EP3230594A1 - Anordnung mit zwei verdichtern, verfahren zum nachrüsten - Google Patents

Anordnung mit zwei verdichtern, verfahren zum nachrüsten

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EP3230594A1
EP3230594A1 EP16706177.9A EP16706177A EP3230594A1 EP 3230594 A1 EP3230594 A1 EP 3230594A1 EP 16706177 A EP16706177 A EP 16706177A EP 3230594 A1 EP3230594 A1 EP 3230594A1
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col
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Definitions

  • the compression in the first compressor train CT1 takes place at a pressure ratio of between 1.1 and 1.6.
  • the second compressor train CT2 compresses the process fluid PF to a final pressure of about 3 to 60 bar.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem ersten Verdichterstrang (CT1) und einem zweiten Verdichterstrang (CT2) zur Verdichtung eines Prozessfluids (PF), wobei der erste Verdichterstrang (CT1) einen ersten Antrieb (DR1) und einen ersten Verdichter (CO1) umfasst, wobei der zweite Verdichterstrang (CT2) einen zweiten Antrieb (DR2) und einen zweiten Verdichter (CO2) umfasst, wobei der erste Verdichterstrang (CT1) nicht mit rotierenden Teilen des zweiten Verdichterstrangs (CT2) Drehmoment-übertragend mechanisch gekoppelt ist, wobei die beiden Verdichter (CO1) der unterschiedlichen Verdichterstränge (CT1, CT2) mittels einer verbindenden Fluidleitung (CFC) direkt fluidleitend miteinander verbunden sind, derart, dass der erste Verdichters (CO1) stromaufwärts des zweiten Verdichters (CO2) angeordnet ist. Damit eine Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Anlagen kostengünstig erreicht werden kann, ist es zweckmäßig, wenn der erste Verdichter (CO1) mit einem Druckverhältnis zwischen 1,1 − 1,6 verdichtet, bevor das Prozessfluid (PF) dem zweiten Verdichter (C02) zugeführt wird.

Description

Beschreibung
Anordnung mit zwei Verdichtern, Verfahren zum Nachrüsten Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem ersten
Verdichterstrang und einem zweiten Verdichterstrang zur Verdichtung eines Prozessfluids , wobei der erste
Verdichterstrang einen ersten Antrieb und einen ersten Verdichter umfasst, wobei der zweite Verdichterstrang einen zweiten Antrieb und einen zweiten Verdichter umfasst, wobei der erste Verdichterstrang nicht mit rotierenden Teilen des zweiten Verdichterstrangs drehmomentübertragend mechanisch gekoppelt ist, wobei die beiden Verdichter der unterschiedli¬ chen Verdichterstränge mittels einer verbindenden Fluidlei- tung direkt fluidleitend miteinander verbunden sind, derart, dass der erste Verdichter stromaufwärts des zweiten Verdichters angeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Ver¬ fahren zum Nachrüsten eines ersten Verdichters zu einer Bestandsanlage umfassend einen zweiten Verdichter, um aus einer Bestandsanlage im Zuge der Nachrüstung eine Anordnung nach der Erfindung zu erhalten.
Die Erfindung beschäftigt sich im Wesentlichen mit der Steigerung der Leistung von Verdichteranlagen. Zwei entscheidende Parameter der Leistung sind der Volumenstrom und das Druckverhältnis von Ausgangsdruck zu Eingangsdruck einer entsprechenden Verdichteranlage. Um bei einer vorgegebenen Anzahl von Verdichterstufen die Leistung der Verdichteranlage weiter zu steigern, ergeben sich im Wesentlichen die beiden Möglich- keiten, den Durchmesser von Schaufelkränzen bzw. Laufrädern anzuheben oder die Drehzahl zu erhöhen. Diese beiden konstruktiven Optionen sind weitestgehend ausgereizt, da die verfügbaren Materialien bereits an den Grenzwerten ihrer Festigkeitskennwerte angelangt sind und dementsprechend keine höheren Umfangsgeschwindigkeiten bzw. Durchmesser kräftemäßig ertragen können. Größere Durchmesser bedeuten darüber hinaus zusätzliche Probleme in der Fertigung der Rotoren und weitere Herausforderungen im Bereich der Rotordynamik. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung liegt im Bereich der als Getriebeverdichter ausgebildeten Luftverdichter, die im Wesentlichen atmosphärisch ansaugen - ggf. unter Zwischen- anordnung eines Filters, so dass am
Verdichtereintrittsstutzen sich ein Druck unter dem Atmosphärendruck ergibt - und den angesaugten Volumenstrom mittels mehrerer radialer Verdichterstufen auf einen Enddruck von etwa 3 bis 200 bar verdichten. Bei einem Getriebeverdichter handelt es sich im Wesentlichen um ein - verhältnismäßig gro¬ ßes - Getriebegehäuse, an dem außen verschiedene Spiralgehäu¬ se angebracht sind, in denen die Laufräder der Radialverdichter von Getrieberitzeln angetrieben werden. Zwischen den einzelnen Verdichtungsstufen kann jeweils eine Zwischenkühlung vorgesehen sein. Die größten Durchmesser von Laufrädern dieser Radialverdichterstufen sind bisher noch unter zwei Meter und aufgrund der bereits oben angedeuteten Probleme nur mit großen konstruktiven Hürden unter Einsatz kostspieliger Mate- rialen und besonderer Fertigungen zu steigern.
Die Erfindung hat es sich ausgehend von dem oben erläuterten Problemfeld zur Aufgabe gemacht, eine Verdichteranlage zur Verfügung zu stellen, die mit verhältnismäßig geringem Auf¬ wand eine höhere Leistung zur Verfügung stellt. Daneben ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Nachrüstung bestehender Verdichteranlagen zu schaffen, so dass die jeweils nachgerüstete Verdichteranlage eine höhere Leistung be¬ reitstellt, insbesondere einen höheren Volumenstrom. Diese beiden Aufgaben sollen damit einhergehen, dass nicht zwingend eine weitere Annährung der Belastung von Bauteilen bzw. Materialien an entsprechende Grenzwerte stattfindet oder teurere Materialien eingesetzt werden müssen.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weiterhin schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Nachrüstung einer Bestandsanlage gemäß dem Verfahrensanspruch vor. Die jeweils rückbezogenen Unteran- Sprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung .
Ein erfindungswesentlicher Gedanke besteht darin, die Leis- tung einer Verdichteranlage dadurch anzuheben, dass das von dem zweiten Verdichter angesaugte Prozessfluid bereits um den Faktor 1,1 bis 1,6 im Druck stromaufwärts der Zuströmung angehoben ist. Diese Art von Vorverdichtung oder Aufladung des zweiten Verdichters kann - bei im Wesentlichen gleichbleiben- dem Druckverhältnis von Ausgangsdruck zu Eingangsdruck der
Gesamtanlage - zu einer Normvolumenstromsteigerung oder Mas- senstromsteigerung zwischen 10% und 40% gegenüber einer nicht aufgeladenen Anordnung führen. Der Aufwand für eine erfindungsgemäße Aufladung ist hierbei verhältnismäßig gering, da das Druckverhältnis des ersten Verdichters klein ist. Für ein derartiges Druckverhältnis ist es beispielsweise ausreichend, in der Zuströmung zu dem zweiten Verdichter ein Gebläse vorzusehen bzw. nachzurüsten, das erfindungsgemäß einen eigenen Antrieb aufweist und dementsprechend weitestgehend unabhängig von dem ersten Verdichter betrieben werden kann. Besonders interessant ist die erfindungsgemäße Lösung als Nachrüstung für bereits bestehende Anlagen, die in einem Prozess einge¬ bunden sind, der sich insbesondere durch eine Steigerung des Volumenstroms in seiner Produktivität steigern lässt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der zweite Verdichter mit einem Druckverhältnis zwischen 3 bis 60 verdichtet. Das Verhältnis der Druckverhältnisse zwischen dem zweiten Verdichter und dem ersten Verdichter kann bevorzugt etwa zwischen 2,3 bis 56 beziffert werden, besonders bevor¬ zugt leistet der zweite Verdichter ein mindestens 3,8-fach höheres Druckverhältnis als der erste Verdichter. Aus diesem Grund kann der erste Verdichter bauartbedingt sehr viel güns¬ tiger hergestellt werden als der zweite Verdichter und kann als Ventilator (Druckverhältnis von 1 bis 1,3) oder Gebläse (Druckverhältnis von 1,3 bis 3,0) bezeichnet werden. Der zu dem ersten Verdichterstrang gehörige erste Antrieb kann entweder als Elektromotor, Dampfturbine oder Gasturbine ausgebildet sein. Für eine maximale Flexibilität und einen geringeren Investitionsaufwand ist es besonders zweckmäßig als ersten Antrieb einen Elektromotor zu wählen. Der zweite Antrieb kann ebenfalls in Form einer Turbine oder in Form ei¬ nes Elektromotors ausgebildet sein. Sofern Prozessdampf zur Verfügung steht, ist der Betrieb mittels einer Dampfturbine besonders vorteilhaft. Der erste Verdichter kann als Axial- Verdichter oder als Radialverdichter ausgebildet sein, wobei in Folge des geringen Druckverhältnisses des ersten Verdich¬ ters auch die Bezeichnung Ventilator oder Gebläse benutzt werden kann. Im Folgenden wird in der Regel ohne Rücksicht auf ein etwaiges Druckverhältnis des ersten Verdichters der Betriff erster Verdichter benutzt, wobei es sich je nach
Druckverhältnis im engeren Sinne um einen Ventilator oder ein Gebläse handeln mag. In der Begriffswelt dieser Patentanmel¬ dung umfasst der Begriff des ersten Verdichters auch die Aus¬ bildung dieses ersten Verdichters als Ventilator oder Geblä- se .
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Verdichter mindestens zwei
Verdichterstufen umfasst und der erste Antrieb zwischen einer ersten Gruppe von Verdichterstufen und einer zweiten Gruppe von Verdichterstufen angeordnet ist.
Bei einer Ausbildung des ersten Verdichters als mindestens zweiflutiger, insbesondere doppelflutiger Radialverdichter, wobei beide Radiallaufräder jeweils eine axiale Ansaugseite und eine axiale Radscheibenseite aufweisen, kann es zweckmä¬ ßig sein, wenn die Radscheibenseite des ersten Radiallaufrads axial der Radscheibenseite des zweiten Radiallaufrads zuge¬ wendet ist und die beiden Radiallaufräder axial aus entgegen- gesetzten Richtungen ansaugen. Hierbei kann der Antrieb entweder zwischen den beiden Radscheibenseiten axial angeordnet sein oder axial auf einer Seite die beiden Laufräder antreiben. Die beiden Laufräder des Radialverdichters können in ei- nen gemeinsamen Diffusor abströmen. Die Doppelflutigkeit entspricht einer Parallelanordnung der Radiallaufräder .
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung einen Filter stromaufwärts des zweiten Verdichters aufweist. Hierbei kann es sinnvoll sein, dass der erste Verdichter stromaufwärts dieses Filters angeordnet ist und das Prozessfluid erst nach Passage des Filters in den zweiten Verdichter eingeleitet wird. Hierbei würde der erste Verdich- ter bevorzugt ohne Filter direkt atmosphärisch ansaugen und bei einer Nachrüstung wäre die nachfolgende Anlage ggf. auf einen etwas höheren Druck in dem Filter und vor dem zweiten Verdichter in der Ansaugleitung anzupassen. Alternativ kann der erste Verdichter auch zwischen dem Filter und dem zweiten Verdichter vorgesehen werden, so dass das Prozessfluid stromabwärts des ersten Verdichters ohne Passage eines Filters di¬ rekt in den zweiten Verdichter eingeleitet wird. Hierbei ist es zweckmäßig, dass das Filtergehäuse, insbesondere bei einer Nachrüstung, nicht auf einen etwas erhöhten Druck ertüchtigt werden muss.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zumin¬ dest der erste Verdichter oder der gesamte erste
Verdichterstrang in einem Gehäuse eines Filters angeordnet ist.
Häufig stehen entsprechende Filter mit ihrem eigenen Gehäuse außerhalb eines Maschinenhauses, so dass bei einer Erweite¬ rung eines derartigen Filters um beispielsweise den ersten Verdichter oder Verdichterstrang größere konstruktive Freiheiten gegeben sind, als innerhalb des Maschinenhauses, wo der zweite Verdichterstrang angeordnet ist. Dieser Vorteil ergibt sich auch bei einer Anordnung des ersten Verdichters stromaufwärts des Filters, wie es bereits oben beschrieben ist.
Besonders zweckmäßig ist die Ausstattung der Anordnung mit einer Pumpschutzvorrichtung. Die Pumpschutzvorrichtung kann insbesondere zum Schutz des ersten Verdichters vor einem Pumpvorgang des zweiten Verdichters vorgesehen sein. Aufgrund des sehr viel höheren Druckverhältnisses des zweiten Verdich¬ ters sind entsprechende Pumpvorgänge an diesem Aggregat ein- hergehend mit einem vergleichsweise höheren Zerstörungspotential. Mit Vorteil kann diese Pumpschutzvorrichtung eine Zu- stellvorrichtung aufweisen, die im Falle des Pumpens mindestens 80% des Strömungsquerschnitts der verbindenden Fluidlei¬ tung zwischen dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdich- ter zustellt. Sinnvoll kann diese ZuStellvorrichtung Klappen aufweisen, die die Querschnittsfläche der verbindenden Fluid¬ leitung im Falle eine Rückströmung versperren. Besonders zweckmäßig ist eine derartige Ausbildung dieser Klappen, so dass bei einer Rückströmbewegung des Prozessfluids in Rich- tung des ersten Verdichters die Aerodynamik der Klappen getrieben von dem rückströmenden Prozessfluid die Klappen in eine Schließposition bewegt. Für eine Bewegung aus der
Schließposition zurück in die Öffnungsposition kann eine Dämpfung vorgesehen sein, so dass die Klappen nicht perio- disch mit den Pumpstößen auf und zu gehen. Besonders zweckmä¬ ßig ist eine Ausbildung der Klappen derart, dass diese je¬ weils um eine Achse drehbar bzw. schwenkbar gelagert sind. Diese Achsen erstrecken sich bevorzugt senkrecht zu einer Längsachse der fluidleitenden Verbindung bzw. senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung durch die fluidleitende Verbindung. Besonders bevorzugt sind diese Klappen lammellenartig nebeneinander angeordnet, so dass in einer Öffnungsposition dieser Klappen das Prozessfluid durch die Fluidleitung durch ein von den Dreh-Achsen der Klappen gebildetes Gitter hin- durch strömt. In einer Schließposition werden die Zwischenräume zwischen den Drehachsengittern durch die jalousieartigen bzw. lammellenartigen Klappen verschlossen. Alternativ oder zusätzlich zu der ZuStellvorrichtung der Pumpschutzvorrichtung ist es sinnvoll, wenn eine Entlastungsvorrichtung vorgesehen ist, die im Falle des Pumpens des ersten Verdich¬ ters und/oder des zweiten Verdichters eine Druckentlastung der verbindenden Fluidleitung zwischen dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdichter oder auf mindestens dem Abschnitt der Fluidleitung zwischen der ZuStellvorrichtung und dem zweiten Verdichter mittels einer Öffnung in eine Drucksenke - zum Beispiel die Umgebung - von Druck und/oder Druckstößen druckentlastet. Eine derartige Entlastungsvorrichtung
und/oder ZuStellvorrichtung ist besonders sinnvoll, wenn der erste Verdichter ein Axialverdichter ist, weil die in der Regel freistehenden Schaufeln eines Axialverdichters empfind¬ lich gegenüber Druckstößen aus Pumpvorgängen sind. Bei einem ersten Verdichter, der als Radialverdichter ausgebildet ist, kann es vertretbar sein, insbesondere aus Kostengründen keine Pumpschutzvorrichtung stromaufwärts des zweiten Verdichters vorzusehen, da ein als Radialverdichter ausgebildeter Verdichter hinreichend belastbar ausgebildet sein kann. Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung einer Pumpschutzvorrichtung mit einer Entlastungsvorrichtung, die ein Schiebeventil aufweist und mit einer ZuStellvorrichtung mechanisch verbunden ist. Das Schiebeventil kann hierbei eine sich in Längsrichtung der verbindenden Fluidleitung axiale
Verschieblichkeit aufweisen, die in Folge einer Rückströmung des Prozessfluids auf die ZuStellvorrichtung wirkenden Diffe¬ renzkraft axial verschoben wird, derart, dass eine druckent¬ lastende Öffnung in der verbindenden Fluidleitung aufgrund des damit offenen Schiebeventils entsteht.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders gut geeignet zum Nachrüsten eines ersten Verdichterstrangs zu einem zweiten Verdichterstrang eines Anlagenbestandes, so dass eine Anord¬ nung nach mindestens einer vorab beschriebenen Ausbildung der Erfindung entsteht. Besonders zweckmäßig ist eine Nachrüstung des ersten Verdichters zu dem als Bestand vorhandenen zweiten Verdichter, wobei der zweite Verdichter aerodynamisch derart geändert wird, dass das Druckverhältnis des zweiten Verdich¬ ters gegenüber dem Zustand vor der Nachrüstung verringert ist. Auf diese Weise kann die durch Nachrüstung entstandene Gesamtanordnung aus erstem Verdichter und zweitem Verdichter einen höheren Volumenstrom aufweisen als der zweite Verdichter alleine bei gleichzeitig gleichem Druckverhältnis zur At- mosphäre. Im Nachrüstfall ist oft ein weitgehend gleichblei¬ bendes Druckverhältnis bzw. der gleiche Enddruck gewünscht und ein ggf. erhöhter Volumenstrom, da die Einbindung in den bereits bestehenden Prozess den schon vorher festgelegten Enddruck aus der Gesamtverdichtung fordert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Anordnung Bestandteil einer Gasturbine ist, derart, dass der zweite Verdichter mit einem
Verdichtergehäuse direkter Bestandteil der Gasturbine ist.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der erste Verdichter optional in den Strömungspfad der Frischluftansaugung eingeschaltet werden kann, so dass zum Beispiel in Abhängigkeit von den Um¬ gebungsbedingungen der erste Verdichter die Funktion eines Vorverdichters für die Gasturbine übernehmen kann.
Eine spezielle Weiterbildung dieser Anordnung mit in den Strömungspfad einschaltbarem ersten Verdichter sieht ein Absperrorgan vor, beispielsweise eine Klappe und einen Bypass neben einer direkten Ansaugung des zweiten Verdichters vorbei an dem ersten Verdichter. In dem Bypass ist der erste Verdichter angeordnet, so dass der Vorderdichter nur bei Bedarf (z. B. bei jahreszeitlichen Schwankungen) benutzt wird und anderenfalls der zweite Verdichter direkt durch die geöffnete Klappe ansaugt. Wenn die Klappe geöffnet ist, kann ein Ein¬ trittsleitapparat des Vorverdichters geschlossen werden, so dass kein unkontrolliert strömender Bypass zu der geöffneten Klappe stattfindet Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Verdichter einen Eintrittsleitapparat aufweist, der den Eintrittsquerschnitt an das erforderliche Schluckvermögen anpasst. Besonders bevorzugt ist der Antrieb des ersten Ver¬ dichters nicht in Abhängigkeit von dem Sollvolumenstrom gere- gelt, so dass die Regelung des Volumenstroms durch den ersten Verdichter bei annähernd konstanter Drehzahl ausschließlich mittels des Eintrittsleitappartes erfolgt. In der Folge ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbei¬ spiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : eine schematische Prozessübersicht über eine Anord¬ nung nach der Erfindung, eine dreidimensionale schematische Darstellung ei¬ ner Anordnung nach der Erfindung, eine schematische Wiedergabe im Längsschnitt einer Kombination aus einem Filter mit einem ersten
Verdichterstrang, eine andere Ausführung eines ersten
VerdichterStrangs , eine schematische Darstellung im Querschnitt eines ersten Verdichterstrangs in modularer Ausführung, ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem ersten
Verdichterstrang, dessen erster Verdichter als Radialgebläse ausgebildet ist, eine schematische Darstellung eines ersten Verdichterstrangs als Radialgebläse im Längsschnitt durch den ersten Verdichter, eine alternative Ausbildung zu der Darstellung der Figur 7
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines Pumpschutzes stromab¬ wärts eines als Radialgebläse ausgebildeten ersten Verdichters mit einem anschließenden Filter,
Figur 10 eine ZuStellvorrichtung eines Pumpschutzes, Figur 11 einen Pumpschutz, mit einer kombinierten Zustell- vorrichtung und Entlastungsvorrichtung in einer ersten Betriebsposition in Geschlossenstellung der Entlastungs orrichtung,
Figur 12 die Pumpschutzvorrichtung nach Figur 11 in einer zweiten Betriebsposition in einer Offenstellung der EntlastungsVorrichtung . Eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem ersten
Verdichterstrang CTl und einem zweiten Verdichterstrang CT2 ist in schematischer Darstellung in einer Draufsicht auf die Längsachse der Gesamtanordnung bereits in Figur 1 wiedergege¬ ben. Ein Prozessfluid PF wird durch einen Filter FIT, FIT' angesaugt und in einem als Gebläse ausgebildeten ersten Verdichter COl eines ersten Verdichterstrangs CTl auf ein höhe¬ res Druckniveau befördert. Die Figur 1 zeigt zwei alternative Ausführungen des Filters FIT, FIT'. In einer ersten Möglichkeit befindet sich der Filter FIT in einem von dem ersten Verdichterstrang CTl getrennten Gehäuse. In der zweiten Ausführung befindet sich der Filter FIT' in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem ersten Verdichterstrang CTl.
Nach Austritt aus dem ersten Verdichter COl des ersten
Verdichterstrangs CTl gelangt das Prozessfluid PF in eine stromabwärts gelegene verbindende Fluidleitung CFC und weiter stromabwärts zu einem zweiten Verdichterstrang CT2. Der zweite Verdichterstrang CT2 weist einen zweiten Verdichter C02 auf, der als Getriebeverdichter ausgebildet ist, so dass eine erste Verdichterstufe C021 des zweiten Verdichters C02 mit¬ tels eines ersten Getriebes GRl angetrieben ist und eine zweite stromabwärts gelegene Verdichterstufe C022 des zweiten Verdichters C02 mittels eines zweiten Getriebes GR2 angetrie¬ ben ist. Das erste Getriebe GRl und das zweite Getriebe GR2 sind mittels eines zweiten Antriebes DR2 angetrieben, wobei in nicht dargestellter Weise die beiden Getriebe GRl, GR2 Be¬ standteile eines gemeinsamen Getriebes des Getriebeverdich¬ ters sind. Grundsätzlich sind derartige Getriebeverdichter bekannt. Es handelt sich hierbei um Getriebegehäuse - die verhältnismäßig groß sind -, an denen außen Spiralgehäuse der einzelnen
Verdichterstufen angeflanscht sind. In der Regel ist in dem Getriebe ein Großrad angeordnet, das von einem gemeinsamen Antrieb für die einzelnen Verdichterstufen angetrieben wird. Meist ist dieser Antrieb außerhalb des Getriebegehäuses mit¬ tels einer Kupplung an das Getriebegehäuse drehmomentübertra- gend angebunden. Die einzelnen Verdichterstufen werden mittels Ritzelwellen angetrieben, von denen mindestens ein Wellenende, meist beide Wellenenden, aus dem Getriebegehäuse herausragen. An den herausragenden Wellenenden sind die Lauf- räder der einzelnen Verdichterstufen - in der Regel fliegend gelagert -angebracht. Zwischen den einzelnen Verdichterstufen des Getriebeverdichters kann das Prozessfluid anderen Prozes¬ sen zugeführt werden oder schlicht eine Kühlung erfahren. Alternativ kann das Prozessfluid auch von einer Verdichterstufe direkt zu der nächsten Verdichterstufe mittels einer verbin- denden Fluidleitung übergeleitet werden. In der Figur 1 ist eine Zwischenkühlung ICL zwischen den beiden
Verdichterstufen C021, C022 des zweiten Verdichters C02 dargestellt. Nach der Verdichtung in dem zweiten Verdichter C02 des zweiten Verdichterstrangs CT2 wird das Prozessfluid PF weiteren Prozessen PRO zugeleitet.
Die Verdichtung in dem ersten Verdichterstrang CT1 findet bei einem Druckverhältnis zwischen 1,1 bis 1,6 statt. Der zweite Verdichterstrang CT2 verdichtet das Prozessfluid PF auf einen Enddruck von etwa 3 bis 60 bar. Der erste
Verdichterstrang CT1 saugt nahezu atmosphärisch an, wobei das Prozessfluid vorliegend Luft ist. Die Anwendung als Luftver¬ dichter ist die für die Erfindung bevorzugte Ausführungsart. Der erste Verdichterstrang CT1 saugt etwas unterhalb des at- mosphärischen Drucks an, weil der stromaufwärts angeordnete Filter FIT einen Druckverlust verursacht. Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer mögli¬ chen Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Filter FIT ist in einem Filtergehäuse stromaufwärts des ersten Verdichterstrangs CT1 angeordnet. Der erste
Verdichterstrang CT1 befindet sich integriert in der verbindenden Fluidleitung CFC, die sich im Wesentlichen von dem Filter FIT zu dem zweiten Verdichterstrang CT2 erstreckt. Mögliche Ausführungen eines solchen ersten Verdichters COl bzw. des ersten Verdichterstrangs CT1 sind in den Figuren 3, 4, 5 dargestellt. Stromabwärts der verbindenden Fluidlei¬ tung CFC ist ein als Getriebeverdichter ausgebildeter zweiter Verdichter C02 des zweiten Verdichterstrangs CT2 wiedergege¬ ben. Das zweite Getriebe des Getriebeverdichters ist als GR2 bezeichnet, wobei das zweite Getriebe für jede einzelne
Verdichterstufe eigene Getriebekomponenten aufweist, die hier nicht extra ausgewiesen sind. Die Bauart dieses Getriebever¬ dichters entspricht der zuvor beschriebenen grundsätzlichen Ausbildung von Getriebeverdichtern. Erfindungsgemäß ist die Ausführung des zweiten Verdichters als Getriebeverdichter be- vorzugt. In axialer Verlängerung des Stroms des Prozessfluid- s PF durch die verbindende Fluidleitung CFC befindet sich hinter dem zweiten Verdichter C02 der zweite Antrieb DR2 des zweiten Verdichterstrangs CT2. Der erste Antrieb DR1 des ers¬ ten Verdichterstrangs CT1 ist nicht sichtbar in der verbin- denden Fluidleitung CFC integriert.
Eine derartige Bauart der integrierten Ausbildung des ersten Verdichterstrangs CT1 ist in der Figur 3 wiedergegeben.
Stromabwärts eines Filter FIT wird das Prozessfluid PF von dem ersten Verdichterstrang CT1 auf ein höheres Druckniveau befördert, wobei sowohl der erste Verdichter COl als auch der erste Antrieb DR1 in der verbindenden Fluidleitung CFC zwischen dem Filter FIT und dem nicht weiter dargestellten stromabwärtigen zweiten Verdichterstrang CT2 integriert sind. Der erste Verdichter COl ist hierbei als Axialverdichter ausgeführt. Die beiden dargestellten Verdichterstufen COll, C012 des ersten Verdichters COl können hierbei unter Einsparung von Leitschaufeln gegenläufig angetrieben sein, wobei ent- sprechende getriebliche Maßnahmen für den Antrieb hier nicht wiedergegeben sind. Der erste Antrieb DR1 kann sich auch radial außerhalb dieser Axialbeschaufelung befinden. Für die integrale Ausbildung des ersten Verdichters COl in Verlänge- rung der verbindenden Fluidleitung oder als integraler Bestandteil der verbindenden Fluidleitung CFC ist die Ausbildung des ersten Verdichters als Axialverdichter bevorzugt. Eine alternative Ausbildung eines Axialverdichters als ersten Verdichter COl zeigt die Figur 4, wobei vier
Verdichterstufen COll, C012, C013, C014 axial hintereinander angeordnet sind, wobei auf eine Rotationsachse X bezuggenom¬ men wird, die sich entlang der Hauptströmungsrichtung des Prozessfluids PF erstreckt. Diese Rotationsachse X ist auch in der Figur 3 wiedergegeben. Während sich in der Figur 3 der erste Antrieb DR1 auf einer axialen Seite des gesamten ersten Verdichters COl befindet, ist in der Figur 4 der erste An¬ trieb DR1 axial zwischen stromaufwärts und stromabwärts be¬ findlichen Verdichterstufen COll bis C014 angeordnet. Diese Axialreihenfolge hat den Vorteil, dass die Achse des Rotors nicht besonders weit aus dem Antrieb DR1 herausragt und auf diese Weise die dem Motor innewohnende Lagerung ausreichend ist, die Rotordynamik der Gesamtanordnung des ersten Verdichters zu kontrollieren. Eine vergleichbare Betrachtung enthal¬ ten die Figuren 7 und 8 hinsichtlich der Ausführung des ers- ten Verdichterstrangs CT1 bzw. des ersten Verdichters COl als Radialverdichter .
Eine spezielle Modularität des ersten Verdichterstrangs CT1 zeigt Figur 5. Senkrecht zu der Achse X ist hier die verbin- dende Fluidleitung CFC geschnitten und die einzelnen
Verdichterstufen COll bis C014 sind schematisch wiedergegeben. Der Querschnitt der verbindenden Fluidleitung CFC ist in vier Segmente aufgeteilt, wobei in jedem Segment eine
Verdichterstufe COll bis C014 angeordnet ist, so dass keine serielle Verdichterstufenanordnung vorliegt, sondern eine parallele. Auf diese Weise können kleinere Gebläse nebeneinan¬ der eingesetzt werden, das Prozessfluid PF vor Eintritt in den zweiten Verdichter C02 vorzuverdichten . Figur 6 zeigt eine schamtische Darstellung einer erfindungs¬ gemäßen Anordnung, wobei der erste Verdichter COl des ersten Verdichterstrangs CT1 als Radialgebläse ausgebildet ist und atmosphärisch angesaugte Luft vor dem Eintritt in den Filter FIT verdichtet. Der Filter FIT und der erste Verdichter COl sind hierbei außerhalb eines Maschinenhauses für den zweiten Verdichterstrang CT2 - bzw. jenseitig einer Hauswand BW des Maschinenhauses MH angeordnet. Das Gehäuse des Filters FIT ist hierbei mit einem Austrittsdruck beauf¬ schlagt, der über dem Druck der Atmosphäre liegt und muss da¬ her gegenüber einer atmosphärischen Ansaugung verstärkt ausgebildet sein. Dies hat insbesondere im Falle der Nachrüstung des ersten Verdichterstrangs CT1 Bedeutung, da möglicherweise der gesamte Filter Fit durch ein ertüchtigtes Modell ersetzt werden muss.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine mögliche Ausführung des ers¬ ten Verdichters COl, wie er in Figur 6 dargestellt ist. Ver- gleichbar mit den Axialverdichtern der Figuren 3 und 4 ist hierbei in der Figur 7 der erste Antrieb DR1 axial neben den Verdichterstufen COll, C011x angeordnet und in der Figur 8 befindet sich der erste Antrieb DR1 axial zwischen den beiden Verdichterstufen COll, C011x. Der Unterschied zu der Darstel- lung der Figuren 3 und 4 des Axialverdichters liegt im We¬ sentlichen darin, dass die Radialgebläseausführung der Figuren 7 und 8 axial ansaugen und radial auswerfen, sowie darin, dass die Radialverdichterstufen nicht seriell zueinander arbeiten sondern parallel.
Die Figuren 9, 10, 11 und 12 beschäftigen sich mit einer Pumpschutzvorrichtung PPC für die Anordnung. Figur 9 zeigt den ersten Verdichter COl als Radialgebläse in Anordnung stromaufwärts des Filters FIT. Die sich stromabwärts befin- dende verbindende Fluidleitung CFC ist mit der Pumpschutzvorrichtung PPC ausgerüstet. Bei der Pumpschutzvorrichtung PPC handelt es sich um eine Druckentlastungsvorrichtung PRL, wobei federvorgespannte Klappen bei Überdruck in der verbinden- den Fluidleitung CFC öffnen. Auf diese Weise ist das Radial¬ gebläse des ersten Verdichters COl vor Pumpstößen auf dem nicht dargestellten stromabwärts befindlichen zweiten Verdichter C02 geschützt.
Die Figur 10 zeigt eine ZuStellvorrichtung BLO, die in der verbindenden Fluidleitung CFC vorgesehen sein kann, den ersten Verdichter COl vor Pumpstößen aus dem zweiten Verdichter C02 zu schützen. Grundsätzlich kann diese Zustellvorrich- tung BLO Bestandteil jeder Pumpschutzvorrichtung PPC sein oder auch sonst als Rückschlagklappe zur Verhinderung von Rückströmungen vorgesehen sein. Die ZuStellvorrichtung BLO ist links der Figur 10 in einer Sicht in Axialrichtung einer Achse X wiedergegeben. Die Achse X entspricht hierbei der Hauptströmungsrichtung des Prozessfluids PF. Die Zustellvor- richtung BLO umfasst mehrere lamellenartig nebeneinander an¬ geordnete Klappen, die den Strömungsquerschnitt der verbin¬ denden Fluidleitung CFC zu mindestens 80% zustellen können. Eine totale Dichtigkeit ist hierbei nicht angestrebt, viel- mehr sollen hohe Differenzdrücke aus Druckstößen verhindert werden bzw. abgeschirmt werden. In der rechts von der
Querschnittsdarstellung wiedergegebenen Aktionssequenz sind mehrere Klappen FLP - in Drehachsrichtung senkrecht zur
Hauptströmungsrichtung betrachtet - nebeneinander zunächst in Offenstellung angeordnet. Ein Prozessfluid PF strömt entlang der normalen Strömungsrichtung. Bei Umkehr der Strömungsrichtung - also bei einer Rückströmung - des Prozessfluids PF schließt sich zunächst das mittlere Paar von Klappen FLP in Folge der aerodynamischen Gestaltung der Klappen, in denen sich die Rückströmung verfängt und auf diese Weise die Klap¬ pen FLP zudrückt. Vergleichbar mit einem Dominoeffekt werden auch die benachbarten Klappen sequenziell durch das Zuklappen und/oder die Strömungsumleitung der zuerst zugeklappten Klappen FLP zugeklappt. Auf diese Weise befindet sich in dem vierten Bild der sequenzartigen Darstellung die komplette Zu- stellvorrichtung BLO in einer Geschlossen-Position . Bevorzugt sind die Klappen FLP mit einer in eine Richtung arbeitenden Dämpfung versehen, so dass es nicht in Folge von Pumpstößen zu einem permanenten Öffnen und Schließen der Zustellvorrich- tung BLO kommt. Die gedämpfte Bewegungsrichtung ist hierbei bevorzugt die Bewegung in die Öffnungs-Position. Die Figuren 11 und 12 zeigen die Ausführung einer Pumpschutzvorrichtung PPC, die eine ZuStellvorrichtung BLO und eine Druckentlastungsvorrichtung PRL miteinander kombiniert. Hierbei befindet sich die Pumpschutzvorrichtung PPC in der Figur 11 in einer normalen offenen Betriebsposition und in der Fi- gur 12 in einer für die Normalströmung des Prozessfluids PF geschlossenen Betriebsposition. Die verbindende Fluidlei- tung CFC ist hierbei mit einem Schiebeventil SLV ausgestat¬ tet, das in Richtung einer Achse X axial verschieblich ist. Dieses Schiebeventil SLV ist Bestandteil der Druckentlas- tungsvorrichtung PRL. Fest verbunden mit dem Schiebeventil SLV ist die ZuStellvorrichtung BLO, die bei einer axialen Rückströmung des Prozessfluids PF den Strömungsquerschnitt der verbindenden Fluidleitung CFC zu mindestens 80 ~6 ver schließt. Gegen die Kraft einer Rückstellfeder EEL und eines Dämpfers DMP treibt der Differenzdruck über die Zustellvor- richtung BLO des Prozessfluids PF, das zurück zu strömen versucht, das Schiebeventil SLV in eine Axialposition, in der sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Zustellvor- richtung BLO ein radialer Auslass der Druckentlastungsvor- richtung PRL geöffnet ist, so dass eine Druckentlastung des Prozessfluids PF erfolgt. Auf diese Weise sind sowohl strom¬ aufwärts als auch stromabwärts der Pumpschutzvorrichtung PPC der erste Verdichterstrang CT1 und der zweite
Verdichterstrang CT2 vor Pumpstößen geschützt.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einem ersten Verdichterstrang (CT1) und einem zweiten Verdichterstrang (CT2) zur Verdichtung eines Prozessfluids (PF) ,
wobei der erste Verdichterstrang (CT1) einen ersten Antrieb (DR1) und einen ersten Verdichter (COl) umfasst, wobei der zweite Verdichterstrang (CT2) einen zweiten Antrieb (DR2) und einen zweiten Verdichter (C02) umfasst, wobei der erste Verdichterstrang (CT1) nicht mit rotierenden Teilen des zweiten Verdichterstrangs (CT2) Drehmo- ment-übertragend mechanisch gekoppelt ist,
wobei die beiden Verdichter (COl) der unterschiedlichen Verdichterstränge (CT1, CT2) mittels einer verbindenden Fluidleitung (CFC) direkt fluidleitend miteinander verbunden sind,
derart, dass der erste Verdichters (COl) stromaufwärts des zweiten Verdichters (C02) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Verdichter (COl) mit einem Druckverhältnis zwi¬ schen 1,1 - 1,6 verdichtet, bevor das Prozessfluid (PF) dem zweiten Verdichter (C02) zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
wobei der zweite Verdichter (C02) mit einem Druckverhältnis zwischen 3 - 60 verdichtet.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
wobei der erste Antrieb (DR1) entweder eine Gasturbine oder eine Dampfturbine oder ein Elektromotor ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1,
wobei der zweite Antrieb (DR2) entweder eine Gasturbine oder eine Dampfturbine oder ein Elektromotor ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der erste Verdichter (COl) ein Radialverdichter ist oder ein Axialverdichter ist oder ein Querstromgebläse ist.
6. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
wobei der erste Verdichter (COl) mindestens eine erste Verdichterstufe (COll) und eine zweite
Verdichterstufe (C012) umfasst,
wobei der erste Antrieb (DR1) zwischen der ersten
Verdichterstufe (COll) und der zweiten
Verdichterstufe (CS12) angeordnet ist.
7. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden An- Sprüche,
wobei der erste Verdichter (COll) als mindestens zweistufi¬ ger Radialverdichter ausgebildet ist,
wobei mindestens die erste und die zweite
Verdichterstufe (C012, C021) eine Ansaugseite (SS) und eine Radscheibenseite (BS) aufweisen,
wobei die Radscheibenseite (BS) der ersten
Verdichterstufe (COll) axial der Radscheibenseite (BS) der zweiten Verdichterstufe (C021) zugewendet ist und die bei¬ den Verdichterstufen (COll, C021) axial aus entgegengesetz- ten Richtungen ansaugen.
8. Anordnung nach Anspruch 5,
wobei zwischen den beiden Radscheibenseiten (BS) der ersten Verdichterstufe (COll) und der zweiten
Verdichterstufe (C021) axial der erste Antrieb (DR1) ange¬ ordnet ist.
9. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
wobei der erste Verdichterstrang (CT1) stromaufwärts eines
Filters (FIT) angeordnet ist und ein Prozessfluid (PF) erst nach Passage des Filters (FIT) in den zweiten Verdich- ter (C021) eingeleitet wird.
10. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
wobei stromaufwärts des ersten Verdichters (COl) ein Fil¬ ter (FIT) angeordnet ist und das Prozessfluid (PF) stromab¬ wärts ohne Passage eines Filters (FIT) direkt in den zwei¬ ten Verdichter (COl) eingeleitet wird.
11. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest der erste Verdichter (COl) oder der gesamte erste Verdichterstrang (CT1) in einem Gehäuse (FCS) eines Filters (FIT) angeordnet ist.
12. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen dem ersten Verdichter (COl) und dem zweiten Verdichter (C02) mindestens eine Pumpschutzvorrichtung (PPC) vorgesehen ist,
wobei die Pumpschutzvorrichtung (PPC) eine Zustellvorrich- tung (BLO) aufweist,
wobei die ZuStellvorrichtung (BLO) im Falle des Pumpens mindestens 80% des Strömungsquerschnitts der verbindenden Fluidleitung (CFC) zwischen dem ersten Verdichter (COl) und dem zweiten Verdichter (COl) zustellt.
13. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen dem ersten Verdichter (COl) und dem zweiten
Verdichter (C02) mindestens eine Pumpschutzvorrichtung (PPC) vorgesehen ist, wobei die Pumpschutzvorrichtung (PPC) eine Druckentlastungsvorrichtung (PRL) umfasst, die im Falle des Pumpens des ersten Verdichters (COl) und/oder des zweiten Verdichters (C02) eine Druckentlastung der verbindenden Fluidleitung zwischen dem ersten Verdichter (COl) und dem zweiten Verdichter (C02) oder auf zumindest dem Abschnitt der Fluidleitung (CFC) zwischen der Zu- Stellvorrichtung (BLO) und dem zweiten Verdichter (C02) durch eine Öffnung in eine Drucksenke von Druck und/oder Druckstößen druckentlastet.
14. Anordnung nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 12,
wobei der erste Verdichter (COl) ein Axialverdichter ist.
15. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden An- sprüche 1 bis 9,
wobei der erste Verdichter (COl) als Radialverdichter ausgebildet ist und keine Pumpschutzvorrichtung (PPC) stromaufwärts des zweiten Verdichters (C02) vorgesehen ist.
16. Anordnung nach mindestens dem Anspruchl2,
wobei die ZuStellvorrichtung (BLO) derart ausgebildet ist, dass bei einer Rückströmung des Prozessfluids (PF) von dem zweiten Verdichterstrang (CT1) zu dem ersten
Verdichterstrang (CT1) die ZuStellvorrichtung (BLO) von dem zurück strömenden Prozessfluid (PF) getrieben die verbindende Fluidleitung zu mindestens 80% der Querschnittsfläche versperrt .
17. Anordnung nach mindestens dem Anspruch 14,
wobei die ZuStellvorrichtung (BLO) mit einem Schiebeventil (SLV) verbunden ist und ein aus den Differenzdruck des Zustellers sich ergebender mechanischer Schub das Schiebe¬ ventil (SLV) in eine Öffnungsposition bewegt, derart, dass die verbindende Fluidleitung zwischen dem ersten
Verdichterstrang (CT1) und dem zweiten
Verdichterstrang (CT2) mit einer Drucksenke (PRL) verbunden ist, so dass eine Druckentlastung der Verbindungsleitung entsteht .
18. Verfahren zum Nachrüsten und/oder zum Aufrüsten eines ersten Verdichterstrangs (CT1) zu einem zweiten
Verdichterstrang (CT2) eines Anlagenbestandes, so dass eine Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü- che 1 bis 17 entsteht, wobei der erste
Verdichterstrang (CT1) mit einen ersten Antrieb (DR1) und einen ersten Verdichter (COl),
stromaufwärts eines zweites Verdichterstrang (CT2) umfas¬ send einen zweiten Antrieb (DR2) und einen zweiten Verdichter (C02), angeordnet wird,
wobei der erste Verdichterstrang (CT1) nicht mit rotierenden Teilen des zweiten Verdichterstrangs (CT2) Drehmoment¬ übertragend mechanisch gekoppelt ist,
wobei die beiden Verdichter (COl) der unterschiedlichen Verdichterstränge (CT1, CT2) mittels einer verbindenden Fluidleitung (CFC) fluidleitend miteinander verbunden sind, derart, dass der erste Verdichters (COl) stromaufwärts des zweiten Verdichters (C02) angeordnet ist,
wobei der erste Verdichter (COl) mit einem Druckverhältnis zwischen 1,1 - 1,6 verdichtet, bevor das Prozessfluid dem zweiten Verdichter (C02) zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei in einem Schritt der Nachrüstung der zweite Verdichter aerodynamisch derart geändert wird, dass das Druckverhältnis gegenüber dem Zustand vor der Nachrüstung verringert ist.
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