DE3333035A1 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Arrboverdichterbaus, genauer auf einen Kreiselverdichter. The invention relates to the field of compressor construction, more precisely on a centrifugal compressor.
Am effektivsten kann die vorliegende Erfindung zur Regelung der Arbeitsleistung bei konst.anter Drehzahl des Laufrades des Kreiselverdichters angewendet werden, der zum Erdgastransportmittels Ferngasleitungen bestimmt ist. The present invention can be most effective in controlling work performance be used at constant speed of the impeller of the centrifugal compressor, which is intended for the transport of natural gas by means of long-distance gas pipelines.
Gegenwärtig wird in der weltweiten Praxis des Verdichterbaus das Problem der Abstimmung der Charakteristik des Ereiselverdichters, der eine konstante Laufraddrehzahl besitzt, mit der Erdgasleitungscharakteristik immer aktueller und zw infolge stets zunehmender Anforderungen an die Erzielung eines wirtschaftlichen Erdgas transports vom Förderungsort zum Verbraucher. This is currently used in the worldwide practice of compressor construction Problem of matching the characteristics of the rotary compressor, which has a constant Impeller speed has, with the natural gas pipeline characteristics more and more up-to-date and zw as a result of ever increasing demands on the achievement of an economic Natural gas transport from the place of production to the consumer.
Erste Ansätze zum Lösen dieses Problems fahrten bereits in den 50er Jahren zur. Schaffung eines Kreiselverdichters mit einem Leitapparat (siehe z.B. A.I. Stepanov "Kreisel- und Axialverdichter, Luftgebläse und Lüfter", Moskau, 1960, s. 305, Fig. 191) und mit regelbarer Arbeitsleistung bei konstanter Laufraddrehzahl. The first attempts to solve this problem were made in the 1950s Years to. Creation of a centrifugal compressor with a distributor (see e.g. A.I. Stepanov "Centrifugal and axial compressors, air blowers and fans", Moscow, 1960, see 305, Fig. 191) and with adjustable work output at constant impeller speed.
Der bekannte Verdichter enthält ein Gehäuse vom Typ "Barrel", an dessen Längsachse entlang ein axialer 5augstutzen angeordnet ist, dessen eines Ende zur Verbindung mit der Saugleitung bestimmt ist, während dessen anderes Ende mit dem Strömungsteil des Laufrades in Verbindung steht. Das Laufrad ist auf einer Welle fliegend angebracht, die im Innern des Gehäuses gleichachsig mit ihm angeordnet ist. The known compressor contains a housing of the "barrel" type the longitudinal axis of which is arranged along an axial 5augstutzen, one end of which is intended for connection to the suction line, while the other end with the flow part of the impeller is in communication. The impeller is on a shaft cantilevered, which are arranged coaxially with it inside the housing is.
Im Inneren des Saugstutzens sind an dessen Umfang Schaufeln des Leitapparates gleichmassig verteilt, von denen jede an der Wand des axialen Saugstutzens um eine Längsachse drehbar angebracht ist, die zur Längsachse des Verdichters senkrecht ist. Zum Verstellen einer Schaufel um ihre Längsachse ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ein Planeten- bzw. Hebelgetriebe mit kompliziertem Aufbau darstellt, welches das Drehmoment beispielsweise von einem Servomotor zur Schaufel überträgt. Inside the suction nozzle are vanes of the diffuser on its circumference evenly distributed, each of which on the wall of the axial suction port by one The longitudinal axis is rotatably mounted, which is perpendicular to the longitudinal axis of the compressor is. A device is provided for adjusting a shovel about its longitudinal axis, which represents a planetary or lever gear with a complicated structure, which transmits the torque from a servomotor to the shovel, for example.
Die Regelung der Arbeitsleistung des bekannten Verdichters bei konstanter Laufraddrehzahl erfolgt durch Verstellung der Schaufeln um deren gångsach,sen-um einen vorgegebenen Winkel. Als Folge davon kommt es zu einer verwirbelung des auf die Laufradschaufeln gelangenden Stroms. The regulation of the work performance of the known compressor at constant The impeller speed is set by adjusting the blades to their gångsach, sen-um a given angle. As a result, there is a turbulence in the current flowing through the impeller blades.
Bei Übereinstimmung der Richtung der Projektion des Absolutgeschwindigkeitsverktors auf die Umfangsgeschwindigkeitsrichtung mit der Richtung des Umfangsgeschwindigkeitsvektors findet gemass der bekannten Eulerschen Gleichung eine Abnahme des vom Laufrad erzeugten Drucks statt. If the direction of the projection of the absolute speed vector coincides on the circumferential speed direction with the direction of the circumferential speed vector finds, according to the well-known Euler's equation, a decrease in the energy generated by the impeller Pressure instead.
Die Abstimmung der Charakteristik des bekannten Verdichters mit der sich ändernden Gasleitungscharakteristik (beim Anschluss von zusätzlichen Verbrauchern bzw. beim Abschalten derselben, jahreszeitbedingt bzw. bei veränderten physikalisch-chemischen Eigenschaften des Fördermediums u.ä.) ruft eine Zunahme des spezifischen Energieverbrauchs für die Gaskomprimierung infolge der Entstehung und Verst"arkung von Ablösungserscheinungen beim Umströmen der Schaufeln des leitapparates je nach Änderung der Arbeitsleistung hervor. The coordination of the characteristics of the known compressor with the changing gas line characteristics (when connecting additional consumers or when they are switched off, depending on the season or when the physico-chemical changes Properties of the conveying medium, etc.) causes an increase in the specific energy consumption for gas compression as a result of the formation and intensification of separation phenomena when flowing around the vanes of the diffuser, depending on the change in work performance emerged.
Ausserdem besitzt der bekannte Verdichter bei optimaler Arbeitsleistung einen verminderten Wirkungsgrad, weil die Verstellschaufeln sich ständig im Strom befinden, wow durch der Strom im axialen Saugstutzen eingeengt wird,was die Energieverluste vergrössert. Ferner bedingt das ständige Verweilen der Schaufeln im Strom zusätzliche, durch Stoss zwar infolge erzeugte Verluste, und / der Zunahme des Anströmwinkels der des an die Schaufeln gelangenden Stroms sowie Kantenverluste beim Abströmen von den Schaufeln, und schließlich vergrößerte Reibungsverluste, die durch das Umströmen der Schaufeloberfläche vom fliessenden Strom bedingt sind. In addition, the well-known compressor has an optimal work performance a reduced efficiency, because the adjustable blades are constantly in the flow are located, wow by the flow in the axial suction port is restricted, which is the energy loss enlarged. Furthermore, the constant lingering of the blades in the stream requires additional, losses caused by impact and / the increase in the angle of attack that of the flow reaching the blades and edge losses when flowing off from the blades, and finally increased frictional losses caused by the flow around them the blade surface are caused by the flowing stream.
Die Wirbelspuren hinter den Schaufeln des Leitapparates, der in unmittelbarer Nahe vor dem Laufrad angebracht ist, rufen nichtstationäre Prozesse im Laufrad und in den dem Laufrad nachgeschalteten Elementen des Strömungsteils des Verdichters hervor , wodurch die mechanische Festigke it des Verdichters verringert wird. The eddy tracks behind the vanes of the diffuser, which is in the immediate vicinity Mounted close to the impeller, non-stationary processes in the impeller and in the elements of the flow part of the compressor downstream of the impeller which reduces the mechanical strength of the compressor.
Der Bereich der Regelung der Arbeitsleistung des Verdichters durch Anwendung von Verstelischaufeln am Eintritt ist durch den Winkel der möglichen Verstellung der Schaufeln um deren Längsachse begrenzt. Je grosser der Verstellungswinkel der Schaufeln ist, desto stärkere Störeinwirkung üben die Schaufeln au9 den Strom aus, desto höher sind die Verluste und desto höher ist der spezifische Energieverbrauch zur die Gaskomprimierung. The range of regulation of the work capacity of the compressor by Use of adjustable blades at the inlet is possible due to the angle of adjustment of the blades limited around their longitudinal axis. The greater the adjustment angle of the The more disruptive influence the blades exert on the flow, the higher the losses and the higher the specific energy consumption for gas compression.
Die Schaufeln des Regelapparats stehen im bekannten Verdichter unter erheblichen statischen und dynamischen Belastungen, was bei der Vorrichtung zur Schaufelverstellung Aufbau bewirkt und einen komplizierten / eine spiel- und spaltfreie Befestigung der Schaufeln am Tragelement unter Beibehaltung deren Bewegbarkeit um die Langsachse erfordert. Die geforderten Bedingungen sind in vollem Umfang kaum zu erfüllen, und noch schwieriger ist es, die Funktionsfähigkeit des Leitapparats unter Betriebsbedingungen bei einem hohen Gehalt an mechanischen Beimengungen im zu verdichtenden Gas zu erhalten, die die normale Funktion des Leitapparats bei spielsweise durch Erosionswirkung storen. The blades of the control apparatus are below in the known compressor considerable static and dynamic loads, which is what the device for Blade adjustment structure causes and a complicated / a backlash and gap-free Attachment of the blades to the support element while maintaining their mobility the longitudinal axis requires. The required conditions are hardly in their entirety to meet, and it is even more difficult to ensure the functionality of the diffuser under operating conditions with a high content of mechanical impurities in the to be compressed gas, which contributes to the normal function of the diffuser for example interfere with the effect of erosion.
Alle genannten Faktoren bedingen eine Abnahme des erzielten ökonomischen Nutzeffektes durch den Einsatz von Ereiselverdichte,rn mit regelbarer Arbeitsleistung und konstanter Laufraddrehzahl zum Transport von Erdgas in den Ferngasleitungen. All the factors mentioned cause a decrease in the economic achieved Beneficial effect through the use of Ereisel compactors, rn with controllable work performance and constant impeller speed for the transport of natural gas in the gas pipelines.
Bekannt ist ein Kriselverdichter mit regelbarer Arbeitsleistung bei konstanter Laufraddrehzahl (siehe den Katalog der Firma "Deleval Centrifugal pipeline compressors Bulletin" 503 C, S. 4). A crystalline compressor with adjustable work performance is known constant impeller speed (see the catalog of the company "Deleval Centrifugal pipeline compressors bulletin "503 C, p. 4).
Der bekannte Verdichter enthält ein Gehäuse von Typ "Barrel", entlang dessen Längsachse ein axialer Saugstutzen, der auf der einen Seite mit der Saugkammer und auf der anderen Seite mit dem Strb4mungsteil des Laufrades verbunden ist, sowie ein Leitapparat angeordnet sind, der zur Verwirbelung des FSoardermediumsstroms bestimmt ist, der an die Laufradschaufeln anströmt. Das Laufrad ist auf einer Welle fliegend angebracht, die entlang der Längsachse des Gehäuses gleichachsig mit diesem angeordnet ist. Der Ausgang des Laufrads ist mit der Druckkammer des Verdichters verbunden. Der Leitapparat ist am Eintritt in den axialen Saugstutzen angeordnet und zur Erzeugung eines Fördermediumstroms bestimmt, der in das Laufrad gelangt. The known compressor includes a housing of the "barrel" type, along the longitudinal axis of which is an axial suction nozzle, which is connected to the suction chamber on one side and on the other hand is connected to the flow part of the impeller, as well as a diffuser are arranged to swirl the FSoardmedium flow is determined, which flows against the impeller blades. The impeller is on a shaft cantilevered along the longitudinal axis of the housing coaxially is arranged with this. The output of the impeller is connected to the pressure chamber of the Connected to the compressor. The diffuser is at the inlet to the axial suction nozzle arranged and intended to generate a flow of pumping medium that flows into the impeller got.
Jede der Schaufeln des leitapparates ist an der Wand des axialen Saugstutzens drehbar um ihre Langsachse angebracht, die senkrecht zur Längsachse des Verdichters ist.Each of the vanes of the nozzle is on the wall of the axial suction port mounted rotatably about its longitudinal axis, which is perpendicular to the longitudinal axis of the compressor is.
Das Gehause des Verdichters ist durch einen Deckel mit einer Zwischen wand mit einem aerodynamisch günstigen Pro in abgedeckt, die einen Teil der Saugkammerinnenfläche bildet. The housing of the compressor is covered by a cover with an intermediate wall covered with an aerodynamically favorable pro in that part of the inner surface of the suction chamber forms.
Die Regelung der Arbeitsleistung des bekannten Verdichters bei konstanter Laufraddrehzahl erfolgt durch Verstellung der Schaufeln um deren Lnangsachsen um einen vorgegebenen Winkel. Als Folge davon wird die Verdrehung des Stroms in radialer Ebene herbeigeführt, wobei) die Veranderung des Vektors der Umfangskomponente der Absolutgesohwindigkeit gemäss der bekannten Eulerschen Gleichung gestattet, den vom Laufrad erzeugten Druck zu verändern. The regulation of the work performance of the known compressor at constant The impeller speed is achieved by adjusting the blades around their longitudinal axes a given angle. As a result, the flow is twisted in a radial direction Level brought about, wherein) the change in the vector of the circumferential component of the Absolute velocity according to the well-known Euler's equation allows the to change the pressure generated by the impeller.
Die Abstimmung der Charakteristik des bekannten Verdichters mit einer geänderten Gasleitungscharakteristik (beim Anschluss von Verbrauchern bzw. Abschalten derselben, jahreszeitbedingt, bei veranderten physikalischmechanischen Eigenschaften des Fördermediums u.ä.) ruft eine Zunahme des spezifischen Energieverbrauchs für die Gaskomprimierung wegen der mit der Arbeitsleistungsänderung einhergehenden Verstärkung von Ablösungserscheinungen beim Umströmen der Leitapparatschaufeln hervor wodurch Ablösungszonen und -wirbel in der Struktur des an die Schaufeln des Laufrads gelangenden Stroms entstehen, was die vom Verdichter aufgenommene Leistung vergrössert. Matching the characteristics of the well-known compressor with a changed gas line characteristics (when connecting consumers or switching off the same, depending on the season, with changed physical-mechanical properties of the conveying medium, etc.) calls for an increase in the specific energy consumption for the gas compression because of the gain associated with the change in work performance of detachment phenomena when the flow around the diffuser vanes Separation zones and vortices in the structure of the impeller that reaches the blades Electricity is generated, which increases the power consumed by the compressor.
Bei optimaler Arbeitsleistung besitzt der bekannte Verdichter einen verminderten Wirkungsgrad, da die Verstellschaufeln sich standig im Strom befinden. Dies bewirkt eine zur Erhöhung von Energieverlusten führende Eine engung des Stroms in der Saugkammer, bedingt zusätzliche, durch Stoss erzeugte Verluste beim Abströmen an die Schaufeln und Kantenverluste beim Abströmen die erhoht Reibungsverluste, die durch das Umströmen der Schaufeloberflächen vom fliessenden Strom bedingt sind. When the work performance is optimal, the well-known compressor has one reduced efficiency, as the adjustable blades are constantly in the flow. This causes a narrowing of the current leading to an increase in energy losses in the suction chamber, due to additional losses caused by impact when flowing out to the blades and edge losses when flowing away which increases friction losses, which are caused by the flowing stream flowing around the blade surfaces.
Der Regelbereich der Arbeitsleistung des Verdichters bei Anwendung von Verstellschaufeln ist durch den Verstellungswinkel der Schaufeln um deren Längsachsen begrenzt. Je grösser der Verstellungswinkel der Schaufeln ist, um so aktivere Störeinwirkung üben die Schaufeln auf den Strom aus, um so höher sind die Verluste uns her ist der Energieverbrauch für die Gaskomprimierung. The control range of the compressor's performance when used of adjustable blades is determined by the angle of adjustment of the blades around their longitudinal axes limited. The greater the angle of adjustment of the blades, the more active disruptive effects if the shovels act on the current, the higher the losses the energy consumption for gas compression.
Im bekannten Verdichter erfahren die Schaufeln erhebliche statische und dynamische Belastungen, was die Vorrichtung zur Schaufelverstellung kompliziert macht, eine spiel- und spaltfreie Befestigung der Schaufeln am Tragelement unter Beibehaltung ihrer Bewegbarkeit in bezug auf die Verstellungsachsen erfordert. Die geforderten Bedingungen der Schaufelbefestigung sind in vollem Umfang kaum zu verfüllen, und noch schwieriger ist es, die Lebensdauer und die zuverlässige Funktion der SchauSelantriebsvorrichtung unter Betriebsbedingungen bei extremem Gehalt an mechanischen Beimengungen im zu verdichtenden Gas zu gewkhrleisten, da verstärkter Verschleiss und Erosion der Elemente des Leitapparates erfolgen, was die Betriebszuw verlässigkeit des Verdichters erheblich verringert. In the known compressor, the blades experience considerable static and dynamic loads, complicating the vane adjusting device makes a backlash and gap-free attachment of the blades to the support element Requires retention of their mobility with respect to the adjustment axes. the The required conditions of the blade attachment can hardly be filled in full, and it is even more difficult to ensure the service life and reliable operation of the swing drive device under operating conditions with an extreme content of mechanical impurities in the to ensure compressing gas, as increased wear and tear and erosion of the elements the diffuser take place, which the Betriebszuw reliability of the compressor considerably decreased.
Der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Kreiselverdichter mit regelbarer Arbeitsleistung bei konstanter Laufraddrehzahl zu schaffen, dessen Konstruktion den nachteiligen Einfluss der Schaufeln des Leitapparates auf den Strom aussließt, der im axialen Saugstutzen bei optimalem Betriebszustand des Verdichters fliesst, um den Wirkungsgrad des Verdichters und die Betriebszuverlässigkeit desselben zu erhohen. The present invention is based on the object of a Centrifugal compressor with adjustable performance at constant impeller speed to create the design of which the adverse influence of the vanes of the diffuser on the current that flows in the axial suction nozzle when the operating state is optimal of the compressor flows to the efficiency of the compressor and the operational reliability the same to increase.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, dass im Kreiselverdichter, der ein Gehause vom Iyp "Barrel", entlang dessen Längsachse ein axialer Saugstutzen, der auf der einen Seite mit einer Saugkammer auf der anderen Seite mit einem auf einer Welle fliegend angebrachten und mit der Druckkammer in Verbindung stehenden Lauf- rad verbunden ist, und ein Leitapparat angeordnet sind, welcher zur Erzeugung des in das Laufrad eintretenden Ftrdermediums bestimmt und am Eintritt in den axialen Saugstutzen angebracht ist, sowie einen Deckel mit einer Zwischenwand mit einem aerodynamisch günstigen Profil enthält, der am Gehäuse befestigt ist, erfindungsgemäss die Schaufeln des Leitapparates, deren Langsachsen parallel zur achse des Verdichters liegen, an der Stirnfläche des axialen Saugstutzens starr befestigt sind und einen ringförmigen Schieber umgeben, der gleichachsig mit dem Leitapparat angeordnet, mit einem Mittel zur Verschiebung desselben entlang der Langsachse des Verdichters versehen ist und eine Länge besitzt, die der Zange einer Schaufel des Leitapparates entlang der Längsachse des Verdichters entspricht (so gut wie gleich)und zur Absperrung eines achssymmetrischen Ringkanals ausreichend ist, der durch die Wandung der Zwischenwand und eine Strömungshaube begrenzt ist, die an der zur Zwischenwand gekehrten Stirnseite des ringförmigen Schiebers angebracht ist. The given task is solved by the fact that in the centrifugal compressor, a housing of the type "barrel", along its longitudinal axis an axial suction nozzle, the one on one side with a suction chamber on the other with one on a shaft mounted on the fly and connected to the pressure chamber Running Rad is connected, and a diffuser are arranged, which intended for the generation of the conveying medium entering the impeller and at the inlet is mounted in the axial suction nozzle, as well as a cover with an intermediate wall with an aerodynamically favorable profile that is attached to the housing, According to the invention, the blades of the diffuser, the longitudinal axes of which are parallel to axis of the compressor are rigid on the face of the axial suction nozzle are attached and surround an annular slide coaxial with the Arranged diffuser, with a means for moving the same along the Longitudinal axis of the compressor is provided and has a length that of the tongs one The vane of the diffuser along the longitudinal axis of the compressor corresponds to (see above as good as the same) and sufficient to shut off an axially symmetrical ring canal which is limited by the wall of the partition and a flow hood, which is attached to the end face of the annular slide facing the partition wall is.
Diese konstruktive Lösung des Verdichters mit regelbarer Arbeitsleistung bei konstanter Laufraddrehzahl gewährleistet eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Verdichters im optimalen (rechnerischv Orgesehenen Betriebszustand, der Betriebszuverlässigkeit und der Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Ferngasleitungen durch Verminderung der vom Verdichter in den rechnerisch nicht vorgesehenen Betriebszuständen aufgenommenen Leistung. This constructive solution of the compressor with adjustable work performance at constant impeller speed ensures an increase in the efficiency of the Compressor in the optimal (calculated operating condition, operational reliability and the economics of operating gas pipelines through abatement those recorded by the compressor in the operating states that were not mathematically intended Power.
Die Erhöhung des Wirkungsgrads des Verdichters im optimalen Betriebszustand erklärt sich dadurch, dass die Schaufeln und Schaufelkanäle des Leitapparates durch einen ringförmigen Schieber verdeckt sind. Dies schliesst den nachteiligen Einfluss der Schaufeln des Leitapparats auf den Strom aus, der sich im axialen Saugstutzen bei optimaletn (rechnerisch vorgesehenen) Betriebszustand des Verdichters bewegt. The increase in the efficiency of the compressor in the optimal operating condition is explained by the fact that the vanes and vane ducts through the diffuser are covered by an annular slide. This eliminates the adverse influence the vanes of the diffuser on the flow, which is in the axial suction nozzle moves with optimal (computationally provided) operating condition of the compressor.
Hierbei fehlt erstens die Stromoinengung im axialen es Saugstutzen, die die Energieverluste erhöht, undlfehlen zweitens zusätzliche, durch Stoss erzeugte Energieverluste beim Abströmen an die Eintrittskanten der Schaufeln sowie die Kantenverluste beim Abströmen von denselben; drittens fehlen ferner Reibungsverluste beim Umströmen der Schaufeloberflächen vom fliessenden Strom. Firstly, there is no flow constriction in the axial suction port, which increases the energy losses and, secondly, there are no additional ones caused by shock Energy losses when flowing off to the leading edges of the blades and the edge losses when flowing away from them; thirdly, there are no frictional losses when flowing around the blade surfaces from the flowing stream.
Da die Ursachen, die die unstationären Prozesse entfachen, welche dynamische Belastungen im Laufrad und in den dem Laufrad nachgeschalteten Elementen erzeugen, ausfallen, führt dies zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Verdichters im optimalen Betriebszustand. Since the causes that spark the non-stationary processes, which dynamic loads in the impeller and in the elements downstream of the impeller generate, fail, this leads to an increase in the operational reliability of the compressor in optimal operating condition.
Der vorstehend beschriebene Verdichter besitzt einen erhöhten Wirkungsgrad in den rechnerisch nicht vorgesehenen Betriebszustanden infolge der starren Befestigung der Schaufeln an der Wand des axialen Saugstutzens mit einer Lage der Eintrittskanten der Schaufeln, die einen Null-Anströmwinkel des an sie aus der Saugkammer gelangenden Stroms gewährleisten. The compressor described above has an increased efficiency in the computationally not intended operating states due to the rigid mounting of the blades on the wall of the axial suction nozzle with a position of the leading edges of the blades, which have a zero angle of attack of the approaching them from the suction chamber Ensure electricity.
Da die Lage der Schaufeln in bezug auf den axialen Saugstutzen in allen rechnerisch nicht vorgesehenen Be--triebszustanden gleichbleibend ist, erfolgt das Umströmen der Schaufeln stossfrei unter minimalen Verlusten durch Ablösungen und Wirbel, was den spezifischen Energieverbrauch für die Gaskomprimierung verringert und die Betriebszuverlässigkeit des Verdichters erhöht. Since the position of the blades in relation to the axial suction port in all operating states that are not arithmetically planned remain the same the flow around the blades bump-free with minimal losses due to detachment and eddies, which reduce the specific energy consumption for gas compression and increases the operational reliability of the compressor.
Die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des erfindungsgemässen Verdichters wird ferner auch dadurch erzielt, dass zur Veränderung der Arbeitsleistung ein konstruktiv einfacher, fertigungsgerechter ringformiger Schieber von geringem Gewicht und reduziertem Hersteilungsaufwand benutzt ist. The increase in the operational reliability of the compressor according to the invention is also achieved by the fact that to change the work performance a constructive simple, production-ready, ring-shaped slide of low weight and reduced Manufacturing effort is used.
Vorzugsweise ist in der Zwischenwand eine Mittenbohrung vorgesehen. Das Mittel zur Verschiebung des ringförmigen Schiebers entlang der Längsachse des Verdichters ist ein am Gehäusedeckel befestigter an sich bekannter Servomotor, dessen ausführendes Glied mit einem Gleitstück gelenkig verbunden ist, das im Deckel untergebracht ist, durch die Mittenbohrung in der Zwischenwand hindurchgeht und mit dem ringförmigen Schieber starr verbunden ist. A central bore is preferably provided in the intermediate wall. The means for moving the annular slide along the longitudinal axis of the Compressor is a known servo motor attached to the housing cover, its executing member is articulated with a slider that is in lid is housed, passes through the center hole in the partition and is rigidly connected to the annular slide.
Diese konstruktive Lösung des Mittels zur Verschiebung des ringförmigen Schiebers gewährleistet die Übertragung der Bewegung auf den letzteren mittels nur einer kinematischen Verbindung, und zwar mittels einer Stange, was die Konstruktion des Verdichters wesentlich vereinfacht, sein Gewicht vermindert, seinan Herstellungsaufwand reduziert und die Betriebszuverl'a1ssigkeit erhöht, Die gelenkige Verbindung der Stange des Servomotors mit dem Gleitstück des Leitapparates schliesst den Einfluss von Biegekräften und Verdrehmomenten auf die Stange und den mit ihr verbundenen Kolben des Servomotors aus. Die Vereinfachung wird dadurch erreicht, dass die Umwandlung der linearen Verschiebung in die rotierende Bewegung ausbleibt. This constructive solution of the means for moving the annular The slide ensures the transmission of the movement to the latter means only a kinematic connection, by means of a rod, what the construction of the compressor is significantly simplified, its weight is reduced and its manufacturing costs are reduced reduced and the operational reliability increased, the articulated connection of the The rod of the servo motor with the slider of the diffuser closes the influence of bending forces and torques on the rod and those connected to it Servomotor piston off. The simplification is achieved by converting the linear shift in the rotating movement does not occur.
Das aus?uhrende Glied des Servomotors ist an der Austrittsstelle aus der Zwischenwand mit bekannten Mitteln ohne weiteres abdichtbar, was die Verschmutzung und den erosionsbedingten Verschleiss der Elemente der Antriebssorrichtung des ringförmigen Schiebers ausschliesst. The outgoing element of the servomotor is at the exit point easily sealable from the partition wall with known means, which the pollution and the erosion-related wear of the elements of the drive device of the annular Excludes slide.
Es ist vorteilhaft, zur starren Verbindung des Gleitstücks des ausfubrenden Glieds mit dem ringförmigen Schieber radial angebrachte Versteifungsrippen vorzusehen. It is advantageous to rigidly connect the slider of the ausfubrenden Link with the annular slide to provide radially attached stiffening ribs.
Eine solche konstruktive Lösung des Leitapparates gestattetes, die unerwünschte Verwirbelung des Fördermediums im axialen Saugstutzen im optimalen Betriebszustand zu verhindern, die durch Umlenkung des Stroms aus der radialen in die axiale Richtung bedingt ist, was die Differenz zwischen der tatsächlichen und der rechnerischen Charakteristik des Verdichters vermindert. Such a constructive solution of the diffuser allows that unwanted turbulence of the pumped medium in the axial suction nozzle in the optimal Operational condition to prevent that by diverting the flow from the radial in the axial direction is what is the difference between the actual and conditional the computational characteristics of the compressor are reduced.
Der erfindungsgemäss ausgeführte Kreiselverdichter mit regelbarer Arbeitsleistung und konstanter Laufraddrehzahl von 4800 U/min besitzt eine Arbeitsleistung von 394 m3/min (bei einem Druck des in die Saugkammer gelangenden Erdgases von 6,2 MPa und einer Temperatur von 31 ,6°C) im optimalen Betriebszustand, wobei der Druck des aus der Druckkamtner austretenden Erdgases 7,6 MPa, die Leistungsaufnahme 9700 kW und der polytrope Wirkungsgrad 87% betrågt. The centrifugal compressor designed according to the invention with controllable Work output and constant impeller speed of 4800 rpm has a work output of 394 m3 / min (at a pressure of the natural gas entering the suction chamber of 6.2 MPa and a temperature of 31.6 ° C) in the optimal operating condition, the pressure from the Druckkamtner escaping natural gas 7.6 MPa, the power consumption 9700 kW and the polytropic efficiency is 87%.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden an einem nachstehend ange£2hrten konkreten Ausführungsbeispiel unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Further objects and advantages of the invention will appear on one of the following A detailed exemplary embodiment is explained in detail with reference to the drawings.
Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemåssen Kreiselverdichters, bei einer Lage des ringformigen Schiebers, in der er den Austritt des verwirbelten Stroms aus den Schaufelkanälen des Leitapparates in den axialen Saugstutzen absperrt, für den Fall der optimalen Arbeitsleistung des Verdichters, im Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1.It shows: Fig. 1 a schematic representation of the invention Centrifugal compressor, in one position of the annular slide in which it exits of the swirled flow from the vane channels of the diffuser into the axial Shuts off the suction port, in the event that the compressor performs at its best, in longitudinal section; FIG. 2 shows a section along line II-II in FIG. 1.
Der erfindungsgemässe Kreiselverdichter enthält ein Gehause 1 (Fig. 1) vom Typ "Barrel", entlang dessen Langsachse ein axialer Saugstutzen 2, der auf der einen und Seite mit einer Saugkammer 3 1 auf der anderen Seite mit dem Strömungsteil eines Laufrads 4 verbunden ist, sowie ein Leitapparat 5 angeordnet sind, der zur Erzeugung eines Fördermediumstroms, beispielsweise eines Erdgasstroms, der in das Laufrad 4 gelangt, bestimmt und am Eingang des axialen Saugstutzens 2 angebracht ist. The centrifugal compressor according to the invention contains a housing 1 (Fig. 1) of the "barrel" type, along its longitudinal axis an axial suction nozzle 2, which opens on the one and side with a suction chamber 3 1 on the other side with the flow part an impeller 4 is connected, and a diffuser 5 are arranged, which for Generation of a pumping medium flow, for example a natural gas flow, which is fed into the Impeller 4 arrives, determined and attached to the entrance of the axial suction nozzle 2 is.
Die Saugkammer 3 ist durch die Wand des axialen Saugstutzens 2, die Wand 6 einer Druckkammer 7, die Innenfläche des Gehäuses 1 und ein an einem Deckel 8 befestigte Zwischenwand 9iaerymeamisch günstigen Profil begrenzt. The suction chamber 3 is through the wall of the axial suction port 2, the Wall 6 of a pressure chamber 7, the inner surface of the housing 1 and one on a lid 8 fixed partition wall 9iaerymeamically favorable profile limited.
Der Deckel 8 ist mit dem Gehause 1 mittels (nicht abgebildeter) Schrauben verbunden. Zur Aufnahme der wegen der Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 7 und der Saugkammer 3 auf die Wand 6 wirkenden Kraft sind Versteifungsrippen 10 vorgesehen, die die Wand 6 mit dem Deckel 8 verbinden. Das Laufrad 4 mit Schaufeln 11 ist auf einer Welle 12 fliegend und gleichachsig mit dem Gehäuse 1 gelagert. Der Durchmesser der Eintrittsöffnung des Laufrads 4 ist gleich dem Durchmesser des axialen Stutzens 2. The cover 8 is attached to the housing 1 by means of screws (not shown) tied together. To accommodate the due to the pressure difference between the pressure chamber 7 and the suction chamber 3 acting on the wall 6 force, stiffening ribs 10 are provided, which connect the wall 6 to the cover 8. The impeller 4 with blades 11 is on a shaft 12 overhung and coaxially with the housing 1. The diameter the inlet opening of the impeller 4 is equal to the diameter of the axial connecting piece 2.
Der Ausgang des Laufrads 4 ist über einen Diffusor 13 mit der Druckkammer 7 verbunden. The output of the impeller 4 is via a diffuser 13 with the pressure chamber 7 connected.
Der Leitapparat 5 ist von Schaufeln 14, deren Langsachsen parallel zur I>gsachse des Verdichters liegen, und einem Tragring 15 gebildet, der an der Stirnffache der Wand des axialen Saugstutzens 2 starr befestigt ist. The diffuser 5 is made up of blades 14, the longitudinal axes of which are parallel to the I> gsachse of the compressor, and a support ring 15 is formed which on the end face of the wall of the axial suction nozzle 2 is rigidly attached.
Die Schaufeln 14 sind am Tragring 15 derart starr befestigt, dass ihre Eintrittskanten unter dem Null-Anströmwinkel zum Strom liegen und einen ringförmigen Schieber 16 umgeben. Die freien Enden der Schaufeln 14 sind von einer Bandage 17 umgeben. Der ringförmige Schieber 16 ist gleichachsig mit dem leitapparat 5 angeordnet und mit einem Mittel 18 zur Verschiebung desselben entlang der Längsachse des Verdichters versehen, er besitzt ferner eine Lange, die der Länge einer Schaufel 14 des Leitapparates entlang der Längsachse des Verdichters entspricht (so gut wie gleich ist) und zum Absperren eines achssymmetrischen Ringkanals 19 ausreichend ist. Der Kanal 19 ist durch die Wandung der Zwischenwand 9 und eine Strömungshaube 20 begrenzt, die an der zur Zwischenwand 9 gekehrten Stirnseite des ringfbrmigen Schiebers 16 angebracht ist.The blades 14 are rigidly attached to the support ring 15 in such a way that their leading edges are below the zero angle of incidence to the stream and an annular one Surrounded slide 16. The free ends of the blades 14 are covered by a bandage 17 surround. The annular slide 16 is arranged coaxially with the guide apparatus 5 and with a means 18 for displacing the same along the longitudinal axis of the compressor provided, it also has a length that is the length of a blade 14 of the diffuser along the longitudinal axis of the compressor corresponds (as good as is equal) and to Shutting off an axially symmetrical ring channel 19 is sufficient. The channel 19 is limited by the wall of the intermediate wall 9 and a flow hood 20, which at attached to the end face of the annular slide 16 facing the intermediate wall 9 is.
Das Mittel 18 zur Verschiebung des ringförmigen Schiebers 16 entlang der Längsachse des Verdichters ist ein Servomotor 21, der am Deckel 8 des Verdichtergeha0u ses befestigt ist. Ein Kolben 22, der das ausführende Glied des Servomotors 21 ist, ist mit einer Stange 23 gelenkig verbunden, und diese Stange 23 ist mit einem Gleitstaick 24 gelenkig verbunden, das in einem Anguss 25 der Wand 9 des Deckels 8 untergebracht ist. In der Zwischenwand ist eine Mittenbobrung 26 ausgefuhr1t, durch die das Gleitstück 24 hindurchgeht. Die Austrittsstelle des Gleitstücks 24 aus der Zwischenwand 9 ist abgedichtet, beispielsweise durch eine Labyrinthdichtung 27, die verhindert da.ß im erdgas enthaltene . mechanische Teilchen in die Elemente des Servomotors 21 gelangen.The means 18 for moving the annular slide 16 along the longitudinal axis of the compressor is a servo motor 21, which is attached to the cover 8 of the compressor housing it is attached. A piston 22, which is the executive member of the servo motor 21, is articulated to a rod 23, and this rod 23 is with a Gleitstaick 24 articulated, which is housed in a sprue 25 of the wall 9 of the cover 8 is. In the intermediate wall there is a central bore 26 through which the sliding piece 24 passes through. The exit point of the slider 24 from the partition 9 is sealed, for example by a labyrinth seal 27, which prevents da.ß contained in natural gas. mechanical particles get into the elements of the servo motor 21.
Das Gleitstück 24 ist mit dem ringförmigen Schieber 16 mittels radial angebrachter Versteifungsrippen 28 starr verbunden. The slider 24 is with the annular slide 16 by means of radial attached stiffening ribs 28 rigidly connected.
Der Verdichter arbeitet auf die folgende Weise. The compressor works in the following way.
Im Betriebszustand der optimalen (rechnerisch vorgesehenen) Arbeitsleistung gelangt der Erdgasstrom aus der Saugkammer 3 in den achssymmetrischen Ringkanal 19, sodann in den Hohlraum des ringförmigen Schiebers 16 und des axialen Saugstutzens 2 und wird in das Laufrad. 4 geleitet. Dadurch, dass die Schaufeln 14 und die Schaufel kanäle 14a (Fig. 2) des Leitaparates 5 durch den ringförmigen Schieber 16 verdeckt sind, wird der nachteilige Einfluss der Schaufeln 14 auf den Erdgasstrom, der sich durch den ringförmigen Schieber 16 und den axialen 5augstutzen 2 bewegt, vermieden. Der Kolben 22 (Fig. 1) des Servomotors 18 befindet sich dabei in der rechten Endstellung. Hierbei fehlen: Einengung des Stroms im achssymmetrischen Ringkanal 19, die die Energieverluste erhöht; beim Ans-trömen an die Eintrittskanten der Schaufeln 14 durch Stoss erzeugte Verluste, gleichfalls Kantenverluste beim Abströmen von den Schaufeln; Reibungsterluste beim Umströmen der Schaufeln vom fliessenden Strom; nichtstationare Prozesse, die dynamische Belastungen im Laufrad 4, Diffusor 13, in den (nicht gezeichneten) Lagern und Dichtungen des Verdichters verursachen. Alle obengenannten Faktoren erhohen den Wirkungsgrad und die Betriebszuverlässigkeit des Verdichters im optimalen Betriebszustand. Die Strömungshaube 20 gewährleistet einen stossfreien und ohne Ablösung erfolgenden Eintritt des Stroms in den ringförmigen Schieber 16. In the operating state of the optimal (calculated) work performance the natural gas flow passes from the suction chamber 3 into the axially symmetrical ring channel 19, then into the cavity of the annular slide 16 and the axial suction nozzle 2 and is in the impeller. 4 headed. By having the blades 14 and the blade channels 14a (FIG. 2) of the control apparatus 5 covered by the annular slide 16 are, the adverse influence of the blades 14 on the natural gas flow that is moved by the annular slide 16 and the axial 5augstutzen 2, avoided. The piston 22 (Fig. 1) of the servo motor 18 is in the right end position. The following are missing: Constriction of the current in the axially symmetrical ring channel 19, which the Energy losses increased; when approaching the leading edges of the blades 14 Losses generated by impact, also edge losses when flowing away from the Shovels; Frictional losses when the flowing stream flows around the blades; non-stationary processes, the dynamic loads in the impeller 4, diffuser 13, in the bearings and seals (not shown) of the compressor. All The above-mentioned factors increase the efficiency and the operational reliability of the compressor in optimal operating condition. The flow hood 20 ensures a bumpless and without detachment of the stream into the ring-shaped Slider 16.
Im Betriebszustand der minimalen Arbeitsleistung nimmt der Kolben 22 des Servomotors 21 die linke Endstellung ein. Bei der Linksverschiebung des Kolbens verschiebt seine Stange 23 das Gleitstück 24 und den ringförmigen Schieber 16 bis zur vollständigen Absperrung des achssymmetrischen Ringkanals 19 durch den Schieber 16. In the operating state of the minimum work output, the piston decreases 22 of the servomotor 21 is the left end position. When the piston is shifted to the left its rod 23 moves the slider 24 and the annular slide 16 to to completely shut off the axially symmetrical ring channel 19 by the slide 16.
Der Erdgasstrom gewinnt, indem er sich aus der Saugkammer 3 durch die Schaufelkanäle 14a (Fig. 2) bewegt und die Schaufeln 14 umströmt, eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente, deren Richtung mit der Drehrichtung des Lauffads 4 übereinstimmt. Im weiteren gelangt der gedrehte Strom, indem er sich im axialen Saugstutzen 2 bewegt, in das Laufrad 4. The natural gas stream wins by exiting the suction chamber 3 the blade channels 14a (Fig. 2) moves and the blades 14 flow around, a peripheral speed component, the direction of which coincides with the direction of rotation of the running path 4. In the further arrives the turned Current by moving in the axial suction nozzle 2, into the impeller 4.
Infolge der Übereinstimmung der Richtung der Projektion des Absolutgeschwindigkeitsvektors auf die Richtung des Umfangsgeschwindigkeitsvektors mit der Richtung des Umfangsgeschwindigke itsvektors des Laufrads 4 findet eine Abnahme des vom Laufrad 4 erzeugten drucks gemass der bekannten Eulerschen Gleichung statt. Dadurch, dass die Schaufeln 14 am Tragring 15 starr befestigt sind und die Eintrittskanten der Schaufeln 14 stets mit einem Null-Anströmwinkel zum Strom angeordnet sind, erfolgt das Umströmen der Schaufeln 14 von dem mit einer Geschwindigkeit V (Fig. 2) eintretenden Strom stossfrei und unter minimalen Verlusten durch Ablosungen und Wirbel, was den spezifischen Energieverbrauch für die Gaskomprimierung verringert und die Betriebszuverassigkeit des Verdichters erhöht. As a result of the coincidence of the direction of the projection of the absolute velocity vector on the direction of the peripheral speed vector with the direction of the peripheral speed Itsvector of the impeller 4 finds a decrease in the pressure generated by the impeller 4 according to the well-known Euler's equation. Because the blades 14 are rigidly attached to the support ring 15 and the leading edges of the blades 14 are always are arranged with a zero angle of attack to the stream, the flow occurs around the Blades 14 of the current entering at a velocity V (FIG. 2) without bumps and with minimal losses through detachments and eddies, whatever the specific Reduced energy consumption for gas compression and operational reliability of the compressor increased.
Bei der Funktion des Verdichters im Betriebszustand mit einer Arbeitsleistung, die kleiner als die optimale und grosser als die minimale ist, nimmt der Kolben 22 des Servomotors 21 eine Zwischenlage ein, bei der die Stange 23 (Fig. 1) das Gleitstück 24 aus der rechten Endstellung nach links entlang der Längsachse des Verdichters verschiebt. With the function of the compressor in the operating state with a work performance, which is smaller than the optimal and larger than the minimum is taken by the piston 22 of the servo motor 21 an intermediate layer, in which the rod 23 (Fig. 1) the Slider 24 from the right end position to the left along the longitudinal axis of the Compressor shifts.
Das Gleitstück 24 verschiebt den ringförmigen Schieber 162 der den achssymmetrischen Ringkanal zum Teil überdeckt und den Leitapparat 5 teilweise onet.The slider 24 moves the annular slide 162 of the axially symmetrical ring channel partially covered and the diffuser 5 partially onet.
Der Erdgasstrom gelangt aus der Saugkammer 3 in den axialen Saugstutzen 2 über den achssymmetrischen Ringkanal 19, der vom ringförmigen Schieber 16 teilweise überdeckt ist, und über die Schaufelkanäle 14a (Fig. 2) des leitapparates 5, der teilweise geöffnet list. Der an den Schaufeln 14 verwirbelte Strom erteilt, indem er sich mit dem nicht verwirbelten Strom verbindet, der aus dem ringförmigen Schieber 16 austritt, dem Gesamtstrom eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente, deren Vektor kleiner als der Vektor der Umfangsgeschwindigke itskomponen te dn s X Stroms ist, welcher der minimalen Arbeitsleistung des Verdichters entspricht. Danach gelangt der Gesamtstrom, indem er sich durch den axialen Saugstutzen 2 (Fig. 1) bewegt, in das Laufrad 4. Infolge der Übereinstimmung der Richtung der Projektion des Absolutgeschwindigkeitsvektors des Gesamtstroms auf die Richtung des Umfangsgeschwindigkeitsvektors mit der Richtung des Umfangsgeschwindigkeitsverktors des Laufrads 4 findet eine Abnahme des vom LauS-rad 4 erzeugten Drucks gemass der bekannten Eulerschen Gleichung statt. The natural gas flow passes from the suction chamber 3 into the axial suction nozzle 2 via the axially symmetrical ring channel 19, which is partially from the ring-shaped slide 16 is covered, and over the vane channels 14a (Fig. 2) of the diffuser 5, the partially open list. The flow swirled on the blades 14 is given by it connects with the non-swirled stream coming out of the ring-shaped slide 16 exits, the total flow has a peripheral speed component whose vector is smaller than the vector of the peripheral speed component dn s X current, which corresponds to the minimum work output of the compressor. After that arrives the total current by turning himself through the axial suction nozzle 2 (Fig. 1) moves in the impeller 4. As a result of the correspondence of the direction of the Projection of the absolute velocity vector of the total current onto the direction of the peripheral speed vector with the direction of the peripheral speed vector of the impeller 4 there is a decrease in the pressure generated by the impeller 4 according to the known Euler's equation.
Der erfindungsgemässe Kreiselverdichter mit regelbarer Arbeitsleistung bei konstanter Laufraddrehzahl erhöht die Betriebswirtschaftlichkeit von Gasleitungen beträchtlich durch Abstimmung seiner Charakteristik mit der Charakteristik eines Verdichters, der in lieihe mit ihm bzw. parallel zu ihm arbeitet, sowie durch Abstimmung mit der Netzcharakteristik. The centrifugal compressor according to the invention with controllable performance at constant impeller speed increases the economic efficiency of gas lines considerable by matching its characteristics with the characteristics of a Compressor who works in lair with him or in parallel with him, as well as by coordination with the network characteristic.
Darüberhinaus wird die spezifische Leistung vermindert, die durch den Verdichter für die Gaskomprimierung gebraucht wird, sowohl in den optimalen Betriebszustunden durch Aufhebung des Drosseleffekts der Ieitschaufeln, die sich bei den bekannten Verdichtern ständig im Saugstutzen befinden, als auch in den Betriebszuständen, die sich vom rechnerisch vorgesehenen Betriebszustand unterscheiden, durch Vermeidung der stossweisen Beanspruchung der Schaufeln bei deren Umströmung vom Betriebsmedium am Eingang sowie dadurch, dass die Eintrittskanten der Schaufeln in der Zone der niedrigen Stromgeschwindigkeiten liegen. In addition, the specific power is reduced by the compressor is needed for gas compression, both in the optimal Operating hours by canceling the throttling effect of the Ieitschaufeln, which are with the known compressors are always in the suction nozzle, as well as in the operating states, which differ from the calculated operating state, through avoidance the intermittent loading of the blades when the operating medium flows around them at the entrance and in that the leading edges of the blades are in the zone of the low current velocities.
Und schliesslich wird die Konstruktion des Leitapparates, der die Drehung des Stroms gewährleistet, vereinnacht, seine Abmessungen werden -Verringert, der Herstellungsaufwand wird reduziert und die Fertigungsgerechtheit verbessert. And finally the construction of the diffuser, which the Rotation of the stream is guaranteed, unified, its dimensions are reduced, the manufacturing effort is reduced and the manufacturing accuracy is improved.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4231452A1 (en) * | 1992-09-19 | 1994-03-24 | Gutehoffnungshuette Man | Radial turbocompressor with opposite rotation outlet housing - has disc diffusor guide blades rising from inner to outer boundary dia. in impeller rotation sense |
| US20110076201A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Joseph Cruickshank | Overhung Axial Flow Compressor, Reactor and Method |
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1983
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Non-Patent Citations (3)
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| Bulletin 503c, S.4, "De Laval Centrifugal Pipeline Compressors Bulletin" * |
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| DE-B.: Stepanov "Kreisel -u. Axialverdichter, Luftgebläse und Lüfter", Moskau 1960,S. 305, Fig. 191 * |
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| US8361407B2 (en) * | 2009-09-30 | 2013-01-29 | Nuovo Pignone S.P.A. | Overhung axial flow compressor, reactor and method |
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| Publication number | Publication date |
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| DE3333035C2 (en) | 1987-01-08 |
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