ES2586658T3 - Grupo compresor centrífugo - Google Patents

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ES2586658T3 ES03727579.9T ES03727579T ES2586658T3 ES 2586658 T3 ES2586658 T3 ES 2586658T3 ES 03727579 T ES03727579 T ES 03727579T ES 2586658 T3 ES2586658 T3 ES 2586658T3
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Pierre Laboube
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Abstract

Grupo compresor centrífugo, que comprende un motor (34), al menos un compresor (44; 44'; 44'') que comprende un árbol accionado (54; 54'; 54'') impulsado por el rotor (38) del motor y un conjunto de ruedas de álabes montadas en el árbol accionado, estando el conjunto constituido por el motor y el compresor montado en un cárter (55) común estanco al gas utilizado por el grupo compresor, caracterizado por que el rotor y el árbol accionado están unidos por un acoplamiento flexible (72; 72'; 72'') dispuesto en el cárter.

Description

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DESCRIPCION
Grupo compresor centnfugo
La invencio se refiere a un turbo-compresor o moto-compresor y, en particular, a un grupo moto-compresor integrado, tal como se divulga en los documentos US4969803 y US6464469 B1.
Haciendo referencia a la figura 1, los grupos moto-compresores integrados comprenden un carter o carcasa comun estanco 10, en el cual estan situados un motor electrico 12 y un grupo compresor 14, por ejemplo de varias etapas, el cual comprende un conjunto de ruedas de alabes, tales como 16, soportadas por un arbol 18. El motor 12 acciona en rotacion un rotor 20, estando este rotor 20 acoplado al arbol 18 del compresor 14 por intermedio de un acoplamiento ngido 22. Unos cojinetes 24, 26 y 28 son utilizados para soportar la lmea de arboles del grupo moto- compresor. El conjunto esta colocado en un carter comun 29.
En funcionamiento, el gas a utilizar se presenta en la entrada E del turbo-compresor y despues es transmitido a las etapas sucesivas de compresion del grupo compresor para ser entregado en la salida S. Un cojinete axial 30 es utilizado para impedir el desplazamiento axial del compresor 14 durante su funcionamiento.
Este tipo de disposicion presenta la ventaja de simplificar de manera considerable la lmea de arboles del grupo compresor en la medida en que el conjunto constituido por el motor, su rotor y sus cojinetes de extremo, asf como por el acoplamiento ngido y por el tope axial, se situan en el interior del carter y estan sometidos a la presion del gas admitido en la entrada de la primera etapa de compresion. Ademas, es posible, con una tal disposicion, dotar a la lmea de arboles de varias etapas de compresion, a la vez que se limita su longitud.
No obstante, una tal estructura presenta un inconveniente importante, en la medida en que, durante su montaje, necesita una alineacion perfecta del rotor y del arbol accionado del compresor. Ademas, la solidarizacion del rotor y del arbol del compresor degrada considerablemente el comportamiento vibratorio de la lmea de arboles.
El objetivo de la invencion es pues paliar estos inconvenientes.
Por lo tanto, la invencion tiene por objeto un grupo compresor centnfugo que comprende un motor, al menos un compresor que comprende un arbol accionado impulsado por el rotor del motor y un conjunto de al menos dos ruedas de alabes montadas en el arbol accionado, estando el conjunto constituido por el motor y el compresor montado en un carter comun estanco al gas utilizado por el grupo compresor.
El rotor y el arbol accionado estan unidos por un acoplamiento flexible dispuesto en el carter.
Se concibe desde ese momento que es posible paliar estos problemas que dificultan la alineacion de los arboles accionador y accionado. Ademas, el rotor y el arbol de compresor conservan comportamientos vibratorios que les son propios, en la medida en que estos elementos de la lmea de arboles del grupo compresor quedan mecanicamente desacoplados.
Segun otra caractenstica de la invencion, el carter comprende varios elementos de carter solidarizados entre sf de manera estanca, encerrando cada elemento de carter el motor o un compresor.
Con el fin de facilitar el montaje, el carter esta provisto de un orificio practicado entre los elementos del carter adyacentes para el acceso al acoplamiento flexible, estando el citado orificio provisto de medios de obturacion estanca.
En diferentes modos de realizacion, el acoplamiento flexible comprende un acoplamiento de diafragma o de lamina flexible, o un acoplamiento de arbol torsionable.
De preferencia, cada extremo del arbol accionado y del rotor esta soportado por un cojinete de extremo, que puede estar solidarizado al carter. Por ejemplo, los cojinetes de extremo son cojinetes magneticos radiales.
Segun otra caractenstica de la invencion, el grupo compresor comprende un tope axial en el que se apoya el arbol accionado del compresor durante el funcionamiento del turbo-compresor. Este tope es, por ejemplo, un tope magnetico.
Otros objetivos, caractensticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto de la lectura de la descripcion siguiente, dada unicamente a modo de ejemplo no limitativo, y hecha en referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1, de la cual ya se ha hecho mencion, ilustra la estructura general de un grupo compresor de acuerdo con el estado de la tecnica;
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La figura 2 es un esquema sinoptico que ilustra la estructura general de un grupo compresor de acuerdo con la invencion;
La figura 3 ilustra otro modo de realizacion del grupo compresor de acuerdo con la invencion;
La figura 4 ilustra un tercer modo de realizacion de un grupo compresor de acuerdo con la invencion;
La figura 5 ilustra un cuarto modo de realizacion de un grupo compresor segun la invencion; y La figura 6 ilustra un quinto modo de realizacion de un grupo compresor segun la invencion.
En referencia a la figura 2, un moto-compresor de acuerdo con la invencion, designado por el numero de referencia general 32, comprende esencialmente un motor electrico 34 de gran velocidad de rotacion (6 000 a 16 000 rev/min) alimentado por un variador de frecuencia y que comprende un estator 36 y un rotor 38 soportados por dos cojinetes de extremo 40 y 42, y un grupo compresor 44 que comprende un conjunto de ruedas de alabes 46, 48, 50 y 52, montado en un arbol accionado 54. El conjunto esta montado en una base (no representada) y esta dispuesto en un carter 55 comun estanco al gas utilizado por el turbo-compresor.
Por supuesto, el grupo moto-compresor 44 puede comprender un numero cualquiera de tales ruedas de alabes, o, como se describira en lo que sigue, comprender otra disposicion de ruedas de alabes.
Como se ve en la figura 2, el carter esta compuesto de un conjunto de elementos de carter solidarizados, tales como 55a y 55b, cada uno de los cuales asegura el soporte y la proteccion del motor o de una etapa de compresion, y solidarizados por medios de fijacion apropiados.
El arbol del compresor 44 gira en cojinetes 55 y 56. Un orificio 58 de admision de gas en el turbo-compresor 32, practicado en el carter, desemboca al nivel de la primera etapa de compresion, constituida por la rueda de alabes designada por la referencia 46, mientras que un orificio de salida 60 recupera el gas utilizado por el turbo-compresor, a la salida de la ultima etapa de compresion constituida por la rueda de alabes designada por la referencia numerica 52, como se indica por las flechas F.
Con el fin de soportar los esfuerzos generados durante el funcionamiento de la etapa de compresion 44, un tope axial 62, solidario del arbol accionado, esta dispuesto entre dos cojinetes 66 y 68 fijos, de manera que se limita el rebasamiento axial del arbol accionado 54 de la etapa de compresion 44, juntamente con un piston de equilibrado aerodinamico axial 70.
Un acoplamiento flexible 72 asegura el acoplamiento del rotor 38 del motor 34 y del arbol accionado 54 de la etapa del compresor 44. Un tal acoplamiento 72 puede ser realizado o bien a partir de un acoplamiento del tipo de diafragma, o bien a partir de un acoplamiento del tipo de lamina flexible, o incluso un acoplamiento del tipo de arbol torsionable. No obstante, puede ser utilizado cualquier otro tipo de acoplamiento flexible apropiado para la utilizacion prevista. Sin embargo, se observara que la utilizacion de un acoplamiento del tipo de arbol torsionable permite reducir las perdidas por ventilacion, reducir el nivel de ruido generado, y propagar mas facilmente el empuje axial producido por el motor.
Para acceder a este acoplamiento 72, el carter esta provisto de un orificio 76 que desemboca frente a la zona de union entre el rotor 38 y el arbol accionado 54. Este orificio esta asociado a un dispositivo de obturacion estanca 78 amovible.
Se observara finalmente que todo el interior del turbo-compresor esta banado por el gas del procedimiento utilizado por el compresor, comprendido el acoplamiento flexible 72. En particular, el volumen interno del turbo-compresor no comprende ninguna estanqueidad de salida del arbol, sino unicamente juntas giratorias 80 que estan sometidas a pequenas diferencias de presion, como, por ejemplo, juntas giratorias de tipo labermtico que sirven al funcionamiento del compresor. Con el fin de limitar las perdidas por ventilacion, el motor es dejado a la presion de aspiracion del compresor, y es organizada una circulacion de gas para asegurar su refrigeracion.
Se observara igualmente que los cojinetes radiales 40, 42, 55 y 56 utilizados por el soporte de los rotores no necesitan alimentacion de fluido de lubricacion. En el caso en que se utilicen cojinetes magneticos activos, estos cojinetes estan controlados de manera que se adaptan al comportamiento dinamico del rotor o del arbol accionado 54, cuyo soporte aseguran, es decir, generalmente ngido del lado del motor y generalmente flexible del lado del arbol accionado.
Con el fin de transmitir al carter los esfuerzos vinculados al funcionamiento del grupo compresor, los cojinetes 40, 42, 55 y 56 estan fijados de manera ngida con respecto al carter. Estos esfuerzos estan constituidos por los esfuerzos radiales de peso, los esfuerzos radiales debidos a la resultante del empuje aerodinamico sobre las etapas de compresion. Estos cojinetes permiten ademas un desplazamiento radial del rotor o del arbol accionado cuyo soporte aseguran, con el fin de permitir realizar la alineacion de estos elementos de la lmea de arboles durante las fases de mantenimiento.
Como se indico anteriormente, el carter esta constituido por un montaje de elementos de carter que aseguran
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respectivamente el soporte del motor y de la etapa de compresion, estando estos elementos de carter asociados de manera ngida y estanca. Los extremos mutuamente opuestos 82 y 84 del carter asf formados son obturados, por una parte por un fondo atornillado 86, sobre el cual estan fijados los cojinetes 40 del rotor 38 y, por otra parte, por un segundo fondo 88 que soporta el cojinete 56 en el cual gira el arbol accionado 54 y el piston de equilibrado 70, y que esta fijado sobre el carter, por ejemplo por medio de anillos de cizallamiento 90.
Como se concibe, la invencion que se acaba de describir, que utiliza un motor electrico y un grupo compresor dispuestos en un carter comun estanco y cuyos arboles, respectivamente accionador y accionado, estan solidarizados por medio de un acoplamiento flexible dispuesto en el gas utilizado por el turbo-compresor, presenta varias ventajas.
En primer lugar, en el plano de concepcion mecanica, cada uno de los rotores, motor y grupo compresor, conserva el comportamiento vibratorio que le es propio. Se observara que el rotor del motor es en general de tipo ngido, con la primera velocidad cntica de flexion por encima de la velocidad de rotacion. El rotor de compresor es generalmente del tipo flexible, con la primera velocidad cntica de flexion por debajo de la velocidad de rotacion maxima. Se evita asf crear modos propios de flexion acoplados entre los dos rotores que pongan en riesgo de desarrollar, durante el funcionamiento, puntos calientes en el rotor del motor, que constituyen desequilibrios termicos de fase y de amplitud no controlables.
Ademas, el equilibrado dinamico de los dos rotores es facilitado por el desacoplamiento asf realizado.
La presencia de un acoplamiento flexible facilita, por otra parte, el posicionamiento de la primera frecuencia propia de torsion, y contribuye ademas a disminuir la solicitacion en el extremo del arbol del compresor en caso de corto- circuito electrico en los bornes del motor.
Por otra parte, en el plano del mantenimiento, el acoplamiento flexible puede ser desacoplado desde el orificio 76 que atraviesa el carter, y cada uno del rotor y el arbol accionado puede ser extrafdo mientras que el otro continua siendo soportado por sus dos cojinetes. De esta manera, el rotor y el arbol accionado estan protegidos durante esta operacion, siendo el nuevo montaje mucho mas rapido y facilitados el alineamiento y el equilibrado dinamico, en razon del acceso a los dos planos centrales en cada extremo del arbol.
Por otra parte, la utilizacion de un fondo atornillado por un lado y de un fondo retenido por anillos de cizallamiento por el otro, para la obturacion del carter, permite facilitar el desmontaje del turbo-compresor. En efecto, para proceder a este desmontaje, conviene en primer lugar quitar el fondo atornillado 86 y extraer el grupo motor 34.
En lo que concierne al grupo compresor 44, este esta dispuesto de manera que todo el conjunto rotor-diafragma puede ser sacado del cuerpo al mismo tiempo que el fondo 88, sin tener que desacoplar el carter de su base y de las tubenas de gas de procedimiento. Se observara que, en el curso de estas fases de montaje-desmontaje, los motores reposan sobre sus cojinetes respectivos sin riesgo de danar piezas rotativas, asf como piezas del estator que podnan, en caso contrario, entrar en contacto con los rotores durante estas operaciones.
Se observara finalmente que la invencion no esta limitada al modo de realizacion descrito.
En efecto, aunque se ha representado en la figura 2 un turbo-compresor provisto de un compresor de etapas multiples integrado en lmea de una sola seccion de compresion y de cuatro etapas, la invencion se aplica igualmente a otros tipos de moto-compresores, por ejemplo de dos secciones S1 y S2 en lmea, por ejemplo de dos etapas cada una, asegurando en cada una la compresion de un gas de procedimiento, por ejemplo, con refrigeracion intermedia. En este caso, se preven, en el carter, dos entradas E'1 y E'2 y dos salidas S'1 y S'2 enfrente de la entrada y de la salida de cada una de estas secciones (figura 3).
En este caso, como se puede ver en la figura 3, la primera etapa de compresion de una de las secciones S2 puede estar dispuesta enfrente de la segunda etapa de compresion de la otra seccion S1.
Por el contrario, como se pude ver en la figura 4, para una configuracion conocida bajo la denominacion “back to back”, las primeras etapas de compresion de cada una de las secciones S1 y S2 pueden estar dispuestas lado a lado.
Se observara finalmente que, como se puede ver en la figura 5, la invencion se aplica igualmente a una disposicion en la cual se utiliza, dispuesto en un carter comun, un motor 34 y dos grupos compresores 44' y 44'', provistos cada uno de etapas respectivas de compresion 46', 48', 50', 52' y 46'', 48'', 50'' y 52'' montadas cada una en un arbol accionado 54' y 54'', estando estos arboles 54' y 54'' fijados a dos extremos mutuamente opuestos del rotor 38 del motor y que utilizan acoplamientos flexibles 72' y 72''. Por supuesto, esta disposicion de dos grupos de compresion puede utilizar una u otra de las disposiciones de compresion descritas anteriormente en referencia a las figura 2 a 4.
En este caso, segun esta disposicion, de acuerdo con la cual los grupos compresores estan dispuestos a una y otra
parte del motor, la presion que reina en el motor sera la de aspiracion del lado de baja presion.
Es tambien posible que cada uno de los cuerpos de compresion posea medios de extraccion de gas, o dispositivos de reinyeccion, lo que aumenta entonces considerablemente el numero de combinaciones de disposiciones posibles. 5
Se observara, finalmente, que la invencion que se acaba de describir permite, ademas de la conservacion de las caractensticas dinamicas de los rotores, evitar completamente las fugas de gas hacia el exterior.
Permite igualmente eliminar las guarniciones de estanqueidad y sus sistemas auxiliares de vigilancia.
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Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. Grupo compresor centnfugo, que comprende un motor (34), al menos un compresor (44; 44'; 44'') que comprende un arbol accionado (54; 54'; 54'') impulsado por el rotor (38) del motor y un conjunto de ruedas de alabes montadas en el arbol accionado, estando el conjunto constituido por el motor y el compresor montado en un carter (55) comun estanco al gas utilizado por el grupo compresor, caracterizado por que el rotor y el arbol accionado estan unidos por un acoplamiento flexible (72; 72'; 72'') dispuesto en el carter.
  2. 2. Grupo compresor segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el carter comprende varios elementos de carter (55a, 55b) solidarizados entre ellos de manera estanca, encerrando cada elemento de carter el motor o un compresor.
  3. 3. Grupo compresor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el carter esta provisto de un orificio (76) dispuesto entre los elementos de carter adyacentes para el acceso al acoplamiento flexible, estando el citado orificio provisto de medios de obturacion estanca (78).
  4. 4. Grupo compresor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el acoplamiento flexible (72, 72', 72'') comprende un elemento elegido entre un acoplamiento de diafragma, un acoplamiento de lamina flexible y un acoplamiento de arbol torsionable.
  5. 5. Grupo compresor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que cada extremo del arbol accionado y del rotor esta soportado por un cojinete de extremo (40, 42, 55, 56).
  6. 6. Grupo compresor segun la reivindicacion 5, caracterizado por que cada cojinete de extremo (40, 42, 55, 56) esta solidarizado al carter.
  7. 7. Grupo compresor segun una de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado por que los cojinetes de extremo son cojinetes magneticos radiales.
  8. 8. Grupo compresor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que comprende un tope axial (62) en el que se apoya el arbol accionado del compresor durante el funcionamiento del turbo-compresor.
  9. 9. Grupo compresor segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el tope axial (62) es un tope magnetico.
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