EP4680863A1 - Verdichteranordnung - Google Patents
VerdichteranordnungInfo
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- EP4680863A1 EP4680863A1 EP24732461.9A EP24732461A EP4680863A1 EP 4680863 A1 EP4680863 A1 EP 4680863A1 EP 24732461 A EP24732461 A EP 24732461A EP 4680863 A1 EP4680863 A1 EP 4680863A1
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- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
- F04D17/12—Multi-stage pumps
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- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
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- F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
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- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
- H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
- H02K5/1672—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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- H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
Definitions
- the invention relates to a compression device comprising a compressor unit which is designed to compress flow media, wherein the compressor unit comprises a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor, with gas bearings which are designed to support the rotor.
- the invention relates to a method for operating a compression device, wherein the compression device has a compressor unit, wherein the compressor unit has a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor, wherein gas bearings are arranged which are designed to support the rotor.
- a compressor or a compressor usually comprises a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor.
- a flow medium to be compressed flows into the compressor via a flow inlet and is compressed there in a compression stage, i.e. the pressure of the flow medium is increased.
- the compressed flow medium leaves the compressor via a flow outlet.
- the invention has set itself the task of specifying a compressor device and a method that can be operated oil-free.
- a compression device comprising a compressor unit which is designed to compress flow media, wherein the compressor unit comprises a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor, with gas bearings which are designed to support the rotor, wherein the gas bearing can be operated with flow medium, wherein a fluidic connection is arranged between the gas bearing and the compressor unit which is designed to supply the gas bearing with flow medium.
- the objects are also achieved by a method for operating a compression device, wherein the compression device has a compressor unit, wherein the compressor unit has a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor, wherein gas bearings are arranged which are designed to support the rotor, wherein the gas bearings are supplied with flow medium which comes from the compressor unit.
- the invention enables oil-free operation of the compression device. To completely eliminate the oil unit, all rotors in the train run on gas-lubricated gas bearings.
- the most effective way to implement this is to supply all gas bearings with process gas or flow medium from the pressure side during operation and to eliminate the oil unit.
- the motor housing and coupling spacers must be gas-tight and pressure-resistant. Then the train is encapsulated and all escaping gas from the bearings can flow back into the process.
- the invention can be applied to multiple trains with more than one compressor or compressor, multiplying the cost savings.
- the invention is based on the idea that the gas bearings can be operated with the process gas or flow medium.
- the flow medium is branched off from the compression process and supplies the gas bearings. After flowing through the gas bearing, the flow medium is fed back to the compressor unit.
- the main difference is to consistently apply the gas lubricated bearing concept to the entire compressor train instead of just focusing on the compressor unit itself. In this way, the benefits described below can be achieved. Oil units can be dispensed with. The use of dry gas seals can be reduced.
- the invention increases reliability and eliminates the need for a gearbox.
- Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention
- Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention.
- Figure 1 shows a compression device 1.
- the compression device 1 is designed to compress process gases, which can also be referred to as flow media.
- the compression device 1 has a compressor unit 2, which is designed to compress the flow medium.
- Figure 1 shows a compressor unit 2 designed as a turbo compressor, which has several stages 3.
- the compressor unit 2 has a rotatably mounted rotor 4.
- a housing 5 is arranged around the rotatably mounted rotor 4.
- the compressor unit 2 also has several gas bearings 6 which are designed to support the rotor 4.
- the rotor 4 shown in Figure 1 is supported by an axial gas bearing 7 and two radial gas bearings 8.
- the gas bearings 6 each have a supply 9 for a gas medium, wherein the gas bearings 6 are designed such that the rotor 6 is mounted on a gas film consisting of the gas medium.
- the compressor unit 2 has a flow inlet for the flow medium (not shown). After the flow medium is further compressed after each stage 3, the flow medium flows out via a flow outlet 10 in which a flap 11 is arranged. A portion of the process medium flowing out of the flow outlet 10 is fluidically connected to the supply lines 9, so that according to the invention the gas bearings 6 are supplied with flow medium from the compressor unit 2.
- the flow medium After the flow medium has flowed through the gas bearings 6, the flow medium is fed back to the flow inlet via suitable measures. This creates a closed system for supplying the gas bearings 6 with the flow medium.
- the compression device 1 also has a drive 12.
- the drive 12 is designed in such a way that it causes the rotor 4 of the compressor unit 2 to rotate.
- the drive 12 has a drive rotor 13 which is designed to drive the rotor 4.
- the drive rotor 13 must be connected to the rotor 4 in a torque-transmitting manner. This is done by means of couplings 14.
- the drive rotor 13 is also rotatably mounted, whereby gas bearings 6 are also used here.
- gas bearings 6 are also used here.
- two gas bearings 6 designed as radial bearings 8 are shown. These gas bearings 6 are also supplied with flow medium via supply lines 9.
- the gas bearings 6 of the radial bearings 8 for the drive rotor 12 are also fluidically connected to the flow medium.
- the drive 12 can be designed as an electric motor.
- the electric motor can be supplied with electrical power from renewable energies 15, such as wind energy and solar energy.
- a converter 16 is generally required to use the electrical power from renewable energies 15.
- the compression device 1 In order to achieve a closed circuit with flow medium for supplying the gas bearings 6, the compression device 1 must be hermetically or gas-tight. This means that the drive must be gas-tight. A coupling housing 17 must also be arranged around the couplings 14. The gas bearings 6 are thus supplied in a closed circuit, with the gas bearings 6 being supplied with flow medium from the compressor unit 2. The entire compression device 1 is designed in such a way that no flow medium can flow out of the compression device 1 on the way to or away from the gas bearing 6.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verdichtungseinrichtung (1) um- fassend eine Verdichtereinheit (2), die zum Verdichten von Strömungsmedien ausgebildet ist, wobei die Verdichtereinheit (2) einen drehbar gelagerten Rotor (4) und ein um den Rotor (4) angeordnetes Gehäuse (5) umfasst, mit Gaslagern (6), die zum Lagern des Rotors (4) ausgebildet sind, wobei das Gasla- ger (6) mit Strömungsmedium betreibbar ist, wobei eine strö- mungstechnische Verbindung zwischen dem Gaslager (6) und der Verdichtereinheit (2) angeordnet ist, die zum Versorgen des Gaslagers (6) mit Strömungsmedium ausgebildet ist.
Description
Beschreibung
Verdicht er anordnung
Die Erfindung betri f ft eine Verdichtungseinrichtung umfassend eine Verdichtereinheit , die zum Verdichten von Strömungsmedien ausgebildet ist , wobei die Verdichtereinheit einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse umfasst , mit Gaslagern, die zum Lagern des Rotors ausgebildet sind .
Des Weiteren betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Verdichtungseinrichtung, wobei die Verdichtungseinrichtung eine Verdichtereinheit aufweist , wobei die Verdichtereinheit einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse aufweist , wobei Gaslager angeordnet werden, die zum Lagern des Rotors ausgebildet sind .
Ein Verdichter oder ein Kompressor umfasst in der Regel einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse . Über einen Strömungseingang strömt ein zu verdichtendes Strömungsmedium in den Verdichter und wird dort in einer Verdichterstufe verdichtet , d . h . der Druck des Strömungsmediums wird erhöht . Über einen Strömungsausgang gelangt das verdichtete Strömungsmedium aus dem Verdichter .
Der Rotor muss gelagert werden, wobei hier unter anderem mit Öl betriebene Öllager eingesetzt werden . Problematisch ist allerdings , dass sich das Strömungsmedium mit dem Öl vermischen könnte , was zu vermeiden ist . Um dieser Problematik zu begegnen, müssen Dichtungen eingesetzt werden . In vielen Fällen werden so genannte Trockengasdichtungen eingesetzt , die den Vorteil bieten, eine vergleichsweise gute Dichtung herbei zuführen . Der Betrieb und die Funktionsweise solcher Trockengasdichtungen ist allerdings vergleichsweise komplex .
Neben den ölbetriebenen Lagern existieren aerostatische Lager bzw . Gaslager, die die Möglichkeit bieten, rotierende Wellen öl frei , berührungslos und nahezu reibungs frei zu betreiben .
Solche Lager können mit fast j edem Gas betrieben werden, von Stickstof f bis hin zu gefiltertem Prozessgas bzw . Strömungsmedium, wobei aber die Belastbarkeit stark vom Förderdruck und der Größe abhängt .
Der Betrieb einer Verdichtereinrichtung mit Öl ist vergleichsweise teuer und komplex . Wünschenswert wäre es eine Verdichtereinrichtung bereitzustellen, die ohne Öl betrieben werden kann .
Vor diesem Hintergrund hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht , eine Verdichtereinrichtung und ein Verfahren anzugeben, das öl frei betrieben werden kann .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Verdichtungseinrichtung umfassend eine Verdichtereinheit , die zum Verdichten von Strömungsmedien ausgebildet ist , wobei die Verdichtereinheit einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse umfasst , mit Gaslagern, die zum Lagern des Rotors ausgebildet sind, wobei das Gaslager mit Strömungsmedium betreibbar ist , wobei eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Gaslager und der Verdichtereinheit angeordnet ist , die zum Versorgen des Gaslagers mit Strömungsmedium ausgebildet ist .
Des Weiteren wird die Aufgaben auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verdichtungseinrichtung, wobei die Verdichtungseinrichtung eine Verdichtereinheit aufweist , wobei die Verdichtereinheit einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse aufweist , wobei Gaslager angeordnet werden, die zum Lagern des Rotors ausgebildet sind, wobei die Gaslager mit Strömungsmedium versorgt werden, das aus der Verdichtereinheit kommt .
Die Erfindung ermöglicht ein öl freies Betreiben der Verdichtungseinrichtung .
Um die Öleinheit vollständig zu eliminieren, laufen alle Rotoren im Zug in gasgeschmierten Gaslagern .
Der ef fektivste Weg, dies umzusetzen, besteht darin, alle Gaslager während des Betriebs von der Druckseite mit Prozessgas bzw . Strömungsmedium zu versorgen und die Öleinheit zu eliminieren .
Folglich kann der Zug ohne Getriebe arbeiten und wird von einem schnelllaufenden Elektromotor angetrieben . Dies bietet die Möglichkeit , nicht nur die Öleinheit zu eliminieren, sondern auch die Trockengasdichtungen zu eliminieren .
Um dies zu ermöglichen, müssen Motorgehäuse und Kupplungsabstandshalter gasdicht und druckfest sein . Dann wird der Zug gekapselt und das gesamte austretende Gas aus den Lagern kann in den Prozess zurückfließen .
Die Erfindung kann auf mehrere Züge mit mehr als einen Kompressor oder Verdichter angewendet werden, was die Kostenersparnis verviel facht .
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus , dass die Gaslager mit dem Prozessgas bzw . Strömungsmedium betrieben werden können . Das Strömungsmedium wird hierbei aus dem Verdichtungsprozess abgezweigt und versorgt die Gaslager . Nach der Durchströmung durch das Gaslager wird das Strömungsmedium wieder der Verdichtereinheit zugeführt .
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Der Hauptunterschied besteht darin, das Konzept der gasgeschmierten Lager konsequent auf den gesamten Verdichterstrang anzuwenden, anstatt sich nur auf die Verdichtereinheit selbst zu konzentrieren . Auf diese Weise können die nachfolgend beschriebenen Vorteile erzielt werden .
Auf Öleinheiten kann verzichtet werden . Der Einsatz von Trockengasdichtungen kann verringert werden .
Mit der Erfindung wird die Zuverlässigkeit erhöht und es ist kein Getriebe erforderlich .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .
Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Einrichtung
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aus führungs form der Erfindung . Insbesondere zeigt die Figur 1 eine Verdichtungseinrichtung 1 . Die Verdichtungseinrichtung 1 ist zum Verdichten von Prozessgasen, die auch als Strömungsmedien bezeichnet werden können, ausgebildet . Dafür weist die Verdichtungseinrichtung 1 eine Verdichtereinheit 2 auf , die zum Verdichten des Strömungsmediums ausgebildet ist . Die Figur 1 zeigt hier einen als Turbokompressor ausgebildete Verdichtereinheit 2 , die mehrere Stufen 3 aufweist .
Die Verdichtereinheit 2 weist einen drehbar gelagerten Rotor 4 auf . Um den drehbar gelagerten Rotor 4 ist ein Gehäuse 5 angeordnet . Des Weiteren weist die Verdichtereinheit 2 mehrere Gaslager 6 , die zum Lagern des Rotors 4 ausgebildet sind . Der in der Figur 1 dargestellte Rotor 4 wird mit einem Axial- Gaslager 7 und zwei Radial-Gaslager 8 gelagert .
Die Gaslager 6 weisen j eweils eine Zuführung 9 für ein Gasmedium auf , wobei die Gaslager 6 derart ausgebildet sind, dass der Rotor 6 auf einem aus dem Gasmedium bestehenden Gas film gelagert ist .
Die Verdichtereinheit 2 weist einen Strömungseingang für das Strömungsmedium auf (nicht dargestellt ) . Nachdem das Strömungsmedium nach j eder Stufe 3 weiter verdichtet wird, strömt das Strömungsmedium über einen Strömungsausgang 10 , in dem ein Klappe 11 angeordnet ist heraus . Ein Teil des aus dem Strömungsausgang 10 ausströmenden Prozessmediums wird strömungstechnisch mit den Zuleitungen 9 verbunden, so dass erfindungsgemäß die Gaslager 6 mit Strömungsmedium aus der Verdichtereinheit 2 versorgt werden .
Nach Durchströmen des Strömungsmediums durch die Gaslager 6 wird das Strömungsmedium wieder über geeignete Maßnahmen dem Strömungseingang zugeführt . Somit entsteht ein geschlossenes System für die Versorgung der Gaslager 6 mit dem Strömungsmedium .
Die Verdichtungseinrichtng 1 weist ferner einen Antrieb 12 auf . Der Antrieb 12 ist derart ausgebildet , dass dieser den Rotor 4 der Verdichtereinheit 2 in eine Rotation versetzt . Dazu weist der Antrieb 12 einen Antriebsrotor 13 auf , der zum Antreiben des Rotors 4 ausgebildet ist . Dazu muss der Antriebsrotor 13 drehmomentübertragend mit dem Rotor 4 verbunden werden . Dies erfolgt durch Kupplungen 14 .
Der Antriebsrotor 13 ist ebenfalls drehbar gelagert , wobei auch hier Gaslager 6 verwendet werden . In der Figur 1 sind
zwei als Radial-Lager 8 ausgebildete Gaslager 6 dargestellt . Diese Gaslager 6 werden ebenfalls über Zuleitungen 9 mit Strömungsmedium versorgt . Somit sind die Gaslager 6 der Radi- al-Lager 8 für den Antriebsrotor 12 ebenfalls strömungstech- nisch mit dem Strömungsmedium verbunden .
Der Antrieb 12 kann hierbei als Elektromotor ausgebildet sein . Der Elektromotor kann dabei mit elektrischem Strom aus erneuerbaren Energien 15 , wie zum Beispiel Windenergie und Solarenergie versorgt werden . Für die Verwendung des elektrischen Stroms aus erneuerbaren Energien 15 wird in der Regel ein Umrichter 16 benötigt .
Um einen geschlossenen Kreislauf mit Strömungsmedium für die Versorgung der Gaslager 6 zu erreichen, muss die Verdichtungseinrichtung 1 hermetisch bzw . gasdicht ausgebildet werden . Das bedeutet , dass der Antrieb gasdicht ausgeführt sein muss . Ebenso muss ein Kupplungsgehäuse 17 um die Kupplungen 14 angeordnet werden . Die Versorgung der Gaslager 6 erfolgt somit in einem geschlossenen Kreislauf , wobei die Gaslager 6 mit Strömungsmedium aus der Verdichtereinheit 2 versorgt werden . Die ganze Verdichtungseinrichtung 1 wird so ausgeführt , dass kein Strömungsmedium auf dem Weg zu oder weg vom Gaslager 6 aus der Verdichtungsreinrichtung 1 strömen kann .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann heraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Claims
1. Verdichtungseinrichtung (1) umfassend eine Verdichtereinheit (2) , die zum Verdichten von Strömungsmedien ausgebildet ist, wobei die Verdichtereinheit (2) einen drehbar gelagerten Rotor (4) und ein um den Rotor (4) angeordnetes Gehäuse (5) umfasst, mit Gaslagern (6) , die zum Lagern des Rotors (4) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaslager (6) mit Strömungsmedium betreibbar ist, wobei eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Gaslager (6) und der Verdichtereinheit (2) angeordnet ist, die zum Versorgen des Gaslagers (6) mit Strömungsmedium ausgebildet ist.
2. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Gaslager (6) als Axial-Gaslager (7) zum axialen Lagern des Rotors (4) ausgebildet ist.
3. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gaslager (6) als Radial-Gaslager (8) zum radialen Lagern des Rotors (4) ausgebildet ist.
4. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Verdichtereinheit (2) einen Strömungseingang für das Strömungsmedium aufweist, wobei die Verdichtereinheit (2) zumindest eine Verdichtungsstufe (3) aufweist, in der das Strömungsmedium verdichtet wird, wobei die Verdichtereinheit (2) einen Strömungsausgang
(10) aufweist, der zum Ausströmen des verdichteten Strömungsmediums ausgebildet ist, wobei die Gaslager (6) strömungstechnisch mit dem Strömungsausgang (10) verbunden sind.
5. Verdichtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungsmedium nach dem Durchströmen des Gaslagers (6) strömungstechnisch mit dem Strömungseingang verbunden ist.
6. Verdichtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Antrieb (12) , der einen Antriebsrotor (13) aufweist und zum Antreiben des Rotors (4) ausgebildet ist, wobei der Antrieb (12) Gaslager (6) aufweist, die zum Lagern des Antriebsrotors (13) ausgebildet sind, wobei die Gaslager (6) strömungstechnisch mit dem Strömungsmedium verbunden sind.
7. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei der Antrieb (12) als Elektromotor ausgebildet ist .
8. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei zwischen dem Rotor (4) und dem Antriebsrotor (13) eine gasdicht ausgebildete Kupplung (14) angeordnet ist .
9. Verdichtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdichtungseinrichtung (1) gasdicht ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Verdichtungseinrichtung (1) , wobei die Verdichtungseinrichtung (1) eine Verdichtereinheit (2) aufweist, wobei die Verdichtereinheit (2) einen drehbar gelagerten Rotor (4) und ein um den Rotor (4) angeordnetes Gehäuse (5) aufweist, wobei Gaslager (6) angeordnet werden, die zum Lagern des Rotors (4) ausgebildet sind, wobei die Gaslager (6)
mit Strömungsmedium versorgt werden, das aus der Verdichtereinheit (2) kommt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verdichtungseinrichtung (1) derart ausgebildet wird, dass die Versorgung der Gaslager (6) innerhalb der Verdichtungseinrichtung (1) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Rotor (4) mit einem Antrieb (12) , insbesondere Elektromotor angetrieben wird, wobei der Antrieb (12) einen Antriebsrotor (13) aufweist, wobei der Antriebsrotor (13) mit Gaslagern (6) gelagert wird, die mit dem Strömungsmedium aus der Verdichtereinheit 82) versorgt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Strömungsmedium nach der Durchströmung der Gaslager (6) wieder in die Verdichtereinheit (2) zurückströmt .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Kupplung (14) zwischen dem Antrieb (12) und der Verdichtereinheit (2) angeordnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Verdichtungseinrichtung (1) derart hermetisch ausgebildet wird, dass die Versorgung der Gaslager (6) mit Strömungsmedium innerhalb der Verdichtungseinrichtung (1) erfolgt.
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