EP3587823A1 - Crack-gas-verdichter - Google Patents

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EP3587823A1
EP3587823A1 EP18179568.3A EP18179568A EP3587823A1 EP 3587823 A1 EP3587823 A1 EP 3587823A1 EP 18179568 A EP18179568 A EP 18179568A EP 3587823 A1 EP3587823 A1 EP 3587823A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
compression stage
radial
gas compressor
cgc
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18179568.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas MÖNK
Lars Schlüter
Thomas Winter
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
Priority to EP18179568.3A priority Critical patent/EP3587823A1/de
Priority to PCT/EP2019/063619 priority patent/WO2020001895A1/de
Publication of EP3587823A1 publication Critical patent/EP3587823A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/624—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • Typical boundary conditions for the compression of crack gas are final pressures of about 30-50 bar and often the drive by means of an industrial steam turbine, which is connected to the compressor by means of a coupling. Due to the relatively high mass flows and the pressure ratio, an arrangement of compressors comprising three housings is regularly used for the purpose of crack gas compression.
  • the three-housing compressor arrangement usually comprises a low-pressure compressor, a medium-pressure compressor and a high-pressure compressor. These individual pressure levels cannot be set in the manner of a fixed rule - valid for all Arrangements - clearly define pressure areas from each other, but depend on the overall configuration of the process.
  • the conventional compression arrangements require a high investment outlay due to the plurality of housings, couplings and the total number of different units in order to meet the compression requirements.
  • the demand for lower investment costs leads technically to the requirement to create a compression arrangement for crack gas which has a smaller space requirement and a smaller number of units and yet fully fulfills the required compression task.
  • the invention proposes an arrangement of the type defined in the introduction with the additional features of the characterizing part of the main claim.
  • the dependent claims dependent on the main claim contain advantageous developments of the invention.
  • a compression stage means the compression of a certain mass flow by means of one or more compressor impellers.
  • compressor stage or “compression stage” according to the invention is the compression taking place in an uninterrupted flow path in the compressor without the mass flow to be compressed or a partial flow thereof being derived from the compressor and possibly being subjected to other process steps.
  • This also means entering a compression stage the process fluid to be compressed is introduced into the housing of the compressor by means of an inflow, and at least a part - generally the entire mass flow of the process fluid - is discharged again from the housing of the corresponding compression stage by means of an outflow from a compression stage.
  • a decisive step that the invention takes is the integration of three compression stages in a common housing.
  • all impellers are operated as part of a rotor in operation at an identical speed.
  • the invention solves the challenge of sucking in a relatively large mass flow by providing an axial first inflow for the first compression stage.
  • the first compression stage is particularly expediently equipped with a partial housing which is undivided in the circumferential direction, so that on the one hand there is no need for extensive and mechanically disadvantageous part-joint constructions in this area and on the other hand a synergy effect results from the fact that the axially open suction of the first stage also has one advantageous axial accessibility offers for assembly and disassembly and maintenance of components of the first compression stage.
  • the crack gas compressor designed in this way fulfills all the requirements that are usually placed on a crack gas compressor - in particular with regard to pressure ratio and mass flow - and is at the same time space-saving with a synergistically reduced number of components.
  • the second partial housing has an essentially axially-radial partial joint. Since such compressors are set up with a horizontal alignment of the axis of the rotor, such a parting joint would also run horizontally and aligned parallel to the axis of the rotor his. Such a design enables comfortable assembly, disassembly and maintenance of all components located in the second partial housing. In particular, it is possible to make these components accessible without having to open or move adjacent, connected machines.
  • the second partial housing has an essentially radial partial joint, in particular that the second partial housing is designed as a pot housing which is closed on one axial side by means of a cover.
  • This arrangement has the advantage that extensive and complex screw connections for a horizontal parting joint can be omitted.
  • the cover of the second partial housing designed as a pot housing is an integral part of the first partial housing.
  • a cover closes the housing by means of a vertical parting joint, and on the other axial side, the second partial housing is closed by means of a cover which is an integral part of the first partial housing.
  • An integral part of the first partial housing can be understood, on the one hand, as a one-piece design of the cover axially closing the second partial housing with the first partial housing, as well as an only releasable attachment of this cover to the first partial housing, such a cover having a double function by, on the one hand, the closes the first part housing and on the other hand closes the second part housing axially.
  • impellers of the rotor are all on the same shaft, preferably on the same one-piece shaft of the rotor are attached.
  • One piece here means that the shaft cannot be broken down into different axial sections without being destroyed.
  • a design of the crack gas compressor is particularly expedient, in which the rotor has a clutch for transmitting drive power at the axial end at which the first compression stage is not located.
  • the first compression stage is designed without its own radial bearing in the axial region of the first partial housing, it is expedient if the first compression stage has exactly one impeller.
  • Such a lying arrangement must be designed in such a way that the developing rotor dynamics do not lead to excessive vibrations and resonance phenomena in all speed ranges.
  • any disadvantages in the efficiency of open impellers for the first compression stage therefore take a back seat, because on the one hand the investment costs are low according to the invention and, on the other hand, due to the integration of all compression processes in one housing, any shaft seal losses are relatively low.
  • the invention favors both a compact design and a relatively good efficiency.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the impellers of the second compression stage are arranged in a back-to-back arrangement to the impellers of the third compression stage. Since the axial orientation of the impellers and the resulting differential pressures result in an axial thrust for each impeller, the back-to-back arrangement of the second and third stages effectively reduces the axial thrust on the rotor, so that any structurally complex Compensatory measures that also have a negative impact on the efficiency of the arrangement can be lower.
  • the radial bearings of the crack gas compressor are arranged in the axial extent of the second part of the housing and, accordingly, no radial bearing in the axial extent of the first part of the housing. It is particularly useful here if there is no radial bearing in the area of the axial inflow of the first compression stage.
  • a radial bearing can be provided in the area of the axial inflow to the first compression stage, so that particularly quiet rotor dynamics can be achieved under all operating circumstances.
  • the first compression stage can also be equipped with a larger or heavier impeller or even have several impellers without causing unduly high vibrations.
  • a radial bearing is arranged axially between the first compression stage and the second compression stage. It is also conceivable that a radial bearing is arranged as close as possible to the center of gravity of an impeller of the first compression stage.
  • the impeller can have a recess in the area of the shaft, for example on the back, that is to say with respect to the axial inflow, so that the radial bearing can be partially arranged axially in the space obtained through the recess.
  • the radial bearing would also include a shaft seal so that, for example in the case of an oil-lubricated bearing, the lubricating oil cannot get into the process fluid or reverse fluid flows are prevented.
  • the Figures 1 and 2 each show a crack gas compressor CGC schematically in a longitudinal section along the axis X of the rotor RED.
  • the crack gas compressor CGC has a case CAS in which the compression processes take place.
  • the housing CAS is divided into a first partial housing CA1 and a second partial housing CA2 by means of a partial joint SPP which extends essentially exclusively radially to the axis X.
  • the first partial housing CA1 essentially contains a first compression stage CP1 with a first axial inflow IA1 and a first radial outflow RX1 for a process fluid PFL.
  • the second sub-housing CA2 has a radial second inflow IR2 for the inflow of the process fluid PFL and downstream a second compression stage CP2 and further downstream a radial second outflow RX2.
  • the second sub-housing CA2 has a radial third inflow IR3 for the inflow of the process fluid PFL to a further downstream third compression stage CP3 and further downstream a radial third outflow RX3.
  • the first sub-housing CA1 is undivided in the circumferential direction CDR.
  • a shaft SH of the RED rotor carries impellers of the RED rotor.
  • the first compression stage CP1 has an impeller IMP which is designed as an open impeller IMP.
  • the second compression stage CP2 also has an impeller IMP, which is designed as an open impeller IMP.
  • the third compression stage CP3 has three impellers IMP, which are designed as closed impellers IMP.
  • the impeller IMP of the second compression stage CP2 is arranged such that it sucks in the process fluid PFL from the axial direction opposite the suction direction of the third compression stage CP3 and outputs it radially.
  • the impellers of the third compression stage CP3 to the impeller IMP of the second compression stage CP2 are arranged in a so-called back-to-back arrangement to one another.
  • a first axial shaft seal SH1 is provided between the first compression stage CP1 and the second compression stage CP2.
  • the axial sequence of the compression stages along the extent of the rotor ROT is such that first an axial suction takes place in the first inflow IA1 of the process fluid PFL and then the first compression stage CP1 is arranged.
  • the second compression stage CP2 and the third compression stage CP3 are provided.
  • a third shaft seal SH3 seals the inflow IR3 to the third compression stage CP3 from the surroundings AMB.
  • the shaft With an axial intermediate arrangement of a radial bearing RB, the shaft continues up to a clutch CP.
  • a drive power PDR can be transferred to the rotor RED by means of the clutch CP.
  • An NSO nose hood ensures an aerodynamically acceptable CW value for this blocking caused by the radial bearing RB on the inflow side.
  • the disadvantages with regard to aerodynamics and the assembly of the first compression stage CP1 and the overall arrangement are offset by the advantage of a more stable rotor dynamics for the ROT rotor. This lower tendency towards unfavorable vibrations of the ROT rotor enables better flow and aerodynamically unfavorable designs, for example of the impeller IMP of the first compression stage CP1.
  • the second sub-housing CA2 has an axially closing cover COV on both sides.
  • the housing in the embodiment of FIG Figure 2 formed in the area of the second partial housing CA2 as a pot housing.
  • This cover COV closes both the first partial housing CA1 in the direction of the second partial housing CA2 and the second partial housing CA2 on the part of the first partial housing CA1.
  • the two partial housings CA1, CA2 share the cover COV located in the transition area as a common component for the respective axial termination in the transition area.
  • the first shaft seal SH1 is attached to this cover COV.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Crack-Gas-Verdichter (CGC) umfassend- einen Rotor (ROT), der sich entlang einer Achse (X) erstreckt,- ein Gehäuse (CAS),- wobei das Gehäuse (CAS) eine sich im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse (X) erstreckende Teilfuge (SPP) aufweist,- wobei die Teilfuge (SPP) das Gehäuse (CAS) in ein erstes Teilgehäuse (CA1) und ein zweites Teilgehäuse (CA2) gliedert. Um den Investitionsaufwand zu reduzieren, schlägt die Erfindung vor, dass das erste Teilgehäuse (CA1) eine axiale erste Zuströmung (IA1) und stromabwärts eine erste Verdichtungsstufe (CP1) und weiter stromabwärts eine radiale erste Abströmung (RX1) für ein Prozessfluid (PFL) aufweist,- wobei das erste Teilgehäuse (CA1) in Umfangsrichtung (CDR) ungeteilt ausgebildet ist,- wobei der Crack-Gas-Verdichter (CGC) mindestens zwei Radiallager (RB) aufweist,- wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale zweite Zuströmung (IR2) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) und stromabwärts eine zweite Verdichtungsstufe (CP2) und weiter stromabwärts eine radiale zweite Abströmung (RX2) umfasst,- wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale dritte Zuströmung (IR3) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstufe (CP3) und weiter stromabwärts eine radiale dritte Abströmung (RX3) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Crack-Gas-Verdichter umfassend
    • einen Rotor, der sich entlang einer Achse erstreckt,
    • ein Gehäuse,
    • wobei das Gehäuse eine sich im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse erstreckende Teilfuge aufweist,
    • wobei die Teilfuge das Gehäuse in ein erstes Teilgehäuse und ein zweites Teilgehäuse gliedert.
  • Aus der WO 2012/027554 A1 ist bereits der Prozess der Olefin-Raffinerie durch Pyrolyse bzw. pyrolytische Zersetzung, kurz "Cracken" oder "Kracken" bekannt. Im Rahmen derartiger Prozesse werden lang-kettigere Kohlenwasserstoffe in kurzkettigere Kohlenwasserstoffe umgewandelt. In Anlehnung an die Teilung bzw. das Durchbrechen der Kohlenwasserstoffketten der langkettigen Moleküle wird der Vorgang auch als Cracken bezeichnet. In verschiedenen Verfahrensstufen des Crackens ist eine Verdichtung der Kohlenwasserstoffe erforderlich. Die Verdichtungsvorgänge werden hierbei als Crack-Gas-Verdichtung und der entsprechende Verdichter als Crack-Gas-Verdichter bezeichnet.
  • Wenn in der Folge von Verdichtung oder Verdichtern die Rede ist, so handelt es sich um diese Crack-Gas-Verdichtung. Typische Randbedingungen der Verdichtung von Crack-Gas sind Enddrücke von etwa 30-50 bar und häufig der Antrieb mittels einer Industriedampfturbine, die mittels einer Kupplung an den Verdichter angeschlossen wird. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Massenströme und dem Druckverhältnis wird zum Zwecke der Crack-Gas-Verdichtung regelmäßig eine Anordnung aus Verdichtern umfassend drei Gehäuse verwendet. Die dreigehäusige Verdichteranordnung umfasst hierbei in der Regel einen Niederdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter und einen Hochdruckverdichter. Diese einzelnen Druckstufen lassen sich nicht in der Art einer festen Regel - gültig für sämtliche Anordnungen - klar voneinander Druckbereiche abgrenzend definieren, sondern sind von der jeweiligen Gesamtkonfiguration des Prozesses abhängig. Aufgrund des hohen Massen- bzw. Volumenstroms sehen herkömmliche Anlagen in der Regel einen zweiflutigen Niederdruckteil vor, wobei das eintretende Crack-Gas auf zwei Einströmungen aufgeteilt wird und nach der ersten Verdichtungsstufe in eine gemeinsame Abströmung der stromabwärtigen nächsten Verdichtungsstufe ggf. über dazwischen befindliche Prozessschritte zugeleitet wird.
  • Die herkömmlichen Verdichtungsanordnungen erfordern einen hohen Investitionsaufwand aufgrund der Mehrzahl an Gehäusen, Kupplungen und der Gesamtanzahl an verschiedenen Aggregaten, um die Verdichtungsanforderungen zu erfüllen. Die Forderung nach niedrigeren Investitionskosten führt technisch zu der Anforderung, eine Verdichtungsanordnung für Crack-Gas zu schaffen, die einen geringeren Raumbedarf und eine geringere Anzahl an Aggregaten aufweist und dennoch die geforderte Verdichtungsaufgabe vollumfänglich erfüllt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung der eingangs definierten Art vor mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. Die von dem Hauptanspruch abhängigen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • In dem Zusammenhang mit der Erfindung bedeuten Ausdrücke wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung jeweils einen Bezug zu der Achse des Rotors bzw. der Rotationsachse. Eine Verdichtungsstufe bedeutet hierbei die Verdichtung eines bestimmten Massenstroms mittels eines oder mehrerer Verdichterlaufräder. Entscheidend bei dem erfindungsgemäßen Gebrauch des Begriffs "Verdichterstufe" oder "Verdichtungsstufe" ist die in einem ununterbrochenen Strömungspfad in dem Verdichter stattfindende Verdichtung, ohne, dass der zu verdichtende Massenstrom oder ein Teilstrom davon aus dem Verdichter abgeleitet wird und ggf. anderen Prozessschritten unterzogen wird. Dies bedeutet auch, dass eingangs einer Verdichtungsstufe das zu verdichtende Prozessfluid mittels einer Einströmung in das Gehäuse des Verdichters eingeleitet wird und ausgangs einer Verdichtungsstufe zumindest ein Teil - in der Regel der gesamte Massenstrom des Prozessfluids - wieder aus dem Gehäuse der entsprechenden Verdichtungsstufe mittels einer Abströmung ausgeleitet wird.
  • Ein entscheidender Schritt, den die Erfindung vollzieht, liegt in der Integration von drei Verdichtungsstufen in ein gemeinsames Gehäuse. Hierbei werden sämtliche Laufräder als Bestandteil eines Rotors im Betrieb mit identischer Drehzahl betrieben. Die Herausforderung, einen verhältnismäßig großen Massenstrom anzusaugen, löst die Erfindung, indem für die erste Verdichtungsstufe eine axiale erste Zuströmung vorgesehen ist. Besonders zweckmäßig ist hierbei die erste Verdichtungsstufe mit einem in Umfangsrichtung ungeteilten Teilgehäuse ausgestattet, so dass einerseits auf raumgreifende und mechanisch nachteilhafte Teilfugenkonstruktionen in diesem Bereich verzichtet werden kann und andererseits sich ein Synergie-Effekt dadurch ergibt, dass die axial offene Ansaugung der ersten Stufe auch eine vorteilhafte axiale Zugänglichkeit bietet zur Montage und Demontage und Wartung von Bauteilen der ersten Verdichtungsstufe. Aufgrund des Druckverhältnisses und der damit verbundenen Volumenstromverringerung nach der ersten Stufe sind radiale Abströmungen und Zuströmungen der nachfolgenden Verdichtungsstufen ermöglicht. Der auf diese Weise gestaltete Crack-Gas-Verdichter erfüllt alle Anforderungen, die üblicherweise an einen Crack-Gas-Verdichter gestellt werden - insbesondere hinsichtlich Druckverhältnis und Massenstrom - und ist gleichzeitig raumsparend bei synergetisch verringerter Bauteilanzahl.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Teilgehäuse eine im Wesentlichen axial-radial verlaufende Teilfuge aufweist. Da derartige Verdichter mit einer horizontalen Ausrichtung der Achse des Rotors aufgestellt werden, würde eine derartige Teilfuge ebenfalls horizontal verlaufen und parallel zu der Achse des Rotors ausgerichtet sein. Eine derartige Gestaltung ermöglicht eine komfortable Montage, Demontage und Wartung sämtlicher in dem zweiten Teilgehäuse befindlicher Komponenten. Insbesondere ist es möglich, diese Komponenten zugänglich zu machen, ohne benachbarte, angeschlossene Maschinen öffnen oder bewegen zu müssen.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das zweite Teilgehäuse eine im Wesentlichen radial verlaufende Teilfuge aufweist, insbesondere dass das zweite Teilgehäuse als ein Topfgehäuse ausgebildet ist, das auf einer Axialseite mittels eines Deckels verschlossen ist. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass raumgreifende und aufwendige Verschraubungen für eine horizontale Teilfuge entfallen können. Der Verschluss einer rein radial verlaufenden Teilfuge, die bei üblicher Aufstellung einer derartigen Maschine vertikal ausgerichtet ist, erfordert geringere Befestigungsmittel. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Deckel des als Topfgehäuse ausgebildeten zweiten Teilgehäuses integraler Bestandteil des ersten Teilgehäuses ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist es vorgesehen, dass auf einer Axialseite des zweiten Teilgehäuses ein Deckel das Gehäuse mittels einer vertikal verlaufenden Teilfuge verschließt und auf der anderen Axialseite das zweite Teilgehäuse mittels eines Deckels verschlossen ist, der integraler Bestandteil des ersten Teilgehäuses ist. Als integraler Bestandteil des ersten Teilgehäuses kann einerseits eine einstückige Ausbildung des das zweite Teilgehäuse axial verschließenden Deckels mit dem ersten Teilgehäuse verstanden werden, als auch eine nur lösbare Befestigung dieses Deckels an dem ersten Teilgehäuse, wobei ein derartiger Deckel eine Doppelfunktion aufweist, indem er einerseits das erste Teilgehäuse abschließt und andererseits das zweite Teilgehäuse axial abschließt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Laufräder des Rotors alle an der gleichen Welle, bevorzugt an der gleichen einstückig ausgebildeten Welle des Rotors angebracht sind. Einstückig bedeutet hierbei, dass die Welle sich nicht zerstörungsfrei in verschiedene Axialabschnitte zerlegen lässt.
  • Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung des Crack-Gas-Verdichters, bei der der Rotor eine Kupplung aufweist zur Übertragung einer Antriebsleistung an dem axialen Ende, an dem die erste Verdichtungsstufe sich nicht befindet. In anderen Worten bedeutet das, dass die Kupplungsübertragung der Antriebsleitung auf den Rotor des Crack-Gas-Verdichters auf der axialen Seite angebracht ist, die der axialen Zuströmung der ersten Verdichtungsstufe axial gegenüberliegt.
  • Insbesondere bei einer Ausführung der ersten Verdichtungsstufe ohne eigene Radiallagerung in dem Axialbereich des ersten Teilgehäuses ist es zweckmäßig, wenn die erste Verdichtungsstufe genau ein Laufrad aufweist. Eine derartige liegend gelagerte Anordnung muss derart ausgebildet sein, dass in allen Drehzahlbereichen die sich entwickelnde Rotordynamik nicht zu übermäßigen Schwingungs- und Resonanzerscheinungen führt.
  • Besonders zweckmäßig ist eine vorteilhafte Weiterbildung, wenn alle Laufräder der ersten Verdichtungsstufe als offene Laufräder ohne Deckscheibe ausgebildet sind. Offene Laufräder haben insbesondere den Vorteil, dass radial an der äußeren Kante der Schaufeln der Laufräder keine massebehaftete Deckscheibe angebracht ist, die eine signifikante Belastung infolge der Fliehkräfte für das Laufrad, insbesondere die Schaufeln, bedeutet. Ein offenes Laufrad kann dementsprechend entweder schneller rotieren oder radial größer ausgelegt werden, ohne zwingend mechanische Festigkeitswerte der verwendeten Materialien des Laufrades auszureizen. In der Konsequenz bedeutet das, dass offene Laufräder innerhalb der gegebenen rotordynamischen Grenzen ein größeres Schluckvermögen ermöglichen als geschlossene Laufräder. Infolge der Kompaktheit des erfindungsgemäßen Crack-Gas-Verdichters treten daher etwaige Wirkungsgradnachteile offener Laufräder für die erste Verdichtungsstufe in den Hintergrund, weil einerseits die Investitionskosten erfindungsgemäß niedrig sind und andererseits infolge der Integration sämtlicher Verdichtungsprozesse in ein Gehäuse etwaige Wellendichtungsverluste verhältnismäßig niedrig ausfallen. Insofern begünstigt die Erfindung sowohl eine kompakte Bauweise, als auch einen verhältnismäßig guten Wirkungsgrad.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Laufräder der zweiten Verdichtungsstufe zu den Laufrädern der dritten Verdichtungsstufe in einer back-to-back-Anordnung angeordnet sind. Da sich aus der axialen Orientierung der Laufräder und der sich daraus ergebenden Differenzdrücke jeweils für jedes Laufrad ein axialer Schub ergibt, reduziert die back-to-back-Anordnung der zweiten und dritten Stufe effektiv den axialen Schub auf den Rotor, so dass etwaige konstruktiv aufwendige Ausgleichsmaßnahmen, die auch den Wirkungsgrad der Anordnung negativ beeinflussen, geringer ausfallen können.
  • Insbesondere für eine strömungsgünstige Zuleitung des Prozessfluids zu der ersten Stufe ist es zweckmäßig, wenn die Radiallager des Crack-Gas-Verdichters im Axialerstreckungsbereich des zweiten Teilgehäuses angeordnet sind und dementsprechend kein Radiallager im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses. Hierbei ist es besonders sinnvoll, wenn sich kein Radiallager im Bereich der axialen Zuströmung der ersten Verdichtungsstufe befindet.
  • Alternativ kann ein Radiallager im Bereich der axialen Zuströmung zu der ersten Verdichtungsstufe vorgesehen sein, damit eine besonders ruhige Rotordynamik unter allen Betriebsumständen erzielbar ist. Infolge einer derartigen rotordynamisch motivierten Maßnahme kann die erste Verdichtungsstufe auch mit einem größeren oder schwereren Laufrad ausgestattet werden oder sogar mehrere Laufräder aufweisen, ohne dass es zu unzulässig hohen Schwingungen kommen kann.
  • Bei einer Ausbildung ohne Radiallager axial in der Zuströmung zu der ersten Verdichtungsstufe ist es zweckmäßig, wenn ein Radiallager axial zwischen der ersten Verdichtungsstufe und der zweiten Verdichtungsstufe angeordnet ist. Hierbei ist es auch denkbar, dass ein Radiallager möglichst nahe an dem Masseschwerpunkt eines Laufrades der ersten Verdichtungsstufe angeordnet ist. Hierzu kann das Laufrad beispielsweise rückseitig - also gegenüber der axialen Zuströmung - eine Aussparung im Bereich der Welle aufweisen, so dass die Radiallagerung axial in dem durch die Aussparung gewonnenen Raum teilweise angeordnet werden kann. In einer solchen Anordnung würde die Radiallagerung auch eine Wellendichtung umfassen, damit beispielsweise bei einer ölgeschmierten Lagerung das Schmieröl nicht in das Prozessfluid gelangen kann oder umgekehrte Fluidströme unterbunden werden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Crack-Gas-Verdichters und
    Figur 2
    einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung einer alternativen Ausbildung eines erfindungsgemäßen Crack-Gas-Verdichters.
  • In den Ausführungsbeispielen sind gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit identischer Funktion auch mit identischen Bezugszeichen versehen. Begriffe wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung sind auf eine Achse X eines Rotors ROT bezogen, wenn dies nicht anders angegeben ist.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen Crack-Gas-Verdichter CGC schematisch in einem Längsschnitt entlang der Achse X des Rotors ROT. Der Crack-Gas-Verdichter CGC weist ein Gehäuse CAS auf, in dem die Verdichtungsvorgänge stattfinden. Das Gehäuse CAS ist mittels einer im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse X sich erstreckenden Teilfuge SPP in ein erstes Teilgehäuse CA1 und ein zweites Teilgehäuse CA2 aufgeteilt.
  • Das erste Teilgehäuse CA1 beinhaltet im Wesentlichen eine erste Verdichtungsstufe CP1 mit einer ersten axialen Zuströmung IA1 und einer ersten radialen Abströmung RX1 für ein Prozessfluid PFL. Das zweite Teilgehäuse CA2 weist eine radiale zweite Zuströmung IR2 zur Zuströmung des Prozessfluids PFL und stromabwärts eine zweite Verdichtungsstufe CP2 und weiter stromabwärts eine radiale zweite Abströmung RX2 auf. Weiterhin weist das zweite Teilgehäuse CA2 eine radiale dritte Zuströmung IR3 zur Zuströmung des Prozessfluids PFL zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstufe CP3 und weiter stromabwärts eine radiale dritte Abströmung RX3 auf. Bei beiden Ausführungsformen ist das erste Teilgehäuse CA1 in Umfangsrichtung CDR ungeteilt ausgebildet. Eine Welle SH des Rotors ROT trägt Laufräder IMP des Rotors ROT. Hierbei weist die erste Verdichtungsstufe CP1 ein Laufrad IMP auf, das als offenes Laufrad IMP ausgebildet ist. Die zweite Verdichtungsstufe CP2 weist ebenfalls ein Laufrad IMP auf, das als offenes Laufrad IMP ausgebildet ist. Die dritte Verdichtungsstufe CP3 weist drei Laufräder IMP auf, die als geschlossene Laufräder IMP ausgebildet sind. Im Interesse des axialen Schubausgleichs ist das Laufrad IMP der zweiten Verdichtungsstufe CP2 derart angeordnet, dass es aus der axial zu der Ansaugrichtung der dritten Verdichtungsstufe CP3 entgegengesetzten Axialrichtung das Prozessfluid PFL ansaugt und radial ausgibt. Dementsprechend sind die Laufräder der dritten Verdichtungsstufe CP3 zu dem Laufrad IMP der zweiten Verdichtungsstufe CP2 in einer sogenannten back-to-back-Anordnung zueinander angeordnet. Zwischen der ersten Verdichtungsstufe CP1 und der zweiten Verdichtungsstufe CP2 ist eine erste axiale Wellendichtung SH1 vorgesehen. Zwischen der zweiten Verdichtungsstufe CP2 und der dritten Verdichtungsstufe CP3 ist eine zweite Wellendichtung SH2 vorgesehen. Die axiale Abfolge der Verdichtungsstufen entlang der Erstreckung des Rotors ROT ist derart, dass zunächst eine axiale Ansaugung in der ersten Zuströmung IA1 des Prozessfluids PFL erfolgt und anschließend die erste Verdichtungsstufe CP1 angeordnet ist. Axial daran anschließend sind die zweite Verdichtungsstufe CP2 und die dritte Verdichtungsstufe CP3 vorgesehen. In axialer Fortsetzung dichtet eine dritte Wellendichtung SH3 die Zuströmung IR3 zu der dritten Verdichtungsstufe CP3 gegenüber der Umgebung AMB ab. Unter axialer Zwischenanordnung eines Radiallagers RB setzt sich die Welle fort bis zu einer Kupplung CP. Mittels der Kupplung CP ist eine Antriebsleistung PDR auf den Rotor ROT übertragbar.
  • Der wesentliche Unterschied zwischen der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform und derjenigen der Figur 2 liegt in der Anordnung des Radiallagers RB, das sich nahe der ersten Verdichtungsstufe CP1 befindet. Während in der Figur 1 das Laufrad IMP den Rotor ROT axial zur ersten axialen Zuströmung hin mittels einer Nasenhaube NSO abschließt, ist in der Figur 2 in der ersten axialen Zuströmung IA1 das Radiallager RB axial vor dem Laufrad IMP der ersten Verdichtungsstufe CP1 angeordnet. Entsprechend erstreckt sich die Welle SH des Rotors ROT durch das Laufrad IMP der ersten Verdichtungsstufe CP1 hindurch und ist seitens des in der Zuströmung vorgesehenen Radiallagers RB abgestützt. Eine Nasenhaube NSO sorgt Einströmungs-seitig für einen aerodynamisch akzeptablen CW-Wert dieser durch das Radiallager RB verursachten Verblockung. Den Nachteilen hinsichtlich der Aerodynamik und der Montage der ersten Verdichtungsstufe CP1 und der Gesamtanordnung steht der Vorteil einer stabileren Rotordynamik für den Rotor ROT gegenüber. Diese geringere Neigung zu ungünstigen Schwingungen des Rotors ROT ermöglicht strömungstechnisch bessere und aerodynamisch ungünstigere Gestaltungen beispielsweise des Laufrades IMP der ersten Verdichtungsstufe CP1.
  • Sowohl in der Figur 1 als auch in der Ausführung gemäß Figur 2 weist das zweite Teilgehäuse CA2 jeweils einen axial abschließenden Deckel COV auf beiden Seiten auf. Während die Ausbildung gemäß der Figur 1 eine in dem Längsschnitt dargestellte Teilfugenebene mit im Wesentlichen ausschließlich radial-axialer Erstreckung aufweist, ist das Gehäuse in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 im Bereich des zweiten Teilgehäuses CA2 als Topfgehäuse ausgebildet. In beiden Fällen befindet sich in dem Übergangsbereich von dem ersten Teilgehäuse CA1 zu dem zweiten Teilgehäuse CA2 ein sich im Wesentlichen rein radial erstreckender Deckel COV, der eine in Betriebsaufstellung vertikale Teilfuge SPP verschließt. Dieser Deckel COV schließt sowohl das erste Teilgehäuse CA1 in Richtung des zweiten Teilgehäuses CA2 als auch das zweite Teilgehäuse CA2 seitens des ersten Teilgehäuses CA1 ab. Dementsprechend teilen sich die beiden Teilgehäuse CA1, CA2 den in dem Übergangsbereich befindlichen Deckel COV als gemeinsames Bauteil zum jeweiligen axialen Abschluss in dem Übergangsbereich. Die erste Wellendichtung SH1 ist angebracht an diesen Deckel COV.

Claims (12)

  1. Crack-Gas-Verdichter (CGC) umfassend
    - einen Rotor (ROT), der sich entlang einer Achse (X) erstreckt,
    - ein Gehäuse (CAS),
    - wobei das Gehäuse (CAS) eine sich im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse (X) erstreckende Teilfuge (SPP) aufweist,
    - wobei die Teilfuge (SPP) das Gehäuse (CAS) in ein erstes Teilgehäuse (CA1) und ein zweites Teilgehäuse (CA2) gliedert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Teilgehäuse (CA1) eine axiale erste Zuströmung (IA1) und stromabwärts der ersten Zuströmung (IA1) eine erste Verdichtungsstufe (CP1) und weiter stromabwärts der ersten Verdichtungsstufe (CP1) eine radiale erste Abströmung (RX1) für ein Prozessfluid (PFL) aufweist,
    - wobei das erste Teilgehäuse (CA1) in Umfangsrichtung (CDR) ungeteilt ausgebildet ist,
    - wobei der Crack-Gas-Verdichter (CGC) mindestens zwei Radiallager (RB) aufweist,
    - wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale zweite Zuströmung (IR2) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) und stromabwärts der radialen zweiten Zuströmung (IR2) eine zweite Verdichtungsstufe (CP2) und weiter stromabwärts der zweiten Verdichtungsstufe (CP2) eine radiale zweite Abströmung (RX2) umfasst,
    - wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale dritte Zuströmung (IR3) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstufe (CP3) und weiter stromabwärts der dritten Verdichtungsstufe (CP3) eine radiale dritte Abströmung (RX3) umfasst,
    - wobei die Verdichtungsstufen (CP1, CP2, CP3) Laufräder (IMP) aufweisen, die Bestandteil des Rotors (ROT) sind.
  2. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach Anspruch 1,
    wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine im Wesentlichen axial-radial verlaufende Teilfuge (SP2) aufweist.
  3. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine im Wesentlichen radial verlaufende Teilfuge (SP2) aufweist, insbesondere ein Topfgehäuse (BAR) aufweist, das auf einer Axialseite mittels eines Deckels (COV) des Topfgehäuses (BAR) verschlossen ist.
  4. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 3,
    wobei die Laufräder (IMP) des Rotors (ROT) alle an der gleichen einstückigen Welle (SH) des Rotors (ROT) angebracht sind.
  5. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 4,
    wobei der Rotor (ROT) eine Kupplung (CP) aufweist zur Übertragung einer Antriebsleistung (PDR) an dem axialen Ende, an dem die erste Verdichtungsstufe (CP1) sich nicht befindet.
  6. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 5,
    wobei die erste Verdichtungsstufe (CP1) genau ein Laufrad (IMP) aufweist.
  7. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 6,
    wobei alle Laufräder (IMP) der ersten Verdichtungsstufe (CP1) als offene Laufräder (IMP) ohne Deckscheibe (CVW) ausgebildet sind.
  8. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 7,
    wobei die Laufräder (IMP) der zweiten Verdichtungsstufe (CP2) zu den Laufrädern (IMP) der dritten Verdichtungsstufe (CP3) in einer back-to-back-Anordnung angeordnet sind.
  9. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 9,
    wobei die Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des zweiten Teilgehäuses (CA2) angeordnet sind und kein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses (CA1) angeordnet ist.
  10. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 9,
    wobei ein Radiallager axial zwischen der ersten Verdichtungsstufe (CP1) und der zweiten Verdichtungsstufe (CP2) angeordnet ist.
  11. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 8,
    wobei ein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses (CA1) angeordnet ist und ein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des zweiten Teilgehäuses (CA2) angeordnet ist.
  12. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 11,
    wobei ein Radiallager (RB) im Bereich der axialen ersten Zuströmung (IA1) stromaufwärts der ersten Verdichtungsstufe (CP1) an einem axialen Wellenende angeordnet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008057472A1 (de) * 2008-11-14 2010-05-20 Atlas Copco Energas Gmbh Mehrstufiger Radial-Turboverdichter
WO2012027554A1 (en) 2010-08-25 2012-03-01 Stone & Webster Process Technology, Inc. Producing olefins by pyrolytic cracking of refinery off-gas
DE102014226195A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Radialturbofluidenergiemaschine

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