JP2012522934A

JP2012522934A - コンプレッサアセンブリ

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Publication number: JP2012522934A
Application number: JP2012503864A
Authority: JP
Inventors: フィリップ・ギングター; ディーター・ヴェックミュラー; カール−ハインツ・ドライヤー
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2030-01-11
Also published as: CN105545782A; WO2010115420A1; JP5613758B2; EP2417358B1; US9261102B2; CN102459913A; US20120189431A1; EP2417358A1; DE102009016392A1; BRPI1012582A2

Abstract

軸流圧縮機（１０）及び遠心圧縮機（２０）を備えるコンプレッサ・アセンブリ（１）であって、前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）は、駆動装置（６０）に連結可能な、共通の一つの駆動シャフト（３０）に軸方向において並んで配置されていて、それぞれが圧縮流体入口（１１、２１）及び圧縮流体出口（１２、２２）を有しており、前記軸流圧縮機が第１の制御手段を備えており、前記遠心圧縮機は第２の制御手段を備えており、また、前記第１及び前記第２の制御手段が別個に制御可能であるため、前記軸流圧縮機及び前記遠心圧縮機は別個に制御可能である。

Description

本発明は、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンプレッサアセンブリに関する。

特許文献１より、統合された一つの軸流ラジアルタービンが知られている。

特許文献２より、４段ギアターボコンプレッサ及びそれに前置された軸流圧縮機から構成されるコンプレッサ装置が知られている。

特許文献３より、軸方向及び半径方向の段を有する、多段の、中間冷却されるギアードターボコンプレッサが知られている。

独国特許第５４７３５４号明細書独国特許第１６２８２４２号明細書独国特許第１９５９７５４号明細書

本発明の課題は、さまざまなプロセスの要件に対応できる軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えた、コンパクトなコンプレッサアセンブリを提供することである。

上記の課題は、請求項１に記載のコンプレッサアセンブリにより解決される。本発明の発展形は従属請求項により定義される。

本発明により軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンプレッサアセンブリが提供され、該軸流圧縮機及び該遠心圧縮機は、駆動装置に連結可能な共通の一つの駆動軸に軸方向において並んで配置され、それぞれが圧縮流体入口及び圧縮流体出口を有し、軸流圧縮機には第１制御手段が設けられており、遠心圧縮機には第２制御手段が設けられており、該第１及び第２制御手段は、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を別個に制御できるよう、別個に制御可能である。

本発明の解決法により、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンパクトなコンプレッサアセンブリが提供され、このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、さまざまなプロセスの要件に対応させることができる。これが達成できるのは特に、軸流圧縮機及び遠心圧縮機が共通の一つの駆動軸上に配置されていて、それぞれが別個に制御可能な制御手段を備えているためである。

本発明の一つの実施形態によると、第２の制御手段はインレットガイドベーンを備えており、該インレットガイドベーンは遠心圧縮機の第１羽根車の前で、遠心圧縮機の圧縮流体入口に配置されている。

本発明の一つの実施形態によると、軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、これら２つに共通の一つのハウジングを有しており、その際、ハウジング内における軸流圧縮機と遠心圧縮機との間の圧縮流体移動が回避されるようシーリング材が設けられている。望ましくはこのシーリング材により、軸流圧縮機から遠心圧縮機への湿分移動が回避される。

ハウジングが共通であるため、別個の遠心圧縮機ハウジングならびに、別個の２つのコンプレッサハウジングを一つのシステム内で結合するとしたら必要となる、追加的なコンポーネント（たとえば中間ギアやカプリングなど）を回避することができる。その結果、全体のシステム又は本発明によるコンプレッサアセンブリを最適化されたコストで提供できる。

本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機は、軸流圧縮機の圧縮流体入口に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流を、軸流圧縮機の圧縮流体出口において排出可能な、前記第１の圧力値に対して高められた第２の圧力値を持つ流体質量流に圧縮するよう設定されており、遠心圧縮機は、遠心圧縮機の圧縮流体入口に供給された、第３の圧縮値を持つ流体質量流を、遠心圧縮機の圧縮流体出口において排出可能な、前記第２の圧力値及び前記第３の圧力値に対して高められた第４の圧力値を持つ流体質量流に圧縮するよう設定されている。

本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機は、遠心圧縮機の圧縮流体入口を介して、軸流圧縮機の圧縮流体出口から排出された流体質量流のおよそ３０％を受け入れるよう設定されている。

本発明の一つの実施形態によると、第１の圧力値はおよそ１ｂａｒであり、第２の圧力値はおよそ３．２ｂａｒである。

本発明の一つの実施形態によると、第３の圧力値は第２の圧力値とほぼ同じである。

本発明の一つの実施形態によると、第３の圧力値はおよそ３ｂａｒである。

本発明の一つの実施形態によると、第４の圧力値はおよそ５ｂａｒである。

本発明の一つの実施形態によるとコンプレッサアセンブリはさらに流体脱湿装置を備えており、該流体脱湿装置は第１の流体入口、第２の流体入口、及び一つの流体出口を有していて、第１の流体入口を介して流体脱湿装置に供給された流体質量流を脱湿するよう設定されており、このとき、流体脱湿装置の第１の流体入口は軸流圧縮機の圧縮流体出口に流体接続されており、また、流体脱湿装置の流体出口は遠心圧縮機の圧縮流体入口に流体接続されている。

本発明の一つの実施形態によると、流体脱湿装置は、第１の流体入口を介して該流体脱湿装置に供給された流体質量流を、該流体脱湿装置の流体出口において、第１の流体入口を介して該流体脱湿装置に供給された流体質量流のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流として排出可能になるように分配するよう設定されている

本発明の一つの実施形態によると、流体脱湿装置の第２の流体入口は遠心圧縮機の圧縮流体出口に流体接続されている。

まとめると、本発明の一つの実施形態による遠心圧縮機には、第１の半径方向羽根車の前にインレットガイドベーンが備わっており、このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、異なるプロセスに対応できるよう別個に制御される。本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機は、フィルタリングされた周囲空気を圧縮することによりいわゆるメイン・エアコンプレッサ（ＭＡＣ）として使用され、遠心圧縮機は、完全に乾燥された空気を圧縮するブースタ・エアコンプレッサ（ＢＡＣ）として使用される。このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機の質量流又は体積流は大きく異なり、本発明の一つの実施形態によると遠心圧縮機の流体質量流は軸流圧縮機の流体質量流の１／３又は３０％である。本発明の一つの実施形態によりさらに、軸流圧縮機から遠心圧縮機への湿分移動が確実に起こらないようにされる。本発明の一つの実施形態によるとさらに、一つのシステム内で２つの異なる圧縮機ハウジングを接続するには必要となる、別個の遠心圧縮機ハウジング及び追加的なコンポーネント（たとえば中間ギヤ及びカプリングなど）が回避される。その結果、そのシステム全体又は本発明のコンプレッサアセンブリをコスト最適化して提供することができる。

ここまでに挙げられていない実施形態において、軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、コンプレッサアセンブリ内で共通の一つの駆動シャフトに配置することが可能である。

駆動シャフトのほぼ端部に、２つのベアリング位置を配置することができる。

これに代替的に、軸流圧縮機と遠心圧縮機との間で駆動シャフトにベアリング位置を設けないことも可能である。

駆動シャフトは、剛性ロータとして構成することができる。駆動シャフトは溶接接続又はフランジ接続として構成することができる。

駆動装置は、蒸気タービン、又は、ガスタービン、又は、エキスパンダ、又は、内燃機関、又は、電気モータとすることができる。このとき駆動装置はギアを有することができる。駆動装置はカプリング装置を有することができる。

制御手段は、ガイドベーン調整装置、又は、スロットル装置、又は、回転数制御装置とすることができる。

このとき遠心圧縮機の制御手段は、遠心圧縮機の第１羽根車の前で遠心圧縮機の圧縮流体入口に配置されたインレットガイドベーンを有することができる。

軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、これら２つに共通の一つのハウジングを有することができ、その際ハウジング内で軸流圧縮機と遠心圧縮機との間での圧縮流体の移動をほぼ回避するよう、シーリング材が設けられている。

本発明の一つの実施形態によるコンプレッサアセンブリの図である。図１のコンプレッサアセンブリの軸流圧縮機及び遠心圧縮機の断面図である。

以下、本発明について望ましい実施形態を用いて、付属の図を参照しながら詳細に説明する。

図１及び２に図示されたコンプレッサアセンブリ１は、一つの共通の駆動シャフト３０に軸方向において並んで配置された軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０、及び、流体脱湿装置４０を備えている。

駆動シャフト３０は、カプリング装置５０を介して選択的に駆動装置６０に駆動的に連結可能であり、その際、駆動装置６０はギア６２、カプリング装置６３を有しており、これらを介して電気モータ６１が駆動的にギア６２に連結されている。

軸流圧縮機１０には圧縮流体入口１１及び圧縮流体出口１２が設けられている。遠心圧縮機２０には圧縮流体入口２１及び圧縮流体出口２２が設けられている。

流体脱湿装置４０には第１流体入口４１、第２流体入口４２、流体出口４３が設けられている。流体脱湿装置４０は、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流を脱湿するよう設定されており、また、流体出口４３において、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流として排出可能になるよう、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流を分配するよう設定されている。

流体脱湿装置４０の流体入口４１は軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２に流体接続されており、流体脱湿装置４０の第２流体入口４２は遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２に流体接続されており、流体脱湿装置４０の流体出口４３は遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に流体接続されている。

軸流圧縮機１０の圧縮流体入口１１には、特定の湿分量を持つ周囲空気を圧縮流体としてフィルタ装置７０を介して供給可能である。しかし圧縮可能な流体はすべて圧縮流体として使用することができる。

軸流圧縮機１０は、調整可能なガイドベーン（図示されず）を有する第１の制御手段を備えている。遠心圧縮機２０は、調整可能なインレットガイドベーン２３を有する第２の制御手段を有しており、これらインレットガイドベーン２３は遠心圧縮機２０の第１の羽根車２４の前で遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に配置されている。

第１及び第２の制御手段は、図示されていないアクチュエータを介して別個に制御可能であるため、軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０は、特に、それぞれ輸送された流体質量流及びそれぞれの圧縮度に関して別個に制御可能である。

特に図２からわかるように軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０はこれら二つに共通の一つのハウジングＧを備えており、ハウジングＧ内において軸流圧縮機１０と遠心圧縮機２０との間で圧縮流の移動が回避されるようシーリング材Ｄが設けられている。さらに詳しく言うと、本発明の一つの実施形態によるとシーリング材により、湿った空気が軸流圧縮機から遠心圧縮機に流れ込むことが回避される。

軸流圧縮機１０は、フィルタ装置７０から軸流圧縮機１０の圧縮流体入口１１に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ１を、軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２で排出可能な、この第１の圧力値より高められた第２の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ２に圧縮するよう設定されている。軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２で排出可能な流体質量流ＦＭＳ２は、流体脱湿装置４０の第１流体入口４１に供給される。本発明の一つの実施形態によると第１圧力値はおよそ１ｂａｒ、第２圧力値はおよそ３．２ｂａｒである。

流体脱湿装置４０は、本発明の一つの実施形態によると純度の低い酸素を生成するための空気分離装置として構成されており、第１流体入口４１を介して軸流圧縮機１０から流体脱湿装置４０に供給される流体質量流ＦＭＳ２を、流体脱湿装置４０の流体出口４３において第１流体入口４１を介して軸流圧縮機１０から供給された流体質量流ＦＭＳ２のおよそ３０％が完全に脱湿された、第３の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ３として排出可能になるように分配する。

完全に脱湿された流体質量流ＦＭＳ３は流体出口４３から、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１へ供給される。

本発明の複数の実施形態によると第３の圧力値は第２の圧力値とほぼ同じで、特におよそ３ｂａｒである。

遠心圧縮機２０は、軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２から排出された流体質量流ＦＭＳ２のおよそ３０％、又は、流体脱湿装置４０の流体出口４３から供給された流体質量流ＦＭＳ３を、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１を介して受け入れるよう設定されている。

遠心圧縮機２０はさらに、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に供給された、第３の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ３を、第２の圧力値及び第３の圧力値より高められた第４の圧力値を持ち、遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２において排出可能な完全に乾燥した流体質量流ＦＭＳ４に圧縮するよう設定されている。

本発明の一つの実施形態によると第４の圧力値はおよそ５ｂａｒである。

本発明のさらなる複数の実施形態において、第１から第４の圧力値は、より高く、又は、より低くすることも可能であることに注意されたい。

遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２において排出可能な、完全に乾燥した流体質量流ＦＭＳ４は次に、流体脱湿装置４０の第２の流体入口４２を介して再び流体脱湿装置４０に供給される。

まとめると、本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機２０は、第１の半径方向羽根車２４の前にインレットガイドベーン２３を備えており、その際、軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０が圧縮システムの個々の圧縮機として別個に制御されるため、双方とも異なるプロセスに対応することができる。本発明の一つの実施形態によると、軸流圧縮機１０がフィルタ装置７０によりフィルタリングされた周囲空気を圧縮することにより、軸流圧縮機１０はいわゆるメイン・エアコンプレッサ（ＭＡＣ）として使用され、遠心圧縮機２０は、完全に乾燥された空気を圧縮するいわゆるブースタ・エアコンプレッサ（ＢＡＣ）として使用される。

軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０の質量流又は体積流はこのとき有意に異なっており、本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機２０の流体質量流ＦＭＳ３又はＦＭＳ４は、軸流圧縮機１０の流体質量流ＦＭＳ１又はＦＭＳ２（１００％）の１／３又は３０％である。また、本発明の一つの実施形態によるとシーリング材Ｄにより、軸流圧縮機１０から遠心圧縮機２０への湿分移動が確実に起こらないようにされる。

本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０は、双方に共通の一つのハウジングＧを有しており、それにより、遠心圧縮機２０のための別個のハウジング、及び、別個の２つの圧縮機ハウジングを一つの圧縮システム内で連結するなら必要となる追加的なコンポーネント（たとえば中間ギア及びカプリングなど）が回避される。その結果、全体の圧縮システム又は本発明のコンプレッサアセンブリ１を、コスト最適化して提供することが可能である。

１コンプレッサアセンブリ
１０軸流圧縮機
１１圧縮流体入口
１２圧縮流体出口
２０遠心圧縮機
２１圧縮流体入口
２２圧縮流体出口
２３インレットガイドベーン
２４第１羽根車
３０駆動軸
４０流体脱湿装置
４１第１流体入口
４２第２流体入口
４３流体出口
５０カプリング装置
６０駆動装置
６１電気モータ
６２ギア
６３カプリング装置
７０フィルタ装置
Ｇハウジング
Ｄシーリング材
ＦＭＳ１流体質量流
ＦＭＳ２流体質量流
ＦＭＳ３流体質量流
ＦＭＳ４流体質量流

Claims

軸流圧縮機（１０）及び遠心圧縮機（２０）を備えたコンプレッサアセンブリ（１）であって、前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）は、駆動装置（６０）に連結可能な、共通の一つの駆動シャフト（３０）に軸方向において並んで配置されていて、それぞれが圧縮流体入口（１１、２１）及び圧縮流体出口（１２、２２）を有しているコンプレッサアセンブリ（１）において、
前記軸流圧縮機（１）が第１の制御手段を備えており、前記遠心圧縮機（２０）は第２の制御手段を備えていること、および
前記第１及び前記第２の制御手段が別個に制御可能であるため、前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）が別個に制御可能であること、を特徴とする、コンプレッサアセンブリ（１）。
前記第２の制御手段が、前記遠心圧縮機（２０）の第１羽根車（２４）の前で前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に配置されているインレットガイドベーン（２３）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）は双方に共通の一つのハウジング（Ｇ）を有しており、また、該ハウジング（Ｇ）内において前記軸流圧縮機（１０）と前記遠心圧縮機（２０）との間で圧縮流体が移動することが回避されるようにシーリング材（Ｄ）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記軸流圧縮機（１０）が、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体入口（１１）に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ１)を、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）において排出可能な、前記第１の圧力値より高い第２の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ２）に圧縮するように設定されていること、及び、前記遠心圧縮機（２０）は、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に供給された、第３の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ３）を、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体出口（２２）において排出可能な、前記第２及び前記第３の圧力値より高い第４の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ４）に圧縮するように設定されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記遠心圧縮機（２０）が、前記遠心圧縮機（２０）の圧縮流体入口（２１）を介して、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）から排出される流体質量流（ＦＭＳ２）のおよそ３０％を受け入れることを特徴とする、請求項４に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記第１の圧力値がおよそ１ｂａｒであり、前記第２の圧力値がおよそ３．２ｂａｒであることを特徴とする、請求項４又は５に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記第３の圧力値が前記第２の圧力値とほぼ同じであることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記第３の圧力値がおよそ３ｂａｒであることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記第４の圧力値がおよそ５ｂａｒであることを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
さらに流体脱湿装置（４０)が備わっており、該流体脱湿装置（４０）は第１の流体入口（４１）、第２の流体入口（４２）、流体出口（４３）を有していて、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された流体質量流（ＦＭＳ２）を脱湿するよう設定されているコンプレッサアセンブリ（１）において、
前記流体脱湿装置（４０）の前記第１の流体入口（４１）は、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）に流体接続しており、また、前記流体脱湿装置（４０）の前記流体出口（４３）は前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に流体接続されていることを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記流体脱湿装置（４０）は、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された前記流体質量流（ＦＭＳ２）を、前記流体脱湿装置（４０）の前記流体出口（４３）において、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された前記流体質量流（ＦＭＳ２）のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流（ＦＭＳ３）として排出可能なように分配するよう設定されていることを特徴とする、請求項１０に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
前記流体脱湿装置（４０）の前記第２の流体入口（４２）が、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体出口（２２）に流体接続していることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。