsprechenden Anderung der Drohzahl der Turbinenwelle durchführbar.
• 5 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. §! Patentansprüche 1. Leistungsregelung für eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung bei tiefer Temperatur mit mindestens einer einen Verdichter antreibenden Entspannungsturbine in einem Kältekreislauf, einer Welle mit Druckgaslagern zwischen Turbinen- und Verdichterläufer und einem Lagergaskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichteransaugtemperatur mittels einer regelbaren Menge von Turbinenleckgas herabsetzbar ist.
2. " @ 2. Leistungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Saugseite (32) des Verdichters das Abgas aus den Druckgaslagern (20, 21) geleitet, über ein Hegelventil (50) Gas aus der Speiseleitung (19) des Lagergaskreislaufes zuführbar und ein Regelventil (55) zur Einstellung des Speisedruckes des Gases in den Gaslagern (20, 21) angeschlossen und aus dem Verdichterkreislauf (47) über ein Regelventil (50) Gas in in eine Abgasleitung (54) abführbar ist.
3. 3. Leistungsregelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagergas- und der Verdichterkreislauf (19) an einen Druckgasspeicherbehalter (1uj des Kältekreislaufes angeschlossen und über Regelventile (55, 50) aus diesem versorgbar sind.
4. 4. Leistungsregelung nach Anspruch 1 bis 3, mit zwei oder mehr Entspannungsturbinen im Kältekreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichteransaugtemperatur jedes Verdichters mittels einer Leckgasmenge aus der ihm zugezrrdneten Entspannungsturbine herabsetzbar ist.
5. 5. Leistungsregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergas- und Verdichterkreisläufe in Parallel schaltung an den Druckgasspeicher (1B) des Kältekreislaufes und an die Abgasleitung (54 bzw. 70) angeschlossen sind.