EP2572108B1 - Zentrifugalverdichter - Google Patents

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EP2572108B1
EP2572108B1 EP11721272.0A EP11721272A EP2572108B1 EP 2572108 B1 EP2572108 B1 EP 2572108B1 EP 11721272 A EP11721272 A EP 11721272A EP 2572108 B1 EP2572108 B1 EP 2572108B1
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EP
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shaft
centrifugal compressor
shaft end
spiral
housing
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EP11721272.0A
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Jürgen Geisner
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • 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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal compressor having a shaft extending along a machine axis, wherein a drive on the side of a collecting spiral, the downstream of at least one impeller collects a compressed fluid from an outflow into a subsequent machine module, which drive led out at one of a housing of the centrifugal compressor Shaft end is arranged, wherein at an opposite shaft end of the shaft, an axial suction is provided at an overhang stage of the centrifugal compressor.
  • Such compressors are used in particular for compressing large volume flows (eg 600,000 m 3 per hour) to pressures of, for example, 8 bar.
  • the axial suction here has the advantage that the suction is designed to be particularly large and at the same time the maximum diameter of the wheels remains moderate, so that the machine can be operated at higher speeds without overloading the materials of the rotating parts.
  • These machines are particularly preferred for air compression.
  • the compressed process fluid collects behind the impeller and flows into a subsequent machine module, for example a refrigeration unit.
  • a collecting spiral is a slightly helically executed annular chamber whose cross-sectional area widens in the circumferential direction with increasing proximity to the outflow into the downstream aggregate in the direction of rotation, since the volume flow through the collecting space increases in the same way.
  • This elaborate geometry is due to the fact that unfavorable flow contours, which generate high pressure losses in the collecting space, are also particularly detrimental to the efficiency due to the increased density of this fluid.
  • centrifugal compressor with input for compressing a fluid having a housing having a parallel to a machine axis extending parting plane and having a shaft extending along the machine axis with at least one impeller and a collecting spiral, which is arranged downstream of the at least one impeller and collecting the compressed fluid prior to outflow into a subsequent engine module, the collection coil being disposed at the first shaft end.
  • the devices disclosed therein comprise a drive, which is arranged on the first shaft end, wherein on the second shaft end an axial suction of the centrifugal compressor is provided.
  • the invention has therefore taken on the task to improve the centrifugal compressor initially defined such that on the one hand, the manufacturing cost is reduced and on the other hand no high pressure losses are generated in the collecting spiral.
  • the spiral is formed undivided in the circumferential direction and is flanged to the housing of the centrifugal compressor.
  • the undivided design of the collecting spiral has the advantage that the spiral, which is generally designed as a casting, does not form a shoulder on the flow contour produced by a parting line, which leads to undesired pressure losses either as a result of a disruption of the flow or a complex individualized post-processing needs.
  • the undivided formation of the spiral has the advantage that deformations of the spiral due to the high pressure of the outflowing fluid largely rotationally symmetrical and not, as in conventional training, by the separation in a parting joint strongly distorted occur.
  • no parting line opens as a result of Abström horres and there is also no ovalization of the generally round flange or the connection diameter of the collecting spiral.
  • An advantageous development of the invention provides that the spiral as a carrier of a shaft bearing for the storage of Shaft is formed. As a result, on the one hand a particularly compact design is achieved and on the other hand, the tolerance chain between the wheels of the shaft and opposite inner surfaces of the housing is particularly short.
  • the collecting spiral as a carrier of a shaft seal on the side of that shaft end on which the drive of the centrifugal compressor is arranged and the shaft is led out of the housing of the centrifugal compressor.
  • the formation of the spiral as the wearer of the bearing results in a particularly short tolerance chain between the bearing of the shaft and the surfaces of the seal, which face the shaft, so that particularly small sealing games can be realized or the seal a particularly low permeability Has.
  • the collecting spiral as the housing of the centrifugal compressor on one side final component as it formed a lid Accordingly, the number of components is reduced.
  • the directional data axial, radial, circumferential direction always refer to the machine axis.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a compressor CO according to the invention.
  • Essential components of the compressor CO are a housing C, a shaft SH, the wheels IM, of which only one is shown and carries an overhang ST, a to the housing C flanged collection spiral CC and a drive D, which rotates the shaft SH.
  • the shaft SH extends along a machine axis AX, which is the axis of rotation of the drive D at the same time.
  • a process fluid F is axially aspirated from the compressor CO and enters an overhang stage ST, is further compressed downstream by means of impellers IM, and enters a final stage LST for subsequent collection in the collection coil CC for entry into subsequent machine modules ,
  • the shaft SH is mounted in two radial bearings BE1, BE2.
  • the shaft SH has a first shaft end SE1 and a second shaft end SE2, wherein the first shaft end SE1 is driven by the drive D and the second shaft end SE2 carries the overhang stage ST.
  • the invention means a portion of the shaft extending from the respective end of the shaft toward the shaft center, about one third of the total wavelength being referred to in the terminology of the invention as the shaft end.
  • the collecting spiral CC, the second radial bearing BE2 and a shaft seal SHS are arranged in the region of the first shaft end SE1, in addition to the torque-transmitting connection with the drive D.
  • the collecting spiral CC, the second radial bearing BE2 and a shaft seal SHS are arranged in the region of the first shaft end SE1, in addition to the torque-transmitting connection with the drive D.
  • the collecting spiral CC While the housing CC has a parting line in the extension of the machine axis AX, the collecting spiral CC is undivided in the extension of the machine axis or parallel thereto and is flanged to the housing C by means of first fastening elements SM1.
  • the collecting spiral CC carries the second radial bearing BE2 and the shaft seal SHS.
  • the undivided embodiment of the collecting spiral which is designed as a casting, has the advantage that it does not have any paragraph otherwise caused by a parting line in the circumferential direction, which could cause flow losses.
  • the attachment of the second radial bearing BE2 and the shaft seal SHS to the collecting spiral CC has the shortest possible tolerance chain between the radial bearing B2 and the shaft seal SHS result so that necessary for example thermal expansions radial clearances of the shaft SH in the shaft seal SHS can be minimal. In this way, a particularly good efficiency can be achieved.

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 Zentrifugalverdichter mit einer sich entlang einer Maschinenachse erstreckenden Welle, wobei ein Antrieb auf der Seite einer Sammelspirale, die stromabwärts mindestens eines Laufrades ein verdichtetes Fluid vor einer Abströmung in ein nachfolgendes Maschinenmodul sammelt, welcher Antrieb an einem aus einem Gehäuse des Zentrifugalverdichters herausgeführten Wellenende angeordnet ist, wobei an einem gegenüberliegenden Wellenende der Welle eine axiale Ansaugung an einer Überhangstufe des Zentrifugalverdichters vorgesehen ist.
  • Derartige Verdichter werden insbesondere zur Verdichtung von großen Volumenströmen (z.B. 600.000m3 pro Stunde) auf Drücke von beispielsweise 8bar eingesetzt. Die axiale Ansaugung hat hierbei den Vorteil, dass die Ansaugfläche besonders groß ausgebildet ist und gleichzeitig der maximale Durchmesser der Laufräder moderat bleibt, so dass die Maschine bei höheren Drehzahlen betrieben werden kann ohne die Materialien der rotierenden Teile zu überlasten. Diese Maschinen sind besonders zur Luftverdichtung bevorzugt.
  • In der sog. Sammelspirale sammelt sich das verdichtete Prozessfluid hinter dem Laufrad und strömt in ein nachfolgendes Maschinenmodul ein, beispielsweise ein Kühlaggregat. Regelmäßig handelt es sich bei einer solchen Sammelspirale um eine leicht helikal ausgeführte Ringkammer, deren Querschnittsfläche sich in Umfangsrichtung mit zunehmender Nähe zu der Abströmung in das nachfolgende Aggregat in Drehrichtung aufweitet, da der Volumenstrom durch den Sammelraum in gleicher Weise zunimmt. Diese aufwändige Geometrie ist dem Umstand geschuldet, dass ungünstige Strömungskonturen, welche hohe Druckverluste in dem Sammelraum erzeugen, auch in Folge der erhöhten Dichte dieses Fluids besonders schädlich für den Wirkungsgrad sind. Bei herkömmlichen Verdichtern besitzt die Sammelspirale ebenso wie das Gehäuse eine horizontale Teilfugen, die entweder in der Strömungskontur der Sammelspiraleeinen ungünstigen Absatz erzeugt, der zu Druckverlusten führt oder einer aufwendigen Nachbearbeitung bedarf, die an dem in der Regel als Gussteil ausgebildeten Element zeitintensiv individualisiert ausgeführt werden muss.
  • Aus den Dokumenten DE 38 35 341 A1 und US 2,578,617 A sind bereits Zentrifugalverdichter mit Eingang zum Verdichten eines Fluids bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, welches eine parallel zu einer Maschinenachse erstreckende Teilfugenebene aufweist und eine sich entlang der Maschinenachse erstreckende Welle aufweist mit mindestens einem Laufrad und einer Sammelspirale, die stromabwärts des mindestens einen Laufrades angeordnet ist und das verdichtete Fluid vor einer Abströmung in ein nachfolgendes Maschinenmodul sammelt, wobei die Sammelspirale an dem ersten Wellenende angeordnet ist. Weiterhin umfassen die dort offenbarten Vorrichtungen einen Antrieb, welcher an dem ersten Wellenende angeordnet ist, wobei an dem zweiten Wellenende eine axiale Ansaugung des Zentrifugalverdichters vorgesehen ist.
  • Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, den eingangs definierten Zentrifugalverdichter derartig zu verbessern, dass einerseits der Fertigungsaufwand reduziert ist und andererseits keine hohen Druckverluste in der Sammelspirale erzeugt werden.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Spirale in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist und an das Gehäuse des Zentrifugalverdichters angeflanscht ist.
  • Die ungeteilte Ausbildung der Sammelspirale hat den Vorteil, dass die in der Regel als Gussteil ausgebildete Spirale keinen durch eine Teilfuge erzeugten Absatz auf der Strömungskontur ausbildet, der entweder in Folge einer Störung der Strömung zu unerwünschten Druckverlusten führt oder einer aufwendigen individualisierten Nachbearbeitung bedarf.
  • Daneben hat die ungeteilte Ausbildung der Spirale den Vorteil, dass Verformungen der Spirale aufgrund des hohen Druckes des abströmenden Fluids weitestgehend rotationssymmetrisch erfolgen und nicht, wie bei herkömmlichen Ausbildungen, durch die Trennung in einer Teilfuge stark verzerrt auftreten. Insbesondere öffnet sich keine Teilfuge in Folge des Abströmdruckes und es gibt auch keine Ovalisierung des in der Regel rund ausgebildeten Flansches bzw. des Anschlussdurchmessers der Sammelspirale.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spirale als Träger eines Wellenlagers zur Lagerung der Welle ausgebildet ist. Hierdurch wird einerseits eine besonders kompakte Ausbildung erreicht und andererseits ist die Toleranzkette zwischen den Laufrädern der Welle und gegenüberliegenden Innenflächen des Gehäuses besonders kurz.
  • Weiterhin vorteilhaft ist eine Ausbildung der Sammelspirale als Träger einer Wellendichtung auf der Seite, desjenigen Wellenendes an der der Antrieb des Zentrifugalverdichters angeordnet ist und die Welle aus dem Gehäuse des Zentrifugalverdichters herausgeführt ist. Insbesondere in Kombination mit der Ausbildung der Spirale als Trägerin des Lagers ergibt sich eine besonders kurze Toleranzkette zwischen der Lagerung der Welle und den Flächen der Dichtung, die der Welle gegenüberstehen, so dass besonders geringe Dichtungsspiele verwirklicht werden können bzw. die Dichtung eine besonders niedrige Lässigkeit hat.
  • Zweckmäßig ist die Sammelspirale als das Gehäuse des Zentrifugalverdichters einseitig abschließendes Bauteil gleichsam einem Deckel ausgebildet. Dementsprechend wird die Anzahl der Bauteile reduziert.
  • Die Richtungsangaben axial, radial, Umfangsrichtung beziehen sich stets auf die Maschinenachse.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher beschrieben, wobei dem Fachmann sich neben diesen Ausführungsbeispiel insbesondere aus beliebiger Kombination der in den abhängigen Unteransprüchen definierten Merkmale weitere Möglichkeiten der Umsetzung der Erfindung ergeben. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Verdichter gemäß der Erfindung.
  • Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Verdichter CO gemäß der Erfindung. Wesentliche Bestandteile des Verdichters CO sind ein Gehäuse C, eine Welle SH, die Laufräder IM, die von denen nur eines dargestellt ist und eine Überhangstufe ST trägt, eine an das Gehäuse C angeflanschte Sammelspirale CC und ein Antrieb D, welcher die Welle SH dreht.
  • Die Welle SH erstreckt sich entlang einer Maschinenachse AX, welche gleichzeitig Drehachse des Antriebes D ist. Ein Prozessfluid F wird von dem Verdichter CO axial angesaugt und tritt ein in eine Überhangstufe ST, wird stromabwärts mittels Laufrädern IM weiter verdichtet und tritt in eine letzte Stufe LST ein, um anschließend in der Sammelspirale CC für den Eintritt in die nachfolgenden Maschinenmodule gesammelt zu werden. Die Welle SH ist in zwei Radiallagern BE1, BE2 gelagert. Die Welle SH weist ein erstes Wellenende SE1 und ein zweites Wellenende SE2 auf, wobei das erste Wellenende SE1 von dem Antrieb D angetrieben ist und das zweite Wellenende SE2 die Überhangstufe ST trägt. Unter einem Wellenende SE1, SE2 versteht die Erfindung einen Bereich der Welle, der sich von dem jeweiligen Ende der Welle in Richtung der Wellenmitte erstreckt, wobei etwa ein Drittel der gesamten Wellenlänge jeweils in der Terminologie der Erfindung als Wellenende bezeichnet wird. In dem Bereich des ersten Wellenendes SE1 ist neben der drehmomentübertragenden Verbindung mit dem Antrieb D auch die Sammelspirale CC, das zweite Radiallager BE2 und eine Wellendichtung SHS angeordnet. Während das Gehäuse CC in Erstreckung der Maschinenachse AX eine Teilfuge aufweist, ist die Sammelspirale CC in Erstreckung der Maschinenachse oder parallel dazu ungeteilt und wird mittels ersten Befestigungselementen SM1 an das Gehäuse C angeflanscht. Gleichzeitig ist die Sammelspirale CC Trägerin des zweiten Radiallagers BE2 und der Wellendichtung SHS. Die ungeteilte Ausführung der Sammelspirale, welche als Gussteil ausgebildet ist, hat den Vorteil, dass diese in Umfangsrichtung keinen ansonsten durch eine Teilfuge verursachten Absatz aufweist, der Strömungsverluste verursachen könnte. Die Befestigung des zweiten Radiallagers BE2 und der Wellendichtung SHS an der Sammelspirale CC hat eine möglichst kurze Toleranzkette zwischen dem Radiallager B2 und der Wellendichtung SHS zur Folge, so dass für beispielsweise thermische Ausdehnungen notwendige Radialspiele der Welle SH in der Wellendichtung SHS minimal ausfallen können. Auf diese Weise kann ein besonders guter Wirkungsgrad erzielt werden.

Claims (2)

  1. Zentrifugalverdichter (CO) zum Verdichten eines Fluids (F), aufweisend:
    - ein Gehäuse (C), welches eine sich parallel zu oder entlang einer Maschinenachse (AX) erstreckende Teilfugenebene (SP) aufweist,
    - eine sich entlang der Maschinenachse (AX) erstreckende Welle (SH) mit einem ersten Wellenende (SE1) und einem zweiten Wellenende (SE2),
    - mindestens ein Laufrad (IM), welches an der Welle (SH) angebracht ist,
    - eine Sammelspirale (CC), welche stromabwärts des mindestens einen Laufrades (IM) angeordnet ist und das verdichtete Fluid (F) vor einer Abströmung in ein nachfolgendes Maschinenmodul sammelt, wobei die Sammelspirale (CC) an dem ersten Wellenende (SE1) angeordnet ist,
    - ein Antrieb (D), welcher an dem ersten Wellenende (SE1) angeordnet ist,
    - wobei an dem zweiten Wellenende (SE2) eine axiale Ansaugung an einer Überhangstufe (ST) des Zentrifugalverdichters (CO) an der Welle (SH) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sammelspirale (CC) in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist und an das Gehäuse (C) des Zentrifugalverdichters (CO) angeflanscht ist.
  2. Zentrifugalverdichter (CO) nach Anspruch 1,
    wobei die Sammelspirale (CC) als Träger eines radialen Lagers (BE2) zur Lagerung Welle (SH) ausgebildet ist.
EP11721272.0A 2010-05-18 2011-05-12 Zentrifugalverdichter Not-in-force EP2572108B1 (de)

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DE102010020891 2010-05-18
PCT/EP2011/057660 WO2011144515A1 (de) 2010-05-18 2011-05-12 Zentrifugalverdichter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2572108A1 EP2572108A1 (de) 2013-03-27
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