EP0638723A1 - Mechanischer Verdichter - Google Patents

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EP0638723A1
EP0638723A1 EP94110281A EP94110281A EP0638723A1 EP 0638723 A1 EP0638723 A1 EP 0638723A1 EP 94110281 A EP94110281 A EP 94110281A EP 94110281 A EP94110281 A EP 94110281A EP 0638723 A1 EP0638723 A1 EP 0638723A1
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line
liquid
mechanical compressor
cooling unit
chamber
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EP94110281A
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Günter Dipl.-Ing. Holzheimer (FH)
Manfred Dipl.-Ing. Stretz (Fh)
Hans René Dipl.-Ing. Neubauer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/001—General arrangements, plants, flowsheets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/004—Details concerning the operating liquid, e.g. nature, separation, cooling, cleaning, control of the supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/042—Heating; Cooling; Heat insulation by injecting a fluid

Definitions

  • the invention relates to a mechanical compressor.
  • the object of the present invention is to provide a mechanical compressor in which the compressed gaseous delivery medium can be cooled to process-compatible temperatures with a low energy requirement and only with a small additional installation effort.
  • the mechanical compressor according to claim 1 has an after-cooling unit which consists of two separate chambers with at least one common partition.
  • the first chamber of the aftercooling unit is connected to the suction line through which the fluid is flowing.
  • the conveying medium flowing through the suction line is referred to below as suction air.
  • the second chamber of the aftercooling unit is connected to the pressure line through which the gaseous delivery medium pushed out of the compressor flows.
  • the medium flowing through the pressure line is referred to below as exhaust air.
  • the exhaust air in the pressure line is warmer than the suction air in the suction line.
  • a heat exchange takes place between the exhaust air and the suction air in the post-cooling unit.
  • liquid preferably water
  • the liquid evaporating during the injection process leads to partial or complete saturation of the suction air in the suction line.
  • the heat of vaporization required to evaporate the injected liquid is extracted from the suction air, as a result of which the suction air flowing in the suction line cools down. This increases the temperature gradient between the suction air and the exhaust air, which means that the exhaust air is cooled more due to the improved heat exchange.
  • the principle of exhaust air cooling according to the invention is not only limited to rotary vane and Roots pumps, but is also suitable for other mechanical compressors, such as liquid ring machines.
  • this principle offers the advantage that an additional proportion of vaporous operating fluid is condensed out of the exhaust air due to the stronger cooling of the exhaust air. After their condensation, the operating liquid can be returned to the liquid circuit or the gas flow.
  • the principle of exhaust air cooling according to the invention therefore not only leads to the desired cooling of the exhaust air, but also enables the operating fluid to be recovered. As a result, the operating fluid circuit does not have to be supplemented or only with a reduced amount of operating fluid. A constantly increasing concentration of chemical components, solids and lime in the operating fluid as well as the resulting corrosion, contamination and calcification are thus reliably prevented or delayed.
  • a liquid ring machine as a mechanical compressor offers a number of advantages over a rotary vane pump.
  • a liquid ring machine is less sensitive to contamination from solids caused by the pumped medium than a rotary vane pump.
  • a liquid ring machine also functions as a gas scrubber, since it binds the solids of the pumped medium (e.g. dust) in the operating liquid circuit and separates it in the separator (location with the lowest flow rate).
  • the impeller of a liquid ring machine works without contact (sealing medium is the operating fluid) and, in contrast to the rotary vane pump, is largely wear-free.
  • chamber means all constructive possibilities which have at least one partition between the suction line and the exhaust air line, which serves as a heat transfer surface. This can e.g. can also be achieved by an interlocking network of pipes.
  • 1 denotes a mechanical compressor designed as a liquid ring machine.
  • a suction line 2 is connected to a first connection opening 11 of the liquid ring machine 1.
  • the Liquid ring machine 1 is connected via a connecting line 3 to a liquid separator 4.
  • the liquid separator 4 has an exhaust air line 5 and is connected to the liquid ring machine 1 via a return line 6.
  • the liquid ring machine 1 also has an after-cooling unit 7, which is connected with its first chamber 71 into the suction line 2 and with its second chamber 72 into the exhaust air line 5.
  • a condensate line 8 branches off from the end 51 of the exhaust air line 5 which is led out of the after-cooling unit 7, through which the condensed operating liquid flows into the liquid separator 4 and thus into the operating liquid circuit (solid line) and / or in the gas flow (dashed line) is returned.
  • the condensate line 8 does not necessarily have to branch off from the end 51 of the exhaust air line 5; rather, the condensate line 8 can also be led directly out of the chamber 72 of the after-cooling unit 7 and then in turn lead into the suction line 2 or into the liquid separator 4.
  • the arrangement of the after-cooling unit 7 is not limited to the exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the aftercooling unit 7 can also sit directly on the exhaust port of the separator 4. This has the advantage that the condensate runs back directly into the separator 4 due to gravity. This saves the condensate line.
  • Operating fluid is injected into the suction line 2 in front of the after-cooling unit 7 via an injection line 9, which branches off from the return line 6 in the exemplary embodiment shown.
  • the operating liquid separated from the gaseous conveying medium in the liquid separator 4 is cooled by a heat exchanger 10 arranged in the return line 6. Only cooled operating liquid is thus injected into the suction line 2 via the injection line 9.
  • the conveying medium flowing in the suction line 2 is partially or completely saturated by the operating liquid, preferably water, which evaporates during injection.
  • the heat of vaporization required to evaporate the injected operating fluid is extracted from the medium in the suction line, causing the medium to cool down.
  • the existing temperature gradient between the conveying medium (suction air) flowing in the suction line 2 and the conveying medium (exhaust air) flowing in the exhaust air line 5 is thus increased.
  • the liquid ring machine 1 shown in FIG. 1 operates in a closed operating liquid circuit. Depending on the suction pressure, little or no addition of operating fluid (make-up water that contains chemical components, solids and lime) is necessary. This reliably prevents or delays the corrosion caused by the chemical components and the contamination by solids as well as the calcification.
  • operating fluid make-up water that contains chemical components, solids and lime
  • the principle of exhaust air cooling according to the invention is not only limited to liquid ring machines, but is suitable for all mechanical compressors.
  • This is shown in FIG. 2 using the example of a dry-running positive displacement pump, which is also designated by 1.
  • a suction line 2 is connected to a first connection opening 11 of the positive displacement pump 1.
  • a pressure line 3 is connected to a second, oppositely acting connection opening 12 of the positive displacement pump 1, which in the embodiment shown in FIG. 2 opens directly into an aftercooling unit 7.
  • the after-cooling unit 7 consists of two separate chambers 71 and 72. The after-cooling unit 7 is switched with its first chamber 71 into the suction line 2 and with its second chamber 72 into the pressure line 3.
  • Cooled liquid is injected into the suction line 2 in front of the after-cooling unit 7 via an injection line 9. This liquid can e.g. be removed from the process cycle.
  • the cooling effect already described in FIG. 1 is achieved by injecting liquid into the suction line 2.

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Abstract

Mechanischer Verdichter (1), bei dem an eine erste Anschlußöffnung (11) eine Saugleitung (2) und an eine zweite Anschlußöffnung (12) eine Druckleitung (3,5) geschaltet ist, wobei eine Nachkühleinheit (7) vorgesehen ist, die aus zwei getrennten Kammern (71,72) mit wenigstens einer Trennwand besteht und die mit ihrer ersten Kammer (71) in die Saugleitung (2) und mit ihrer zweiten Kammer (72) in die Druckleitung (3,5) geschaltet ist, wobei wenigstens eine Einspritzleitung (9) von Einspritzen von Flüssigkeit vor der Nachkühleinheit (7) und/oder in der Nachkühleinheit (7) in die Saugleitung (2) mündet. Bei einem derart ausgebildeten mechanischen Verdichter kann das gasförmige Fördermedium mit einem geringen Energiebedarf und mit einem geringen zusätzlichen Installationsaufwand auf prozeßverträgliche Temperaturen gekühlt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mechanischen Verdichter.
  • Mechanische Verdichter, z.B. Drehschieberpumpen oder Flüssigkeitsringmaschinen, werden in Prozeßanlagen zur Aufrechterhaltung des Prozeßkreislaufs benötigt. Das gasförmige Fördermedium ist nach dem Durchströmen des Verdichters komprimiert und in vielen Fällen sehr heiß, so daß das verdichtete Gas auf eine für den Prozeß verträgliche Temperatur heruntergekühlt werden muß. Die hierfür bisher bekannten Maßnahmen zur Gaskühlung erfordern erheblichen zusätzlichen Installationsaufwand und benötigen relativ viel Energie.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mechanischen Verdichter zu schaffen, bei dem das verdichtete gasförmige Fördermedium mit einem geringen Energiebedarf und nur mit einem geringen zusätzlichen Installationsaufwand auf prozeßverträgliche Temperaturen gekühlt werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Der mechanische Verdichter gemäß Anspruch 1 weist eine Nachkühleinheit auf, die aus zwei getrennten Kammern mit wenigstens einer gemeinsamen Trennwand besteht. Die erste Kammer der Nachkühleinheit ist in die Saugleitung, die vom Fördermedium durchströmt wird, geschaltet. Das die Saugleitung durchstromende Fördermedium wird nachfolgend als Saugluft bezeichnet. Die zweite Kammer der Nachkühleinheit ist in die Druckleitung geschaltet, die von dem aus dem Verdichter ausgeschobenen gasförmigen Fördermedium durchströmt wird. Das die Druckleitung durchströmende Fördermedium wird nachfolgend als Abluft bezeichnet.
  • Die Abluft in der Druckleitung ist wärmer als die Saugluft in der Saugleitung. In der Nachkühleinheit findet damit zwischen der Abluft und der Saugluft ein Wärmeaustausch statt. Um die Abkühlung der Abluft zu verstärken, wird über eine Einspritzleitung Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in die Saugleitung eingespritzt. Die beim Einspritzvorgang verdampfende Flüssigkeit führt in der Saugleitung zur teilweisen oder vollständigen Sättigung der Saugluft. Die zur Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit notwendige Verdampfungswärme wird der Saugluft entzogen, wodurch sich die in der Saugleitung strömende Saugluft abkühlt. Damit wird das Temperaturgefälle zwischen der Saugluft und der Abluft vergrößert, wodurch die Abluft aufgrund des verbesserten Wärmeaustausches stärker gekühlt wird.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung ist nicht nur auf Drehschieber- und Wälzkolbenpumpen beschränkt, sondern eignet sich auch für andere mechanische Verdichter, wie z.B. Flüssigkeitsringmaschinen. Bei Flüssigkeitsringmaschinen bietet dieses Prinzip den Vorteil, daß durch die stärkere Abkühlung der Abluft ein zusätzlicher Anteil an dampfförmiger Betriebsflüssigkeit aus der Abluft herauskondensiert wird. Nach ihrer Kondensation kann die Betriebsflüssigkeit wieder in den Flüssigkeitskreislauf bzw. in den Gasdurchlauf zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung führt also nicht nur zu der gewünschten Abkühlung der Abluft, sondern ermöglicht auch eine Rückgewinnung der Betriebsflüssigkeit. Dadurch muß der Betriebsflüssigkeitskreislauf nicht bzw. nur mit einer reduzierten Menge an Betriebsflüssigkeit ergänzt werden. Eine ständig steigende Konzentration von chemischen Bestandteilen, Feststoffen und Kalk in der Betriebsflüssigkeit sowie die daraus resultierende Korrosion, Verschmutzung und Verkalkung werden somit zuverlässig verhindert bzw. verzögert.
  • Die Verwendung einer Flüssigkeitsringmaschine als mechanischen Verdichter bietet gegenüber einer Drehschieberpumpe eine Vielzahl von Vorteilen. So ist eine Flüssigkeitsringmaschine gegenüber einer vom Fördermedium verursachten Verschmutzung durch Feststoffe unempfindlicher als eine Drehschieberpumpe. Weiterhin fungiert eine Flüssigkeitsringmaschine als Gaswäscher, da sie die Feststoffe des Fördermediums (z.B. Staub) im Betriebsflüssigkeitskreislauf bindet und im Abscheider (Ort mit der geringsten Strömungsgeschwindigkeit) abscheidet. Darüber hinaus arbeitet das Laufrad einer Flüssigkeitsringmaschine berührungslos (Abdichtmedium ist die Betriebsflüssigkeit) und damit, im Gegensatz zur Drehschieberpumpe, weitestgehend verschleißfrei.
  • Bei der Nachkühleinheit sind unter dem Begriff Kammer alle konstruktiven Möglichkeiten zu verstehen, die wenigstens eine als Wärmeübertragungsfläche dienende Trennwand zwischen der Saugleitung und der Abluftleitung aufweisen. Dies kann z.B. auch durch ein ineinandergreifendes Geflecht von Rohrleitungen erzielt werden.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:
    • FIG 1
    eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen mechanischen Verdichters,
    FIG 2
    eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen mechanischen Verdichters.
  • In FIG 1 ist mit 1 ein als Flüssigkeitsringmaschine ausgebildeter mechanischer Verdichter bezeichnet. An eine erste Anschlußöffnung 11 der Flüssigkeitsringmaschine 1 ist eine Saugleitung 2 geschaltet. An eine zweite, entgegengesetzt wirkende Anschlußöffnung 12 ist der Flüssigkeitsringmaschine 1 über eine Verbindungsleitung 3 ein Flüssigkeitsabscheider 4 nachgeschaltet.
  • Der Flüssigkeitsabscheider 4 weist eine Abluftleitung 5 auf und ist über eine Rücklaufleitung 6 mit der Flüssigkeitsringmaschine 1 verbunden.
  • Die Flüssigkeitsringmaschine 1 weist weiterhin eine Nachkühleinheit 7 auf, die mit ihrer ersten Kammer 71 in die Saugleitung 2 und mit ihrer zweiten Kammer 72 in die Abluftleitung 5 geschaltet ist. In der in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltung der Flüssigkeitsringmaschine 1 zweigt von dem aus der Nachkühleinheit 7 herausgeführten Ende 51 der Abluftleitung 5 eine Kondensatleitung 8 ab, durch die die kondensierte Betriebsflüssigkeit in den Flüssigkeitsabscheider 4 und damit in den Betriebsflüssigkeitskreislauf (durchzogene Linie) und/oder in den Gasdurchlauf (gestrichelte Linie) zurückgeführt wird.
  • Die Kondensatleitung 8 muß nicht notwendigerweise von dem Ende 51 der Abluftleitung 5 abzweigen; die Kondensatleitung 8 kann vielmehr auch direkt von der Kammer 72 der Nachkühleinheit 7 herausgeführt und dann wiederum in die Saugleitung 2 oder in den Flüssigkeitsabscheider 4 münden.
  • Die Anordnung der Nachkühleinheit 7 ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Nachkühleinheit 7 kann auch direkt auf dem Abluftstutzen des Abscheiders 4 sitzen. Dies hat den Vorteil, daß das Kondensat aufgrund der Schwerkraft direkt in den Abscheider 4 zurückläuft. Die Kondensatleitung wird dadurch eingespart.
  • Über eine Einspritzleitung 9, die im gezeigten Ausführungsbeispiel von der Rücklaufleitung 6 abzweigt, wird vor der Nachkühleinheit 7 in die Saugleitung 2 Betriebsflüssigkeit eingespritzt.
  • Die im Flüssigkeitsabscheider 4 aus dem gasförmigen Fördermedium abgeschiedene Betriebsflüssigkeit wird durch ein in der Rücklaufleitung 6 angeordneten Wärmetauscher 10 gekühlt. Über die Einspritzleitung 9 wird damit nur gekühlte Betriebsflüssigkeit in die Saugleitung 2 eingespritzt.
  • Das in der Saugleitung 2 strömende Fördermedium wird durch die beim Einspritzen verdampfende Betriebsflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, teilweise oder vollständig gesättigt. Die zur Verdampfung der eingespritzten Betriebsflüssigkeit notwendige Verdampfungswärme wird dem Fördermedium in der Saugleitung entzogen, wodurch sich das Fördermedium abkühlt. Damit wird das bereits vorhandene Temperaturgefälle zwischen dem in der Saugleitung 2 strömenden Fördermedium (Saugluft) und dem in der Abluftleitung 5 strömenden Fördermedium (Abluft) vergrößert.
  • Die in FIG 1 dargestellte Flüssigkeitsringmaschine 1 arbeitet in einem geschlossenen Betriebsflüssigkeitskreislauf. Abhängig vom Ansaugdruck ist dadurch nur eine geringe bis gar keine Zugabe von Betriebsflüssigkeit (Ergänzungswasser, das chemische Bestandteile, Feststoffe und Kalk enthält) notwendig. Damit wird die von den chemischen Bestandteilen verursachte Korrosion und die Verschmutzung durch Feststoffe sowie die Verkalkung zuverlässig verhindert bzw. verzögert.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung ist nicht nur auf Flüssigkeitsringmaschinen beschränkt, sondern eignet sich für alle mechanischen Verdichter. In FIG 2 ist dies am Beispiel einer trockenlaufenden Verdrängerpumpe gezeigt, die ebenfalls mit 1 bezeichnet ist. An eine erste Anschlußöffnung 11 der Verdrangerpumpe 1 ist eine Saugleitung 2 geschaltet. An eine zweite, entgegengesetzt wirkende Anschlußöffnung 12 der Verdrängerpumpe 1 ist eine Druckleitung 3 geschaltet, die bei dem in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel direkt in eine Nachkühleinheit 7 mündet. Die Nachkühleinheit 7 besteht aus zwei getrennten Kammern 71 und 72. Die Nachkühleinheit 7 ist mit ihrer ersten Kammer 71 in die Saugleitung 2 und mit ihrer zweiten Kammer 72 in die Druckleitung 3 geschaltet.
  • Über eine Einspritzleitung 9 wird vor der Nachkühleinheit 7 in die Saugleitung 2 gekühlte Flüssigkeit eingespritzt. Diese Flüssigkeit kann z.B. aus dem Prozeßkreislauf entnommen werden. Durch die Einspritzung von Flüssigkeit in die Saugleitung 2 wird der bereits bei FIG 1 beschriebene Kühleffekt erzielt.

Claims (6)

  1. Mechanische Verdichter (1), mit folgenden Merkmalen:
    a) An eine erste Anschlußöffnung (11) ist eine Saugleitung (2) und an eine zweite Anschlußöffnung (12) ist eine Druckleitung (3,5) geschaltet;
    b) eine Nachkühleinheit (7), die aus zwei getrennten Kammern (71,72) mit wenigstens einer Trennwand besteht, ist mit ihrer ersten Kammer (71) in die Saugleitung (2) und mit ihrer zweiten Kammer (72) in die Druckleitung (3,5) geschaltet;
    c) wenigstens eine Einspritzleitung (9) zum Einspritzen von Flüssigkeit mündet vor der Nachkühleinheit (7) und/oder in der Nachkühleinheit (7) in die Saugleitung (2).
  2. Mechanischer Verdichter (1) nach Anspruch 1, der als Flüssigkeitsringmaschine ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    d) Die Druckleitung umfaßt eine Verbindungsleitung (3), durch die ein Flüssigkeitsabscheider (4) an die zweite Anschlußöffnung (12) der Flüssigkeitsringmaschine (1) geschaltet ist, sowie wenigstens eine aus dem Flüssigkeitsabscheider (4) herausgeführte Abluftleitung (5);
    e) der Flüssigkeitsabscheider (4) weist wenigstens eine zur Flüssigkeitsringmaschine (1) zurückführende Rücklaufleitung (6) auf;
    f) die Nachkühleinheit (7) ist mit ihrer zweiten Kammer (72) in die Abluftleitung (5) geschaltet;
    g) aus der zweiten Kammer (72) der Nachkühleinheit (7) ist das Kondensat in den Betriebsflüssigkeitskreislauf und/oder in den Gasdurchlauf rückführbar.
  3. Mechanischer Verdichter (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in die Rücklaufleitung (6) ein Wärmetauscher (10) geschaltet ist.
  4. Mechanischer Verdichter (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einspritzleitung (9) zwischen Wärmetauscher (10) und Flüssigkeitsringmaschine (1) von der Rücklaufleitung (6) abzweigt.
  5. Mechanischer Verdichter (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Wärmetauscher (10) als Luftkühler ausgebildet ist.
  6. Mechanischer Verdichter (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kondensatrückführung über eine Kondensatleitung (8) erfolgt, die von dem aus der Nachkühleinheit (7) herausgeführten Ende (51) der Abluftleitung (5) abzweigt.
EP94110281A 1993-08-11 1994-07-01 Mechanischer Verdichteranlage Expired - Lifetime EP0638723B1 (de)

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DE19934327003 DE4327003C1 (de) 1993-08-11 1993-08-11 Flüssigkeitsringmaschine
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DE9404463U 1994-03-16
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Publication Number Publication Date
EP0638723A1 true EP0638723A1 (de) 1995-02-15
EP0638723B1 EP0638723B1 (de) 1997-06-04

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP94110281A Expired - Lifetime EP0638723B1 (de) 1993-08-11 1994-07-01 Mechanischer Verdichteranlage

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US (1) US5511953A (de)
EP (1) EP0638723B1 (de)
JP (1) JP3515998B2 (de)
CN (1) CN1040683C (de)
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