EP2419644B1 - Mehrstufiger turboverdichter - Google Patents

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EP2419644B1
EP2419644B1 EP10714231.7A EP10714231A EP2419644B1 EP 2419644 B1 EP2419644 B1 EP 2419644B1 EP 10714231 A EP10714231 A EP 10714231A EP 2419644 B1 EP2419644 B1 EP 2419644B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
gas
stage
turbocompressor
sealing
Prior art date
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Active
Application number
EP10714231.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2419644A1 (de
Inventor
Ludger Alfes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/104—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps the sealing fluid being other than the working fluid or being the working fluid treated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/124—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid

Definitions

  • the invention relates to a multistage turbocompressor having at least one rotor and a housing which compresses a process gas from an inlet pressure at the inlet of a first stage to a final pressure at the outlet of a last stage, wherein at least the first and the last stage at least one gas seal is assigned which seals the passage of a rotor shaft through a wall of the housing or housings against a respective step inlet pressure or step end pressure, the gas seals being connected to at least one barrier gas line by which they are supplied with barrier gas, at least one pressure space on the pressure side of the gas seal the last stage, which seals against the final pressure to the environment, is connected to at least one discharge line, which opens into a pressure sink.
  • gas seals In the field of turbocompressors, gas seals, in particular in a tandem arrangement, have the task of sealing shaft passages from the pressure chamber within the housing to the atmosphere.
  • the gas seals are non-contact seals and are lubricated with dry filtered seal gas.
  • This barrier gas is normally taken from the discharge port of the last stage, which has the highest pressure. Thereafter, it is filtered, possibly heated, and reduced by orifices or throttle valves in the pressure and guided by supply lines to the individual gas seals. Since the stages are regularly increasing in pressure from the first to the last stage, different differential pressures are realized at the individual orifices or throttle valves. The steps are normally sealed against the final pressure behind their impeller.
  • turbocompressor If the turbocompressor is driven at the intake limit in its operating map, it promotes a high volume with only a slight increase in pressure. In this case, the differential pressure between the pressure in the discharge nozzle and the final pressure behind the impeller of the last stage of the process (possibly depending on the process of the last two stages) is so small that a sufficient barrier gas supply via the existing aperture or throttle valve settings is no longer possible. In this case, unfiltered, possibly moist process gas can come to the gas seal and damage it.
  • the invention is based on the object to provide an improved seal of multi-stage turbocompressors, which prevents exposure to the gas seals with unfiltered process gas.
  • the relief of the pressure chamber according to the invention on the pressure side of the gas seal provides in particular Operating conditions, which are characterized by only a small pressure build-up in the multi-stage turbocompressor, for the required pressure difference, to ensure the sealing effect or to ensure an inflow of sealing gas to supply the gas seal through the sealing gas line.
  • the discharge line is dimensioned such that the pressure drop achieved in the pressure chamber on the pressure side of the gas seal is sufficient so that sufficient sealing gas flows in and no process gas passes to the gas seal.
  • the sizing should be be such that no more sealing gas is consumed than required to achieve the sealing effect and safe operation.
  • Preferred as a pressure sink is an introduction into a stage of the turbocompressor, where there is a lower pressure than in the pressure chamber.
  • an additional shaft seal is provided between the pressure chamber and a step outlet of the associated stage. This is preferably designed as a labyrinth. This auxiliary shaft seal can cause a required pressure loss, which is needed so that the sealing gas, when it is branched off from the highest pressure stage, the pressure difference, so that it flows into the gas seal.
  • a particularly preferred field of application of the invention are turbocompressors in which a plurality of stages at least each have a gas seal, in particular where several stages are provided in different housings, each having a gas seal on a passage of the shaft through a housing wall.
  • each connected to the gas seal barrier gas line has a throttle or an adjustment valve by means of which the pending in normal operation sealing gas pressure is adjusted such that the gas seal can fulfill their function properly and the Consumption of sealing gas is simultaneously minimized.
  • a certain pressure reserve should be held here in order to pass through expected fluctuations in the operating condition without errors.
  • the barrier gas lines of the individual gas seals are connected to a sealing gas inlet or a sealing gas collector.
  • this sealing gas supply line between the individual junctions of the sealing gas lines be provided with control valves, which lower the pressure in the downstream sealing gas lines in dependence on the operating state.
  • control valves which lower the pressure in the downstream sealing gas lines in dependence on the operating state.
  • this use of control valves allows the provision of a reserve, which ensures the reliability of the gas seals in case of need.
  • the barrier gas consumption can be minimized and on the other hand, the reliability of the gas seals can be increased.
  • a valve can be provided in the discharge lines, which opens when necessary.
  • This valve may be formed with a binary positional option, or may be gradually adjustable as a control valve, which also provides the option of adjusting the degree of pressure relief to the actual requirement in a relief requirement while not unduly compromising the efficiency of the overall arrangement.
  • a preferred central control can suitably control both the position of the control valves in the sealing gas supply line as well as those of the valves in the discharge line, in particular in dependence on the volume flow in the sealing gas line. For this purpose, it makes sense to measure the volume flow in the barrier gas lines directly or indirectly.
  • a reliable measurement can by means of a measuring arrangement to the Throttles or adjusting valves are made in the sealing gas lines, which determine the local pressure difference, which allow a clear inference to the flow rate.
  • the control opens the control valve or the control valves in the sealing gas supply line when the measure of the volume flow through the sealing gas line of at least one gas seal falls below a first volume flow limit.
  • the control opens the valves in the relief lines collectively or individually, if at the respective measuring point in the sealing gas line too low a volume flow is detected or at least one measuring point in a barrier gas line too low a flow rate is detected.
  • the regulations for the control valves in the sealing gas supply line and for the valves in the discharge lines do not influence each other, it is useful if the bioregelnden setpoints for the pressure difference across the orifices or the measure of the flow in terms of control of the control valves and the valves have a minimum distance from each other.
  • FIG. 1 shows a multi-stage turbocompressor TC comprising six stages ST1 to ST6.
  • Process gas PG enters each stage ST1 to ST6, where it is compressed from an inlet pressure p1 to p6 to a respective outlet pressure p2 to p7.
  • the individual stages ST1 to ST6 each have a rotor R, on which is arranged an impeller of a step ST1 to ST6, each designed as a radial compressor.
  • the stages are each surrounded by a housing C, through the housing wall, the shaft of the rotor R is passed for the purpose of connection to the drive, not shown.
  • a gas seal DGS1 to DGS6 is provided, which seals the respective stage end pressure p2 to p7 from the environment.
  • the gas seal DGS1 to DGS6 is each formed as a dry gas seal and is supplied with a sealing gas SG by means of a sealing gas line SGL 1 to SGL6.
  • the gas seals DGS1 to DGS6 are each provided in a tandem arrangement, wherein on the pressure side, between the two individual seals of the tandem arrangement of the gas seal DGS1 to DGS6 and on the surrounding side additionally a labyrinth seal LS is provided.
  • the two sealing elements of the gas seals DGS1 to DGS6 each have a sealing plane which is not designated in detail and runs in the radial direction.
  • the purge gas is withdrawn from the exit EX at the last stage ST6 and, after passing through a filter FI and a heater HAT, is introduced into a purge gas supply SGC.
  • the purge gas supply line SGC feeds the treated purge gas SG into the connected purge gas lines SGL1 to SGL6 to supply the gas seals DGS1 to DGS6.
  • the barrier gas lines SGL1 to SGL 6 are provided with individual throttles TH1 to TH6, one at the respective pressure of the stage ST1 to ST6 in the gas seal DGS1 to provide DGS6 adapted barrier gas pressure.
  • the last stage ST6 has a separate pressure space PR in front of the gas seal DGS6, which is separated from the stage end pressure p7 by an additional rotor seal ARS, which is designed as a labyrinth seal LS.
  • the differential pressure released in the auxiliary shaft seal ARS can be increased by opening a valve CV2 in a relief line RL which connects the pressure chamber PR to a pressure sink - in this case entering the stage ST6 with the pressure p6 of the inlet, which is below the pressure p7 of the outlet EX is.
  • the area of the opening of the purge gas lines SGL4 to SGL6 associated with the fourth, fifth and sixth stages ST4 to ST6 is disconnected from the remaining area of the purge gas supply SGC by means of a control valve CV12.
  • Another control valve CV11 separates the barrier gas conduits SGL1 to SGL3 for the first, second and third stages ST1 to ST3 from the purge gas supply SGC.
  • the two control valves CV11, CV12 in the sealing gas supply SGC allow a demand-based reduction of the pressure before the throttles TH1 to TH6, the first, second and third stages ST1 to ST3 and the fourth, fifth and sixth stages ST4 to ST6 adapted to different operating conditions.
  • a measurement of the differential pressure pdt1, pdt2, a third stage and a sixth stage via the local throttle TH3, TH6 in the barrier gas line SGL3, SGL6 is used as a measure of the local volume flow at a control CR transmitted.
  • This control CR controls the control valves CV11, CV12 such that a first volume flow limit VL1, VL2 is not undershot. If the pressure reserve in the sealing gas supply line SGC does not allow an additional increase in the pressure of the sealing gas SG behind the control valves CV11, CV12, the control CR additionally opens the valve CV2 to the pressure chamber PR on the pressure side of the gas seal DGS6 last stage ST6 by means of the discharge line RL to relieve.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Turboverdichter mit mindestens einem Rotor und einem Gehäuse, welcher ein Prozessgas von einem Eintrittsdruck am Eintritt einer ersten Stufe auf einen Enddruck am Austritt einer letzten Stufe verdichtet, wobei mindestens der ersten und der letzten Stufe mindestens jeweils eine Gasdichtung zugeordnet ist, welche den Durchtritt einer Rotorwelle durch eine Wand des Gehäuses oder der Gehäuse gegen ein jeweiligen Stufeneintrittsdruck oder Stufenenddruck nach außen abdichtet, wobei die Gasdichtungen mit mindestens einer Sperrgasleitung verbunden sind, mittels derer sie mit Sperrgas versorgt werden, wobei zumindest ein Druckraum auf der Druckseite der Gasdichtung der letzten Stufe, die gegen den Enddruck zur Umgebung abdichtet, mit mindestens einer Entlastungsleitung verbunden ist, die in eine Drucksenke mündet.
  • Im Bereich von Turboverdichtern haben Gasdichtungen, insbesondere in einer Tandemanordnung die Aufgabe, Wellendurchtritte vom Druckraum innerhalb des Gehäuses zur Atmosphäre abzudichten. Die Gasdichtungen sind berührungslose Dichtungen und werden mit trockenem gefiltertem Sperrgas geschmiert. Dieses Sperrgas wird normalerweise aus dem Druckstutzen der letzten Stufe, die den höchsten Druck hat, entnommen. Danach wird es gefiltert, unter Umständen beheizt, und über Blenden oder Drosselventile im Druck reduziert sowie mittels Versorgungsleitungen zu den einzelnen Gasdichtungen geführt. Da die Stufen von der ersten bis zur letzten Stufe im Druck regelmäßig ansteigend sind, werden an den einzelnen Blenden bzw. Drosselventilen unterschiedliche Differenzdrücke realisiert. Die Stufen werden im Normalfall gegen den Enddruck hinter ihrem Laufrad abgedichtet. Das bedeutet, dass die Blende bzw. das Drosselventil in der Zuleitung des Sperrgases zu der Gasdichtung, die der ersten Prozessstufe zugeordnet ist, eine hohe Druckdifferenz abgebaut wird, während die Blende in der Sperrgaszuleitung zu der Gasdichtung der letzten Stufe des Turboverdichters eine nur sehr niedrige Druckdifferenz abzubauen hat. Dementsprechend ist der Drosselventilöffnungsquerschnitt bzw. der Blendendurchmesser an der ersten Stufe relativ klein und an der letzten verhältnismäßig groß, um dort die erforderliche Sperrgasmenge bereit zu stellen.
  • Wird der Turboverdichter in seinem Betriebskennfeld an der Schluckgrenze gefahren, fördert er ein hohes Volumen bei nur geringem Druckaufbau. In diesem Fall ist der Differenzdruck zwischen dem Druck im Druckstutzen und dem Enddruck hinter dem Laufrad der letzten Prozessstufe (unter Umständen je nach Prozess der letzten beiden Stufen) derart gering, dass eine ausreichende Sperrgasversorgung über die vorhandenen Blenden bzw. Drosselventileinstellungen nicht mehr möglich ist. In diesem Fall kann ungefiltertes, eventuell feuchtes Prozessgas an die Gasdichtung kommen und diese beschädigen.
  • Aus der DE 24 11 243 A1 ist bereits ein Turboverdichter der eingangs genannten Art bekannt; die US 3 795 460 A und die JP 2000073990 zeigen ebenfalls Turboverdichter mit Sperrgasversorgungen.
  • Ausgehend von den vorstehend beschriebenen Problemen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Abdichtung von mehrstufigen Turboverdichtern zu schaffen, die eine Beaufschlagung der Gasdichtungen mit ungefiltertem Prozessgas verhindert.
  • Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Turboverdichter der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Die erfindungsgemäße Entlastung der Druckraums auf der Druckseite der Gasdichtung sorgt insbesondere in Betriebszuständen, die durch einen nur geringen Druckaufbau in dem mehrstufigen Turboverdichter gekennzeichnet sind, für die erforderliche Druckdifferenz, um den Dichtungseffekt zu gewährleisten bzw. einen Einströmen von Sperrgas zur Versorgung der Gasdichtung durch die Sperrgasleitung sicherzustellen. Bevorzugt ist die Entlastungsleitung derart dimensioniert, dass die erreichte Druckabsenkung in dem Druckraum auf der Druckseite der Gasdichtung ausreichend ist, damit hinreichend Sperrgas zuströmt und kein Prozessgas zu der Gasdichtung gelangt. Weiterhin sollte die Dimensionierung derart sein, dass nicht mehr Sperrgas verbraucht wird als zu Erzielung des Dichteffekts und zum sicheren Betrieb erforderlich. Bevorzugt ist als Drucksenke eine Einleitung in eine Stufe des Turboverdichters, wo ein niedrigerer Druck vorliegt als in dem Druckraum. Besonders zweckmäßig ist hier die Einleitung in einen Eintritt in eine Stufe. Auf diese Weise wird das Prozessgas zum Zwecke der angestrebten Druckentlastung zu einem lediglich geringen Anteil im Kreis geführt. Um den Verbrauch an vorgespanntem Prozessgas bzw. den Anteil des durch die Druckentlastung entspannten Prozessgases möglichst gering zu halten ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem Druckraum und einem Stufenaustritt der zugeordneten Stufe eine Zusatzwellendichtung vorgesehen ist. Diese ist bevorzugt als Labyrinth ausgebildet. Diese Zusatzwellendichtung kann einen erforderlichen Druckverlust herbeiführen, der benötigt wird, damit das Sperrgas, wenn es aus der druckhöchsten Stufe abgezweigt ist, die Druckdifferenz hat, damit es in die Gasdichtung einströmt.
  • Weil manche Betriebszustände keine ausreichende Druckdifferenz hervorbringen (z.B. vorgespannter Stillstand), ist es sinnvoll, wenn für diese ein Fremdgas - also ein Gas, welches nicht direkt dem Pfad des Prozessgases durch diesen Turboverdichter entstammt - als Sperrgas zur Verfügung steht.
  • Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Turboverdichter, bei denen mehrere Stufen mindestens jeweils eine Gasdichtung aufweisen, insbesondre dort, wo mehrere Stufen in verschiedenen Gehäusen vorgesehen sind, die jeweils eine Gasdichtung an einer Durchführung der Welle durch eine Gehäusewand aufweisen. Zur Minimierung des Sperrgasverbrauchs ist es außerdem zweckmäßig, wenn die jeweils mit der Gasdichtung verbundene Sperrgasleitung ein Drossel- oder ein Einstellventil aufweist, mittels dessen der an der Dichtung im normalen Betrieb anstehende Sperrgasdruck derart eingestellt wird, dass die Gasdichtung ihre Funktion einwandfrei erfüllen kann und der Verbrauch an Sperrgas gleichzeitig minimiert ist. Eine gewisse Druckreserve sollte hierbei vorgehalten werden, um zu erwartende Schwankungen des Betriebszustandes fehlerfrei durchfahren zu können.
  • Mit Vorteil sind die Sperrgasleitungen der einzelnen Gasdichtungen mit einer Sperrgaszuleitung bzw. einem Sperrgassammler verbunden. Erfindungsgemäß ist diese Sperrgaszuleitung zwischen den einzelnen Einmündungen der Sperrgasleitungen mit Regelventilen versehen sein, die in Abhängigkeit von dem Betriebszustand den Druck in den stromabwärtigen Sperrgasleitungen absenken. Auf diese Weise gibt es Bevorzugt neben der statischen Drossel in der Sperrgasleitung eine Anpassungsmöglichkeit der Sperrgaszufuhr, die in gewissen Betriebszuständen einem übermäßigen Verbrauch an Sperrgas entgegenwirkt. Andererseits ermöglicht dieser Einsatz von Regelventilen das Vorhalten einer Reserve, welche im Bedarfsfall die Betriebssicherheit der Gasdichtungen gewährleistet. Insbesondere in der Kombination mit den erfindungsgemäßen Entlastungsleitungen kann so einerseits der Sperrgasverbrauch minimiert werden und andererseits die Betriebssicherheit der Gasdichtungen erhöht werden.
  • Mit besonderem Vorteil kann in den Entlastungsleitungen ein Ventil vorgesehen werden, welches im Bedarfsfall öffnet. Dieses Ventil kann mit einer binären Stellungsoption ausgebildet sein oder auch als Regelventil graduell verstellbar sein, welche zweite Option zusätzlich die Möglichkeit bietet, bei einem Entlastungserfordernis das Ausmaß der Druckentlastung dem tatsächlichen Erfordernis anzupassen und gleichzeitig den Wirkungsgrad der Gesamtanordnung nicht zu stark zu beeinträchtigen.
  • Eine bevorzugte zentrale Regelung kann zweckmäßig sowohl die Stellung der Regelventile in der Sperrgaszuleitung als auch diejenigen der Ventile in der Entlastungsleitung insbesondere in Abhängigkeit von dem Volumenstrom in der Sperrgasleitung steuern. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, den Volumenstrom in den Sperrgasleitungen direkt oder indirekt zu messen. Eine zuverlässige Messung kann mittels einer Messanordnung an den Drosseln oder Einstellventilen in den Sperrgasleitungen erfolgen, welche die dortige Druckdifferenz feststellen, welche einen eindeutigen Rückschluss auf den Volumenstrom zulassen. Die Regelung öffnet das Regelventil oder die Regelventile in der Sperrgaszuleitung, wenn das Maß für den Volumenstrom durch die Sperrgasleitung mindestens einer Gasdichtung unter einen ersten Volumenstromgrenzwert fällt. Weiterhin öffnet die Regelung die Ventile in den Entlastungsleitungen kollektiv oder individuell, wenn an dem jeweiligen Messpunkt in der Sperrgasleitung ein zu niedriger Volumenstrom festgestellt wird oder an mindestens einem Messpunkt in einer Sperrgasleitung ein zu niedriger Volumenstrom festgestellt wird.
  • Damit sich die Regelungen für die Regelventile in der Sperrgaszuleitung und für die Ventile in den Entlastungsleitungen nicht gegenseitig beeinflussen, ist es zweckmäßig, wenn die einzuregelnden Sollwerte für die Druckdifferenz über die Blenden bzw. das Maß für den Volumenstrom hinsichtlich der Ansteuerung der Regelventile und der Ventile einen Mindestabstand zueinander haben. Bevorzugt öffnen zunächst die Regelventile bis zur vollständigen Öffnung schrittweise bei einer Annäherung an einen ersten Volumenstromgrenzwert und bei einem weiteren Abfall des Volumenstroms öffnen die Entlastungsventile bis zur vollständigen Öffnung, um so die Betriebssicherheit der Gasdichtungen zu gewährleisten.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung verdeutlicht. Die Erfindung ist nicht auf die spezielle Ausgestaltung dieses Beispiels beschränkt, vielmehr ergeben sich dem Fachmann insbesondere und bei Erwägung jeder möglichen Kombination der Patentansprüche weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.
  • Es zeigt:
    • Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboverdichters.
  • Figur 1 zeigt einen mehrstufigen Turboverdichter TC, der sechs Stufen ST1 bis ST6 umfasst. Prozessgas PG tritt in jede Stufe ST1 bis ST6 ein und wird dort von einem Eintrittsdruck p1 bis p6 auf einen jeweiligen Austrittsdruck p2 bis p7 verdichtet. Die einzelnen Stufen ST1 bis ST6 weisen jeweils einen Rotor R auf, auf dem ein Laufrad einer jeweils als Radialverdichter ausgebildeten Stufe ST1 bis ST6 angeordnet ist. Die Stufen sind jeweils von einem Gehäuse C umgeben, durch dessen Gehäusewand die Welle des Rotors R hindurchgeführt ist zum Zwecke der Anbindung an den nicht näher dargestellten Antrieb. Im Bereich der Durchführung ist eine Gasdichtung DGS1 bis DGS6 vorgesehen, die den jeweiligen Stufenenddruck p2 bis p7 gegenüber der Umgebung abdichtet. Die Gasdichtung DGS1 bis DGS6 ist jeweils als Trockengasdichtung ausgebildet und wird mit einem Sperrgas SG mittels einer Sperrgasleitung SGL 1 bis SGL6 versorgt. Die Gasdichtungen DGS1 bis DGS6 sind jeweils in einer Tandemanordnung vorgesehen, wobei auf der Druckseite, zwischen den beiden einzelnen Dichtungen der Tandemanordnung der Gasdichtung DGS1 bis DGS6 und auf der Umgebungsseite zusätzlich jeweils eine Labyrinthdichtung LS vorgesehen ist.
  • Die beiden Dichtelemente der Gasdichtungen DGS1 bis DGS6 weisen jeweils eine nicht im Detail bezeichnete und in radialer Richtung verlaufende Dichtebene auf. Das Sperrgas wird dem Austritt EX an der letzten Stufe ST6 entnommen und nach Durchlauf durch einen Filter FI und einer Heizung HAT in einer Sperrgaszuleitung SGC eingeleitet. Die Sperrgaszuleitung SGC speist das aufbereitete Sperrgas SG in die verbundenen Sperrgasleitungen SGL1 bis SGL6 zur Versorgung der Gasdichtungen DGS1 bis DGS6 ein. Die Sperrgasleitungen SGL1 bis SGL 6 sind mit individuellen Drosseln TH1 bis TH6 versehen, die einen an dem jeweiligen Druck der Stufe ST1 bis ST6 im Bereich der Gasdichtung DGS1 bis DGS6 angepassten Sperrgasdruck bereitstellen. Die letzte Stufe ST6 weist einen separaten Druckraum PR vor der Gasdichtung DGS6 auf, der mit einer zusätzlichen Rotordichtung ARS, die als Labyrinthdichtung LS ausgebildet ist, von dem Stufenenddruck p7 getrennt ist. Der in der Zusatzwellendichtung ARS abgebaute Differenzdruck kann erhöht werden durch Öffnung eines Ventils CV2 in einer Entlastungsleitung RL, welche den Druckraum PR mit einer Drucksenke verbindet - hier dem Eintritt in die Stufe ST6 mit dem Druck p6 des Eintritts, der unter dem Druck p7 des Austritts EX liegt.
  • Der Bereich des Einmündens der Sperrgasleitungen SGL4 bis SGL6, die der vierten, fünften und sechsten Stufe ST4 bis ST6 zugeordnet sind, ist von dem übrigen Bereich der Sperrgaszuleitung SGC mittels eines Regelventils CV12 abgetrennt. Ein weiteres Regelventil CV11 trennt die Sperrgasleitungen SGL1 bis SGL3 für die erste, zweite und dritte Stufe ST1 bis ST3 von der Sperrgaszuleitung SGC ab. Die beiden Regelventile CV11, CV12 in der Sperrgaszuleitung SGC ermöglichen einen bedarfsgerechten Abbau des Drucks vor den Drosseln TH1 bis TH6, der ersten, zweiten und dritten Stufe ST1 bis ST3 bzw. der vierten, fünften und sechsten Stufe ST4 bis ST6 angepasst an verschiedene Betriebszustände. Die jeweils im Druck höchste Stufe St3, ST6 in dem von dem jeweiligen Regelventil CV11, CV12 kontrollierten Abschnitt der Sperrgaszuleitung SGC ist maßgeblich für die Regelung der Stellung des Regelventils CV11, CV12. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass solange, wie durch die Blende TH6 der letzten Stufe ST6 ein ausreichender Volumenstrom strömt, insbesondere die Gasdichtungen DGS4 und DGS5 der vierten und fünften Stufe ST4, ST5 hinreichend mit Sperrgas SG versorgt sind. Entsprechend liegt diese Erkenntnis auch der Steuerung des Regelventils CV11 für die erste, zweite und dritte Stufe ST1 bis ST 3 zugrunde. Eine Messung des Differenzdrucks pdt1, pdt2, einer dritten Stufe und einer sechsten Stufe über die dortige Drossel TH3, TH6 in der Sperrgasleitung SGL3, SGL6 wird als Maß für den dortigen Volumenstrom an einer Regelung CR übermittelt. Diese Regelung CR steuert die Regelventile CV11, CV12 derart, dass ein erster Volumenstromgrenzwert VL1, VL2 jeweils nicht unterschritten wird. Sollte die Druckreserve in der Sperrgaszuleitung SGC keine zusätzliche Steigerung des Drucks des Sperrgases SG hinter den Regelventilen CV11, CV12 zulassen, öffnet die Regelung CR zusätzlich das Ventil CV2, um den Druckraum PR auf der Druckseite der Gasdichtung DGS6 der letzten Stufe ST6 mittels der Entlastungsleitung RL zu entlasten. Der so abfallende Druck stellt sicher, durch die Sperrgasleitung SGL6 der letzten Stufe ST6 bzw. der dortigen Gasdichtung DGS6 ausreichend ist und sich in der dortigen Drossel TH6 wieder eine entsprechende Druckdifferenz einstellt. Für das verhältnismäßig niedrige Druckniveau der übrigen Stufen ST1 bis ST5 ist eine derartige Entlastungsleitung RL nicht erforderlich, weil das Druckniveau des Austritts EX aus der letzten Stufe ST6 stets höher ist.
  • Zur Versorgung mit einem Fremdgas FSG - also ein Gas, welches nicht direkt dem Pfad des Prozessgases durch diesen Turboverdichter entstammt - als Sperrgas in bestimmten Betriebszustände, in denen keine ausreichende Druckdifferenz in dem Turboverdichter TC vorherrscht (z.B. vorgespannter Stillstand), ist eine Zuleitung in die Sperrgaszuleitung SGC vorgesehen.

Claims (8)

  1. Mehrstufiger Turboverdichter (TC) mit mindestens einem Rotor (R) und einem Gehäuse (C), welcher ein Prozessgas (PG) von einem Eintrittsdruck (p1) am Eintritt einer ersten Stufe (ST1) auf einen Enddruck (p7) am Austritt (EX) einer letzten Stufe (ST6) verdichtet, wobei mindestens der ersten Stufe (ST1) und der letzten Stufe (ST6) mindestens jeweils eine Gasdichtung (DGS1 - DGS6) zugeordnet ist, welche den Durchtritt einer Rotorwelle durch eine Wand des Gehäuses (C) oder der Gehäuse (C) gegen einen jeweiligen Stufeneintrittsdruck oder Stufenenddruck abdichtet, wobei die Gasdichtungen (DGS1 - DGS6) mit mindestens einer Sperrgasleitung (SGL1 - SGL6) verbunden sind, mittels derer sie mit Sperrgas (SG) versorgt werden,
    wobei zumindest ein Druckraum (PR) auf der Druckseite der Gasdichtung (DGS1 - DGS6) der letzten Stufe (ST6), die gegen den Enddruck zur Umgebung abdichtet, mit mindestens einer Entlastungsleitung (RL) verbunden ist, die in eine Drucksenke mündet, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sperrgasleitungen (SGL1 - SGL6) mit einer Sperrgaszuleitung (SGC) verbunden sind, in der mindestens ein Regelventil (CV11, CV12) zwischen Einmündungen verschiedener Sperrgasleitungen (SGL1 - SGL6) angeordnet ist.
  2. Turboverdichter (TC) nach Anspruch 1,
    wobei die Drucksenke eine Einleitung in eine Stufe (ST1 - ST6) des Turboverdichters (TC) ist, wo ein niedrigerer Druck vorliegt oder in einen Eintritt in eine Stufe (ST1 - ST6).
  3. Turboverdichter (TC) nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen 1, 2,
    wobei zwischen dem Druckraum (PR) und einem Stufenaustritt der zugeordneten Stufe (ST1 - ST6) eine
    Zusatzwellendichtung (ARS) vorgesehen ist.
  4. Turboverdichter (TC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
    wobei an mehreren Stufen (ST1 - ST6) eine Gasdichtung (DG1 - DG6) vorgesehen ist und die jeweils verbundene Sperrgasleitung (SGL1 - SGL6) eine Drossel (TH1 - TH6) aufweist, die den Sperrgasdruck an den Abdichtdruck anpasst.
  5. Turboverdichter (TC) nach Anspruch 4,
    wobei eine Regelung (CR) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass bei Unterschreitung eines ersten Volumenstromgrenzwertes (VL1) durch eine Drossel (TH1 - TH6) das Regelventil (CV11, CV12), welches stromaufwärts der Sperrgasleitung (SGL1 - SGL6) angeordnet ist, öffnet.
  6. Turboverdichter (TC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
    wobei ein Ventil (CV2) in der Entlastungsleitung (RL) vorgesehen ist, welches von einer Regelung (CR) gesteuert wird, welche Regelung (CR) derart ausgebildet ist, dass das Ventil (CV2) öffnet, wenn ein zweiter Volumenstromgrenzwert (VL2) unterschritten ist.
  7. Turboverdichter (TC) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 6,
    wobei die Regelung (CR) derart ausgebildet ist, dass der erste Volumenstromgrenzwert (VL1) kleiner ist als der zweite Volumenstromgrenzwert (VL2).
  8. Turboverdichter (TC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
    wobei eine Messeinrichtung (PDT1, PDT2) vorgesehen ist, die den Differenzdruck über die Drossel (TH1 - TH6) bestimmt und als Maß für den Volumenstrom an die Regelung (CR) übermittelt.
EP10714231.7A 2009-04-16 2010-04-07 Mehrstufiger turboverdichter Active EP2419644B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009017614A DE102009017614A1 (de) 2009-04-16 2009-04-16 Mehrstufiger Turboverdichter
PCT/EP2010/054576 WO2010118977A1 (de) 2009-04-16 2010-04-07 Mehrstufiger turboverdichter

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Publication Number Publication Date
EP2419644A1 EP2419644A1 (de) 2012-02-22
EP2419644B1 true EP2419644B1 (de) 2015-11-11

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ID=42768104

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