DE2746948A1 - METHOD AND DEVICE FOR DELIVERING PRESSURE GAS - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DELIVERING PRESSURE GAS

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Description

Dr. F. Zumsieir. sen. - Dr ri. Λ«?'.ιγγ'^ππ - Π- F?. Koenigsfoer^or bipl.-Phys. R. Holzbauer - fJipl. ing. F . :;ii-ig£'Uiv;n - Dr. F. Zumstein jun.Dr. F. Zumsieir. sen. - Dr r i. Λ «? '. Ιγγ' ^ ππ - Π- F ?. Koenigsfoer ^ or bipl.-Phys. R. Holzbauer - fJipl. ing. F. :; ii-ig £ 'uiv; n - Dr. F. Zumstein jun.

F> A I ti N T A N W Ä LT I. F> AI ti NTANWÄ LT I.

80OO Mönchen 2 BrauhausstraClc 4 Telefon Sarnmul Nr 22&3 41 Telegramme Zurnpat ■ Telex 5 29 07980OO Mönchen 2 BrauhausstraClc 4 Telephone Sarnmul No. 22 & 3 41 Telegrams Zurnpat ■ Telex 5 29 079

Case 4585 A
40/mCase 4585 A
40 / m

Sterling Drug Inc.Sterling Drug Inc.

90 Park Avenue, New York, U.S.A.90 Park Avenue, New York, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Liefern von DruckgasMethod and device for supplying pressurized gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Liefern von Druckgas in unterschiedlichen Mengen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,mit einem Kreiselverdichter, der Gas auf einen Zwischendruck verdichtet und an den sich ein Kolbenverdichter anschließt, der das vom Kreiselverdichter kommende Gas auf einen vorbestimmten Enddruck verdichtet.The invention relates to a method for supplying pressurized gas in different quantities and a device for carrying it out of the process, with a centrifugal compressor, which compresses the gas to an intermediate pressure and to which a Piston compressor is connected, which compresses the gas coming from the centrifugal compressor to a predetermined final pressure.

Die grundsätzliche Anordnung zum Verdichten von Gas mit einem Kreiselverdichter zum Verdichten auf einen Zwischendruck und einen daran angeschlossenen Kolbenverdichter zum Verdichten auf einen höheren Enddruck ist beispielsweise bereits aus der US-PS 132 891 bekannt. Eine solche Anlage ist oftmals dann vorteilhaft, wenn die Gasmenge so groß ist, daß ein Kreisel-The basic arrangement for compressing gas with a centrifugal compressor for compression to an intermediate pressure and a piston compressor connected to it for compressing to a higher final pressure is, for example, already from the US-PS 132 891 known. Such a system is often advantageous when the amount of gas is so large that a centrifugal

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verdichter nicht verwendet werden kann, um das Gas auf den erforderlichen Enddruck zu bringen, hierfür vielmehr ein Kolbenverdichter notwendig ist. Normalerweise sind bei solchen Anforderungen mehrstufige Verdichter erforderlich.Compressor cannot be used to bring the gas to the required final pressure, but rather a piston compressor necessary is. Multi-stage compressors are typically required for such requirements.

Diese Art einer Anlage hat jedoch bisher zum Einsatz auf Anwendungsgebieten geführt, bei denen ein weiter Änderungsbereich des Enddrucks am Austritt vorhanden ist. Im Gegensatz dazu ist die erfindungsgemäße Anlage für Anwendungsarten vorgesehen, bei denen der Endverbrauch des Gases bei einem im wesentlichen konstanten Druck liegt, wobei aber der Druck durch den Verbrauchsvorgang oder wenigstens durch Vorrichtungen gesteuert wird, die außerhalb der Verdichteranlage selbst liegen. Ein Beispiel hierfür ist das Naßluftoxydationsverfahren, bei dem Druckluft bei hohem Druck verwendet wird und das Verfahren selbst den Druck der gelieferten Luft festlegt und steuert.However, this type of system has hitherto been used in fields of application where there is a wide range of changes in the final pressure at the outlet. In contrast to the system according to the invention is intended for types of application in which the end consumption of the gas is substantially constant pressure, but the pressure is controlled by the consumption process or at least by devices that are outside the compressor system itself. An example of this is the wet air oxidation process in which Compressed air is used at high pressure and the process itself determines and controls the pressure of the air supplied.

Die Erfindung ist insbesondere für Anwendungsfälle der Gasverdichtung geeignet, bei denen ein Kolbenverdichter, wegender für den Endverbraucher erforderlichen Kombination von geringer Kapazität und hohen Drücken notwendig ist. Bei Luftverdichtung wird im allgemeinen davon ausgegangen, daß die Grenze für Kreiselverdichter der Radial- oder Axialbauweise im Minimum bei tatsächlichen 5700 dm^/min (200 cu.ft./min) am Auslaß liegt. Für kleinere Nutzvolumina am Auslaß sind Kolbenverdichter erforderlich. , · '„,L ·'··The invention is particularly suitable for gas compression applications in which a reciprocating compressor is necessary because of the combination of low capacity and high pressures required by the end user. In the case of air compression, it is generally assumed that the minimum limit for centrifugal compressors of the radial or axial construction is an actual 5700 dm ^ / min (200 cu.ft./min) at the outlet. Piston compressors are required for smaller usable volumes at the outlet. , · '", L ·' ··

übliche Kreiselverdichter, wie Axialverdichter oder andere Radialverdichter, sind Massenprodukte und für einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 7,0 bis 10,5 kp/cm2 (100 bis 150 psig) ohne weiteres erhältlich. Andererseits sind Kolbenkompressoren für einen Bedarf größer als etwa 10,5 kp/cm (150 psig), insbesondere in größeren Ausführungen, allgemein üblich und ziemlich teuer. Zusätzlich sind die Niederdruckzylinder von mehrstufigen Maschinen, insbesondere bei Maschinen mit großer Kapazität, sehr großvolumig,. sie weisen viele Ventile auf und sie sind im UnterhaltCommon centrifugal compressors, such as axial or other centrifugal compressors, are mass-produced and readily available for discharge pressures in the range of about 7.0 to 10.5 kgf / cm 2 (100 to 150 psig). On the other hand, reciprocating compressors for demands greater than about 10.5 kgf / cm (150 psig), especially in larger sizes, are commonplace and quite expensive. In addition, the low-pressure cylinders of multi-stage machines, especially machines with large capacities, have a very large volume. they have many valves and they are under maintenance

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teuer. Verwendet man einen Kreiselverdichter bis zu einem Zwischendruck von etwa 7,0 kp/cm (100 psig), so entfallen diese großen Niederdruckzylinder eines Hubkolbenverdichters. Der Kreiselverdichter selbst ist im allgemeinen nicht so teuer wie ein Kolbenverdichter.expensive. If a centrifugal compressor is used up to an intermediate pressure of about 7.0 kgf / cm (100 psig), it is not necessary these large low pressure cylinders of a reciprocating compressor. The centrifugal compressor itself is generally not so as expensive as a reciprocating compressor.

Nach der Erfindung wird die Kapazität einer Kreisel-Kolbenverdichteranlage dadurch gesteuert, daß der Kreiselverdichter in an sich bekannter V/eise so betrieben wird, daß sich der Auslaßdruck des Kreiselverdichters ändert, während der Kolbenverdichter bei einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit betrieben wird, so daß, weil das tatsächliche Einlaßvolumen des Kolbenverdichters konstant ist, die Menge der Luft in Volumen»oder Gewichtseinheiten, die der Kolbenverdichter aufnimmt, sich mit dem Einlaßdruck ändert, wobei auf diese Weise die von der gesamten Verdichteranlage gelieferte Kapazität verändert wird. Der Auslaßdruck des Kreiselverdichters wird, wie angegeben, in an sich bekannter Weise verändert, wie beispielsweise in "Compressed Air and Gas Data" von C.W. Gibbs,^ Ingersoll-Rand Co., 1969-71, Seite 9-32, angegeben, wobei dieser Druck durch Drehzahlsteuerung, Gasablaß oder Drosselung des Einlasses gesteuert werden kann.According to the invention, the capacity of a centrifugal piston compressor system controlled by the fact that the centrifugal compressor is operated in a manner known per se so that the The outlet pressure of the centrifugal compressor changes while the reciprocating compressor is operated at a substantially constant speed so that because the actual inlet volume of the reciprocating compressor is constant, the amount of air in volume or weight units that the reciprocating compressor takes up, changes with inlet pressure, in this way the capacity delivered by the entire compressor system is changed. The outlet pressure of the centrifugal compressor is, as indicated, changed in a manner known per se, such as, for example in "Compressed Air and Gas Data" by C.W. Gibbs, ^ Ingersoll-Rand Co., 1969-71, pp. 9-32, where this pressure can be controlled by speed control, gas bleeding or throttling of the inlet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail. Show it

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 eine andere Ausführungsform.Fig. 1 schematically shows an embodiment of the invention and Fig. 2 shows another embodiment.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Motor bezeichnet, der über eine geeignete Einrichtung, wie beispielsweise eine Kurbel 12, einen üblichen Verdichter 14 mit Hubkolben und Zylinder antreibt, der einen Auslaß 16 (P2) aufweist, an den ein Verfahrensablauf oder eine Maschine 18, wie beispielsweise eine Naßluftoxydationsvorrichtung, angeschlossen ist.In Fig. 1, 10 denotes a motor which has a suitable Device, such as a crank 12 that drives a conventional compressor 14 with a reciprocating piston and cylinder, which has an outlet 16 (P2) to which a process sequence or a machine 18, such as a wet air oxidation device, connected.

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Von einem Kreisel- bzw. Axialverdichter 22, der direkt durch einen Motor 24 angetrieben wird, wird Druckgas über eine Leitung 20 (P1) auf der Oberseite des Verdichters 14 eingeleitet. Der Kreiselverdichter 22 liefert Gas bei einem konstanten Druck an den Zylinder des Kolbenverdichters, der mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird. Der Kreiselverdichter ist mit einstellbaren Schaufeln versehen, die es ermöglichen, den Auslaßdruck zu verändern. Wenn dieser Auslaßdruck erhöht wird, wird vom Zylinder des Kolbenverdichters mehr Luft aufgenommen und dementsprechend auch abgegeben. Wenn der Auslaßdruck vom Kreiselverdichter verringert wird, erfolgt der umgekehrte Ablauf, d. h. daß weniger Luft vom Kolbenverdichter 14 an den Verfahrensablauf oder die Vorrichtung 18 abgegeben wird. Während die Kapazität der gesamten Anlage in dieser Weise gesteuert wird, bleibt der Auslaßdruck vom Kolbenverdichter in der Leitung 16 konstant. Es ist zu bemerken, daß das Druckverhältnis am Kolbenverdichter sich ändert und man kann die Auffassung vertreten, daß dies nachteilig ist. Es trifft zu, daß der Kolbenverdichter für ein bestimmtes maximales Druckverhältnis ausgelegt werden muß, das der niedrigsten Kapazität der Verdichteranlage entspricht. Die Anlage und andere Teile des Kolbenverdichters müssen für dieses maximale Druckverhältnis ausgelegt werden, Jedoch ist es einfacher und wirtschaftlicher, dies zu tun, als den Verdichter mit anderen Steuereinrichtungen wie Spielraumeinstellung, Entlastungseinrichtungen oder Luftablaßsteuervorrichtungen auszurüsten.From a centrifugal or axial compressor 22, which is driven directly by a motor 24, pressurized gas is via a Line 20 (P1) initiated on top of compressor 14. The centrifugal compressor 22 supplies gas at a constant rate Pressure on the cylinder of the reciprocating compressor, which is driven at constant speed. The centrifugal compressor is provided with adjustable blades that allow the outlet pressure to be changed. When this outlet pressure is increased, more air is taken in by the cylinder of the reciprocating compressor and accordingly also released. When the outlet pressure from the centrifugal compressor is reduced, the reverse occurs; H. that less air from Piston compressor 14 is delivered to the process sequence or device 18. While the capacity of the entire System is controlled in this way, the discharge pressure from the reciprocating compressor in line 16 remains constant. It should be noted that the pressure ratio at the reciprocating compressor changes and one can take the view that that this is disadvantageous. It is true that the reciprocating compressor is designed for a certain maximum pressure ratio must be that corresponds to the lowest capacity of the compressor system. The system and other parts of the reciprocating compressor must be designed for this maximum pressure ratio, but it is easier and more economical to do this, than the compressor with other control devices such as clearance adjustment, relief devices, or air release control devices equip.

Der Kreiselverdichter kann ein Radial- oder Axialverdichter sein oder es kann auch ein Schraubenverdichter vorgesehen werden. Der Kolbenverdichter kann in Abhängigkeit vom Enddruck ein einstufiger oder ein mehrstufiger Verdichter sein.The centrifugal compressor can be a radial or axial compressor, or a screw compressor can also be provided will. The piston compressor can be a single-stage or multi-stage compressor, depending on the final pressure.

Eine bevorzugte Bauart des Kreiselverdichters ist ein sogenannter "4-Postern-Luftverdichter, bei dem zwei oder mehr Radialschaufelräder,-(meistens - wie der Name sagt - 4. Räder) über ein übliches Getriebe angetrieben werden. SolcheA preferred design of the centrifugal compressor is a so-called "4-poster n" air compressor, in which two or more radial impellers - (mostly - as the name suggests - 4th wheels) are driven via a conventional gear

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Verdichter v/erden in großen Mengen hergestellt und sie sind wirtschaftlich und jederzeit erhältlich. Verdichter dieser Art sind so ausgelegt, daß ein variabler Auslaßdruck abgegeben werden kann und sie sind somit für das erfindungsgemäße Verfahren sehr geeignet.Compressors are manufactured in large quantities and are economical and readily available. Compressor this Art are designed so that a variable outlet pressure can be delivered and they are therefore for the invention Procedure very suitable.

Die Fig. 2 zeigt eine praktische Ausgestaltung in schematischer Form. Eine Naßluftoxydationsanlage wird mit Luft von einer Luftverdichteranlage beliefert. Zwei 4-Poster-Zentrifugalverdichter A und B liefern Luft an einen vierstufigen Kolbenverdichter C. Der Auslaßdruck P2 des Hubkolbenverdichters wird durch den Verfahrensablauf bei etwa 207 kp/cra (2.950 psig) gesteuert. Der Lufteinlaß an den Zentrifugalver-Fig. 2 shows a practical embodiment in schematic form. A wet air oxidation system is operated with air from an air compressor system. Two 4-poster centrifugal compressors A and B supply air to a four stage reciprocating compressor C. The reciprocating compressor discharge pressure P2 is controlled by the process flow at approximately 207 kp / cra (2950 psig). The air inlet to the centrifugal

dichtem liegt bei annähernd 1 kp/cm (14,7 psig) Atmosphärendruck. Die Zentrifugalverdichter werden durch Elektroraotore mit konstanter Drehzahl angetrieben. Die tatsächliche Einlaßmenge des Hubkolbenverdichters ist bei etwa tatsächlichen 66 325 dnr/min (2342 cu.ft./min) konstant. Die Charakteristiken der Zentrifugalverdichter sind so ausgelegt, daß P1 von etwa 3,5 bis 8,1 kp/cm (50 bis 115 psig) verändert werden kann. Die Temperatur am Auslaß der Kreiselverdichter liegt bei etwa 490C (1200F). Die Kapazität der Verdichteranlage kann somit kontinuierlich von etwa 320 bis 640 kg Luft/min (705 bis 1415 pounds/min) verändert werden. Versuche mit diesen Verdichtern haben bestätigt, daß dies möglich ist.density is approximately 1 kgf / cm (14.7 psig) atmospheric pressure. The centrifugal compressors are driven by electric rotors at a constant speed. The actual intake rate of the reciprocating compressor is constant at approximately an actual 66,325 dnr / min (2342 cu.ft./min). The characteristics of the centrifugal compressors are designed so that P1 can be varied from about 3.5 to 8.1 kp / cm (50 to 115 psig). The temperature at the outlet of the centrifugal compressor is about 49 0 C (120 0 F). The capacity of the compressor system can thus be varied continuously from about 320 to 640 kg air / min (705 to 1415 pounds / min). Tests with these compressors have confirmed that this is possible.

Anstelle der in den Figuren wiedergegebenen Elektromotoren können für den Antrieb der Verdichter ebenso andere Antriebsaggregate wie Dampfturbinen, Gasturbinen und dergleichen vorgesehen werden.Instead of the electric motors shown in the figures, other drive units can also be used to drive the compressor such as steam turbines, gas turbines and the like can be provided.

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Claims (4)

-JV- Patentansprüche 2 7 A 6 9 A 8-JV- claims 2 7 A 6 9 A 8 1.) Verfahren zum Liefern von Druckgas in unterschiedlichen Mengen an einen Verbraucher, wobei nacheinander in einem Kreiselverdichter und einem Kolbenverdichter Gas komprimiert und der Kolbenverdichter bei im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsweise des Kreiselverdichters zur Erzielung einer Änderung des Auslaßdruckes des Kreiselverdichters verändert und somit die Menge des vom Kolbenverdichter gelieferten Gases geändert wird.1. ) Method for supplying compressed gas in different amounts to a consumer, gas being compressed in succession in a centrifugal compressor and a reciprocating compressor and the reciprocating compressor being operated at essentially constant speed, characterized in that the operating mode of the centrifugal compressor to achieve a change in the outlet pressure of the centrifugal compressor and thus the amount of gas supplied by the reciprocating compressor is changed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein sauerstoffenthaltendes Gas verwendet wird, das an eine Naßluftoxydationsanlage geliefert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an oxygen-containing gas is used as the gas and is supplied to a wet air oxidation plant. 3. Verdichteranlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Kreiselverdichter zum Verdichten von Gas auf einen Zwischendruck, mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Auslaß des Kreiselverdichters und dem Einlaß eines Kolbenverdichters, der das Gas auf einen bestimmten Enddruck verdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ändern des Betriebs des Kreiselverdichters entsprechend der erwünschten Austrittsraenge an Gas vom Kolbenverdichter vorgesehen ist.3. Compressor system for performing the method according to claim 1, with a centrifugal compressor for compression of gas to an intermediate pressure, with a connecting line between the outlet of the centrifugal compressor and the inlet of a reciprocating compressor which compresses the gas to a certain final pressure, characterized in that, that means for changing the operation of the centrifugal compressor according to the desired discharge rate of gas from the reciprocating compressor is provided. 4. Verdichteranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern des Betriebs des Kreiselverdichters einstellbare Schaufeln am Kreiselverdichter umfaßt.4. Compressor system according to claim 3, characterized in that the means for changing the operation of the centrifugal compressor includes adjustable blades on the centrifugal compressor. 809816/1017809816/1017 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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