DE2837969A1 - TURBO COMPRESSORS - Google Patents
TURBO COMPRESSORSInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
Description
DEMAG Aktiengesellecbaft . M8. August 1978 Wolfgang-Reuter-Placz . (f.. 15898 - C/Schi 4100 DuisburgDEMAG Aktiengesellecbaft. M8. August 1978 Wolfgang-Reuter-Placz. (f .. 15898 - C / Schi 4100 Duisburg
TurboverdichterTurbo compressor
Der Antrieb von Turboverdichtern erfolgt gegenwärtig durch Turbinen (Dampf- und Gasturbinen) oder durch Elektromotoren über ein Getriebe und eine Kupplung.Turbo compressors are currently driven by turbines (steam and gas turbines) or by electric motors via a gearbox and a clutch.
Die Turbinen sind üblicherweise direkt - ohne Zwischenschaltung eines Getriebes - mit dem Verdichter gekuppelt, wobei die Möglichkeit der Drehzahländerung zur Anpassung an verschiedene Betriebszustände des Turboverdichters besteht.The turbines are usually directly - without the interposition of a gearbox - coupled to the compressor, whereby there is the possibility of changing the speed to adapt to different operating states of the turbo compressor.
Bei Verwendung von Elektromotoren ist üblicherweise ein Getriebe mit einer niedertourigen oder hochtourigen Kupplung zwischengeschaltet, wobei eine Drehzahlanpassung der üblichen Elektromotoren-Antriebe mit ca. 1500, 1800, 3000 und 3600 min" möglich ist.When using electric motors, a transmission with a low-speed or high-speed clutch is usually required interposed, whereby a speed adjustment of the usual electric motor drives with approx. 1500, 1800, 3000 and 3600 min " is possible.
Der Antrieb durch eine Dampfturbine ist mit Nachteilen belastet, von denen die folgenden am häufigsten vorkommen: - wenn kein Prozeßdampf preisgünstig zur Verfügung steht, ist die Leistungserzeugung im Vergleich zur Stromerzeugung in einem Großkraftwerke wegen des wesentlich schlechteren Wirkungsgrades mit erheblich höheren Kosten verbunden;Driving by a steam turbine is fraught with disadvantages, the most common of which are the following: - If no process steam is available cheaply, the power generation is in comparison to the power generation in a large power plant because of the significantly poorer efficiency associated with significantly higher costs;
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- die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Dampfturbinen-Anlage ist im Vergleich zum Elektromotor wesentlich höher, so daß die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Gesamtanlage nachteilig betroffen ist;- the probability of a failure of the steam turbine system is significantly higher in comparison to the electric motor, so that the operational safety and availability of the entire system is adversely affected;
- zusätzlich zum Schtaierölsystem ist ein relativ aufwendiger Regelölkreislauf erforderlich.- In addition to the lubricating oil system, a relatively complex one Control oil circuit required.
Beim Betrieb durch einen Elektromotor unter Zwischenschaltung eines Getriebes ergeben sich u. a. folgende Nachteile:When operated by an electric motor with the interposition of a gearbox, inter alia. the following disadvantages:
- eine aus Prozeßgründen gewünschte Drehzahländerung ist im Normalfall ohne umständliche Maßnahmen (Austausch des Getrieberadsatzes) nicht möglich. Der Einbau einer Flüssigkeitskupplung ist nur bei kleineren Leistungen möglich.- a speed change required for process reasons is in the Normally not possible without cumbersome measures (exchange of the gear set). The installation of a fluid coupling is only possible for smaller services.
- Der Verschleiß des Getriebes sowie zusätzliche Ausfallursachen dieses Bauteils verringern die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Anlage.- The wear of the gearbox as well as additional causes of failure of this component reduce the operational safety and availability of the system.
- Im Getriebe werden zwei bis fünf Prozent der Antriebsleistung in Verluste umgesetzt. Da die Verlustwärme mit dem Schmieröl abgeführt werden muß, ist eine wesentlich vergrößerte Ölanlage erforderlich.- Two to five percent of the drive power is converted into losses in the transmission. Since the heat loss with the Lubricating oil must be removed, a significantly enlarged oil system is required.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen motorangetriebenen Turboverdichter zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile vermeidet, vielmehr einen breiten Regelbereich bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet.The object of the invention is to create a motor-driven turbo compressor which avoids the disadvantages indicated, rather it guarantees a wide control range with a high degree of efficiency.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part Part of claim 1 solved. Advantageous further developments of the invention are in the subclaims contain.
Es sind zwar aus der Hochvakuumtechnik Turbomolekularpumpen in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie erreichen Druckwerte im molekularen Druckbereich, d. h. etwa zwischenIt is true that various embodiments of turbomolecular pumps are known from high vacuum technology. you reach Pressure values in the molecular pressure range, d. H. about between
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10 und 10~ Torr. Pumpen dieser Art, die z. B. zur Erzeugung eines kohlenwasserstofffreien Hochvakuums benutzt werden,
arbeiten mit einer Drehzahl von etwa 20000 U/min. So ist z. B. eine Turbomolekularpumpe (DE-OS 23 49 033) mit einem
senkrecht stehenden Rotor bekannt, welcher auf einem vertikalen, gehäusefesten Dorn gelagert ist. Die Lagerung liegt in dem vom
hohlen Rotor übergriffenen Vorvakuumraum. Der Rotor ist
gegenüber dem Dorn in einem magnetischen Axiallager und in mindestens einem magnetischen Radiallager gelagert, welche
innerhalb des vom Rotor übergriffenen Raumes liegen.—2 —9
10 and 10 ~ Torr. Pumps of this type, which z. B. used to generate a hydrocarbon-free high vacuum, work at a speed of about 20,000 rpm. So is z. B. a turbo molecular pump (DE-OS 23 49 033) is known with a vertical rotor which is mounted on a vertical mandrel fixed to the housing. The storage is in the fore-vacuum space overlapped by the hollow rotor. The rotor is mounted opposite the mandrel in a magnetic axial bearing and in at least one magnetic radial bearing, which are located within the space overlapped by the rotor.
Bei den Turbomolekularpumpen dieser Art ist zwar das Pumpenteil direkt mit dem Antriebsmotor gekuppelt, jedoch ist der Aufbau der Turbomolekularpumpen und der Turboverdichter bedingt durch verschiedene Zwecke sowie Parameter - im allgemeinen grundsätzlich unterschiedlich. Für die Turobmolekularpumpen werden Motoren mit kleinen Leistungen, in der Größenordnung von einigen hundert Watt, benutzt.In the case of turbo molecular pumps of this type, the pump part is indeed directly coupled to the drive motor, but the structure of the turbo molecular pumps and the turbo compressor is necessary by different purposes as well as parameters - in general fundamentally different. For the turob molecular pumps motors with low powers, on the order of a few hundred watts, are used.
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Ferner ist aus der DE-OS 26 58 687 eine Lagereinrichtung für eine lange Welle, insbesondere für einen Turbomaschinenläufer, bekannt. Diese Welle weist im Bereich der Wellenenden zwei Radiallager auf, von denen wenigstens eines ein elektromagnetisches ausgeregeltes Radiallager ist. Das Lager besteht aus einem auf der Welle gelagerten Ringanker und einem den Ringanker mit geringer Spaltbreite umgebenden festen Magnetkern. Das Lager ist im Bereich zwischen den in den endseitigen Radiallagern gehaltenen Endabschnitten der Welle angeordnet. Zur Ausregelung des mittleren elektromagnetischen Radiallagers im Sinne einer Abstützung der Welle sind in dem freien Axialbereich zwischen den endseitigen Lagern Fühler für die Radialstellung der Welle vorgesehen.Furthermore, from DE-OS 26 58 687 a bearing device for a long shaft, in particular for a turbo machine rotor, known. This shaft has two radial bearings in the area of the shaft ends, at least one of which is an electromagnetic one balanced radial bearing is. The bearing consists of a ring armature mounted on the shaft and a den Ring anchor with a narrow gap surrounding the fixed magnetic core. The bearing is in the area between the ends Radial bearings held end portions of the shaft arranged. To regulate the central electromagnetic radial bearing in the sense of supporting the shaft, sensors for the radial position are located in the free axial area between the end bearings the shaft provided.
Bekannt ist auch ein Gebläse mit kleineren Leistungen (DE-AS 20 51 826), in dessen Läufer ein Elektromotor angeordnet ist. Der Stator des Motors ist mit dem Gebläsegehäuse verbunden, wobei die Läufernabe auf einer gehäusefesten Welle über einen rohrförmigen, mit einer Lagerbuchse drehfest verbundenen Zwischenkörper am äußeren Ende abgestützt ist.A blower with smaller powers is also known (DE-AS 20 51 826), in the rotor of which an electric motor is arranged is. The stator of the motor is connected to the fan housing, with the rotor hub on a shaft fixed to the housing is supported at the outer end via a tubular intermediate body connected in a rotationally fixed manner to a bearing bush.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung, wobei der Turboverdichterläufer mit der Antriebsmotorenwelle direkt gekuppelt ist, ist es möglich, für Turboverdichter mit dem definierten Drehzahlbereich alle eingangs aufgezeigten Nachteile zu vermeiden.By the arrangement according to the invention, wherein the turbo compressor rotor is directly coupled to the drive motor shaft, it is possible for turbo compressors with the defined speed range to avoid all the disadvantages mentioned at the beginning.
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Bei hohen Drehzahlen des Motor-Verdichter-Stranges ist eine verschleißfreie, aktiv gedämpfte Lagerung der Läuferwelle bei Vermeidung größerer Wellenverlagerungen besonders geeignet. Dazu kann vorteilhafterweise ein elektromagnetisches ausgeregeltes Radiallager verwendet werden.At high speeds of the motor-compressor train, there is a wear-free, actively damped bearing of the rotor shaft Particularly suitable when avoiding large shaft misalignments. For this purpose, an electromagnetic regulated Radial bearings are used.
Die in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden zur Erläuterung der Erfindung im folgenden näher beschrieben.The exemplary embodiments of the invention shown schematically in the accompanying drawings are for explanation purposes of the invention described in more detail below.
In den Zeichnungen zeigenShow in the drawings
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Motor-Verdichter-Strang und Fig. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motor-Verdichter-Stranges mit elektromagnetischen Lagern.Fig. 1 shows a motor-compressor train according to the invention and 2 shows an embodiment of the motor-compressor train according to the invention with electromagnetic bearings.
Wie Fig. 1 zeigt, ist mit 1 ein hochtouriger, drehzahlregelbarer Elektromotor mit einer Leistung von 4000 kW und einerAs FIG. 1 shows, 1 is a high-speed, speed-controllable Electric motor with a power of 4000 kW and one
Drehzahl n„ . = 7000 . min" bezeichnet. An die abtriebs-Mo t, maxSpeed n ". = 7000. min ". To the output Mo t, max
seitig verlängerte Rotorwelle 2 des Motors 1 ist der Läufer eines zweistufigen Radialturboverdichters 3 zum Verdichten von Stickstoff auf einen Enddruck von 35 bar über eine Kupplung 4 angeschlossen. Die Welle 2 sowie die Läuferwelle laufen in Gleitlagern 5. Die axiale Führung der Welle erfolgt durch ein hydraulisches Axiallager 6, welches auch den Axialschub auffängt.The rotor shaft 2 of the motor 1, which is extended on the side, is the rotor of a two-stage radial turbo compressor 3 for compression connected by nitrogen to a final pressure of 35 bar via a coupling 4. The shaft 2 and the rotor shaft run in plain bearings 5. The shaft is axially guided by a hydraulic axial bearing 6, which also provides the axial thrust catches.
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Der abgewandelte Motor-Verdichter-Strang gemäß Fig. 2 weist
einen hochtourigen, drehzahlregelbaren Elektromotor 10 sowie einen zweistufigen Verdichter auf. Die Abtriebswelle des
Motors 10 ist ohne Kupplung mit den Läufern und der ersten und der zweiten Stufe direkt verbunden. Der Verdichter 12,13 ist
somit koaxial zum Motor 10 angeordnet. Zwischen der ersten
und der zweiten Stufe ist ein ausgeregeltes elektromagnetisches Radiallager 14 vorgesehen, das einen Magnetkern 15 aufweist,
welcher den mit der Welle verbundenen Ringanker 16 umgibt.
Der Luftspalt zwischen Kern und Anker ist von Sensoren überwacht
.The modified motor-compressor train according to FIG
a high-speed, variable-speed electric motor 10 and a two-stage compressor. The output shaft of the
Motor 10 is directly connected to the rotors and the first and second stages without a clutch. The compressor 12, 13 is thus arranged coaxially with the motor 10. Between the first
and the second stage, a regulated electromagnetic radial bearing 14 is provided which has a magnetic core 15 which surrounds the ring armature 16 connected to the shaft.
The air gap between core and armature is monitored by sensors.
Die Welle läuft im Gleitlager 5. Zur axialen Führung ist das Axiallager 6 vorgesehen. Anstatt Gleitlager 5 und Axiallager können auch elektromagnetische Lager vorgesehen werden.The shaft runs in plain bearing 5. This is for axial guidance Thrust bearing 6 is provided. Instead of plain bearings 5 and axial bearings, electromagnetic bearings can also be provided.
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. -40* . -40 *
L e e r s eR e r s e
iteite
Claims (1)
P1
P.
P > 50 kW und
χ (kW1/2 min"1) zwischen 1 und 25,for η> 4000 ü min X and
P> 50 kW and
χ (kW 1/2 min " 1 ) between 1 and 25,
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