NL7908064A - Meertransportcompressor. - Google Patents

Description

i 70 35h6

Meertrapscompressor.

Be uitvinding "betreft een werkwijze voor het in een aantal trappen comprimeren van gassen, in het bijzonder van olievrije lucht, en een meertrapscompressor voor het uitvoeren van die werkwijze. Daarvoor komen in aanmerking volumestromen in

O

5 het bereik van 5000 tot ongeveer 50 000 m /h en drukverhoudingen van meer dan 5. In de eerste plaats betreft de uitvinding weliswaar het olievrije comprimeren van lucht en gassen, doch in plaats van de olievrij verdichtende compressoren kunnen ook ver-dichters met olie- of vloeistofinspuiting worden toegepast. Als 10 aandrijf mot or komen vooral electromo toren ia aanmerking, doch ook turbines, verbrandingsmotoren of aandrijfinotoren van ander type zijn mogelijk.

Meertrapscompressoren zijn bekend. Se worden ia het algemeen omgebouwd uit verdichtertrappea van gelijke soort, 15 d.w.z. turbo-, schroef- of zuigerverdichters of -compressoren.

Meertrapsturboverdichters voldoen op grond van hun groot opneemvermogen goed voor grote volumestromen.

Meertrapszuigerverdichters worden daarentegen speciaal toegepast in het bereik van geringere volumestromen, doch 20 bij hoge eiaddrukken.

Meertrapsschroefverdichters hebben hun plaats gevonden in een middenbereik van volume en druk.

De toepassing van de diverse types verdichters in de uiteenlopende bereiken van .volumina en druk hanft af van 25 economische overwegingen. Technisch is het weliswaar mogelijk verdichters van een bepaald type ook voor een ander, dan het daarvoor het best geschikte druk- en volumebereik, te construeren doch een dergelijke oplossing vergt steeds bijzondere inspanningen en kosten en is derhalve slechts in bijzondere gevallen verantwoord.

30 Verdichters van het zuivere verdichtertype zijn in het bereik van betrekkelijk geringe volumestromen of zeer hoge drukken goed geschikt.

790 8 0 64 2 c >

Voor grote volumestromen en niet al te hoge drukken worden gewoonlijk turboverdichters toegepast. Men onderscheidt bij deze turboverdichters verdichters van het radiale en van het axiale type. Eerstgenoemd type wordt meer voor hoge drukken en 5 het axiale type meer voor grote volumestromen in het toepassingsgebied van de turboverdichters gebruikt.

De voerdelen van turboverdichters bestaan in betrekkelijk eenvoudige constructie voor grote volumestromen. Turboverdichters kunnen, afhankelijk van de druk, uiteenlopende volume-10 stromen verwerken. Zij hebben een zogenaamde 'Vlakke karakteristiek" en hun toepassingsgebied wordt naar de kleine volumestrcmen toe begrensd door de "pampgrens" of "instabiliteitsgrens", en naar ......

de grote volumestromen toe door de "grens aan het opneemvermogen". Voor effectieve drukopwekking in turboverdichters zijn hoge stroom-15 snelheden noodzakelijk, die slechts bij grote volumestromen of hoge toerentallen gerealiseerd kunnen worden. Voor kleine volumestromen moeten de stromingsdwarsprofielen voor de hoge snelheden zeer klein worden, waarbij de wrijvingsverliezen aan de oppervlakken zeer groot zijn. Eet rendement van turboverdichters wordt der-20 halve slechter voor kleine volumestromen. Hoge toerentallen vergen, bij de gebruikelijke aandrijfmotoren, kostbare drijfwerken.

De rendementen in het nominale punt zijn bij turboverdichters, welke goed regelbaar zijn, d.w.z. met een breed karakteristiek veld, niet zo hoog, als bij verdichters, welke speciaal optimaal ihge-25 richt zijn voor een bepaald werkzaamheidspunt.

Het schroefverdiehtertype heeft zijn toepassingsgebied in het bereik van middelbare volumestromen en drukken tussen het toepassingsgebied van zuigerverdiehters en turboverdichters. Aangezien schroefverdichters geen heen- en weerbewegende . 30 massa's, zoals zuigerverdiehters, hebben, kunnen zij met hogere toerentallen werken. De schroefverdichter heeft een nagenoeg verticale karakteristiek, d.w.z. dat de einddruk nagenoeg onafhankelijk is van de volumestroom. Een machine met een verticale karakteristiek kan bij vast aandrijftoerental slecht geregeld worden.

790 8 0 64 3 t

J

Eet verminderen van de hoeveelheid aangezogen medium, veroorlooft slechts een iets geringer af genomen’ vermogen, bij gedeeltelijke belasting.

In vele gevallen is een compressor met groot 5 regelbereik en een "steile karakteristiek" gewenst» cm er voor te zorgen, dat- de druk bij gedeeltelijke belasting niet daalt, terwijl bovendien zowel het rendement zowel bij nominale belasting als bij gedeeltelijke belasting goed dient te zijn. Het werk-hereik mag niet door plotseling optredende instabiliteiten - zo-10 als b.v. de pompgrens - beperkt worden. Bovendien dienen de hiervoor toegepaste middelen zo eenvoudig mogelijk te zijn.

Het voldoen aan deze eisen is met êéntrapsver-dichter, eveneens als met de tot dusverre bekende meertrapsver-dichters, onmogelijk. Samendrukbare media.veranderen bij druk-15 toename sterk in volume. De volumestroom verandert overeenkomstig de drukverhoging tijdens het verdiehterproces. De energieopname van het werkaedium ter verdichting is afhankelijk van de temperatuur. Voor kleine toevoer van energie d.w. z. goede rendementen, dient het medium gekoeld te worden- Een optimale verdichtings-20 werkwijze vergt derhalve steeds op de verschillende volumestremen aangepaste dimensionering van de verdichtertrappen en tussenkoe-ling.

Bij meertrapsschroefverdichters» welke aan de boven vermelde eisen voldoen, zouden de constructieve voorzienin-25 gen zeer groot zijn, speciaal voor de eerste trappen met grote volumestremen.

Meertrapsturboverdichters hebben bij een steile karakteristiek slechts een zeer klein werkbereik. Tussenkoeling is moeilijk te realiseren of zeer kostbaar en evenzo het werken 30 in de verschillende trappen bij telkens optimale toerentallen.

Vergeleken bij verdringingsverdichters is de drukverhoging in een trap bij turboverdichters geringer. Er zijn derhalve betrekkelijk veel trappen nodig. Een vertakkingsdrijfwerk hiervoor, ter aanpassing van de telkens optimale toerentallen voor de afzen-35 derlijke trappen, is zeer kostbaar en zou zeer veel vermogen 790 8 0 64 h kosten. Instabiliteitsgrenzen zijn hierbij niet te vermijden.

Ook bij gecombineerde toepassing van turbo- en' schroefverdichters, zoals voorgesteld in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.6^0.6½ of het Franse octrooischrift 1.39T·h· is aan 5 bovenvermelde eisen niet te voldoen. Aangezien turboverdichters en schroefverdichters op een as met gelijk:· toerental lopen, is optimale werking bij goed rendement voor het, volgens de uitvinding aan de orde gestelde volume-drukbereik, evenals bij meer-trapsverdichters van dezelfde soort, niet mogelijk.

10 Met de uitvinding wordt nu, gezien het voorgaan de, beoogd te voldoen aan de volgende eisen: 1. een groter regelbereik; 2. een steile karakteristiek; 3. een goed rendement bij volledige zowel als gedeeltelijke 15 belasting; i+. geen plotseling optredende werkingsgrenzen; 5» geringe omvang van benodigde voorzieningen; 6. optimale aanpassing van de verdichtertrappen aan de zich van geval tot geval voordoende volume-, druk- en temperatuurs-20 omstandigheden.

Overeenkomstig de uitvinding wordt aan deze eisen voldaan door een werkwijze voor meertrapsverdichting van gassen, doordat hierbij de totale verdichting zodanig over een aantal trappen verdeeld is, dat de afzonderlijke verdichters op hun 25 optimale punt werken en daarbij een zo gering mogelijk vermogen opnemen, waarbij, bij gedeeltelijke belasting, slechts de eerste en de laatste verdichtertrap onder ten opzichte van de nominale belasting sterk veranderde omstandigheden verken, terwijl de drukomstandigheden, de volumestromen en hierdoor de optimale werking 30 voor de tussengelegen trappen constant gehouden wordt, en bij belas tingsverandering de aanpassing van de hoeveelheid in de eerste verdichtertrap door middel van een verstel- (regel-, smoor-) werkwijze geschiedt en in de laatste trap de drukaanpassing aan de verbruiker plaats vinden. Deze werkwijze onderscheidt zich, volgens 790 80 64 4 5 " £ de uitvinding» doordat voor de eerste verdichtertrappen stro-mingsverdichters in het hijzonder turboverdichters van het radiale type» en voor de laatste trap een ver dringingsver dicht er, b.v. een schroef verlichter worden toegepast,· welke verdichters geza-5 menlijk, elk, voor optimale werking, door middel van een vertak-kingdrijfwerk met een aantal uitgangen aangedreven worden en in strcmingszin achter elkaar geschakeld, als door buisleidingen, verbonden zijn.

Volgens de uitvinding wordt een meertrapseam-10 pressor voor het uitvoeren van deze werkwijze gekenmerkt, doordat stramingsverdichters, in het bijzonder schroefverdichters in stromingszin achter elkaar geschakeld opgesteld staan en als door buisleidingen verbonden zijn en door middel van een vertakkings-drijfwerk met tenminste twee aangedreven assen elke verdichter-15 trap op het optimale toerental in werking wordt gesteld.

Overeenkomstig een verdere bijzonderheid volgens de uitvinding bedraagt het aantal verdichtertrappen maximaal vier. De eerste trap wordt steeds gevormd door een turboverdich-ter, en de laatste trap door een verdringingsverdichter. De tus-20 sengelegen trappen warden door turbo— of verdringingsverdichters gevormd.

Volgens de uitvinding brengt de laatste verdich-tertrap bij verdichting zonder injectiekoeling bij nominale werking een drukverhouding van 1 tot 2,5 teweeg.

25 De verdichtertrappen zijn volgens de uitvinding zogenaamd ’’vliegend"» d.w.z. uitkragend met een flens bevestigd aan het drijfwerk, terwijl zich tussen de verdichtertrappen ten minste een koeler bevindt.

Voor de regeling van de verdichters is voorzien 30 in een smoororgaan in de uitgangsleiding. Dit is bij voorkeur een door draaiing werkzaam smoororgaan.

Tenslotte onderscheidt zich de uitgevonden inrichting neg, doordat alle installatiedelen van de compressor op een gemeenschappelijk basis- of grondraam gemonteerd zijn.

790 8 0 64 S' β

De uitgevonden werkwijze, opstelling en optouw van de verdicht er installatie leiden tot optimale werking . in het "bereik van gedeeltelijke "belasting met rendementen die voor dergelijke "brede - karakteristiek - velden tot dusverre onbekend 5 waren. Aangezien het' karakteristiek-veld ook niet door plotseling optredende grenzen beperkt wordt, is bovendien een uiterst betrouwbare werking van de verdichterinstallatie mogelijk.

De uitvinding zal thans, onder verwijzing naar de tekening, waarin uitsluitend bij wijze van voorbeeld voor de 10 uitvinding, een uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding is weergegeven, nog nader worden toegelicht.

Hg- 1 is een perspectivisch aanzicht, dat schematisch de opbouw van een aeertrapsverdichter volgens de uitvinding laat zien; 15 fig. 2 is een schematische langsdoorsnede van de verdichterinstallatie; en fig.’3 toont bij.de uitgevonden werkwijze en de daarvoor· toegepaste verdichterinstallatie behorende karakteristieken.

20 De eerste verdichtertrap h wordt steeds gevormd door. een turbocompressor en de laatste verdichtertrap 8 steeds door een schroefc empress or of andere ver dringingsver dichter. De middelste trappen 7 kunnen, naar gelang van het toepassingsgeval, weggelaten worden of turbo- of verdringingsverdichters zijn.

25 In fig. 1' is schematisch een opstelling met een drietal verdichtertrappen in serie, namelijk een turbo-, een schroef-, en een schroefverdichter afgebeeld,. Het vertakkings-drijfwerk is bij dit uitvoeringsvoorbeeld zodanig opgebouwd, dat via een centraal wiel 2 en rondsels 3 de afzonderlijke verdich- 30 tertrappen 7, 8 met optimaal toerental aangedreven worden.

In fig. 2 is een voorbeeld voor een voordelige opstelling van de compressor weergegeven. De verdichtertrappen hf 7 en 8 zijn met flenzen bevestigd aan het drijfwerkhuis Ί1.

Haar gelang van doelmatigheid kunnen alle verdichtertrappen aan de 790 8 0 64 8 t * τ

Tan. de motor 1 af gekeerde zijde of zowel aan. deze, als aan de andere zijde van het drijfwerk gemonteerd worden, waar de motor, via een koppeling 10, met het drijfwerk verbonden is. In de toe— voerleiding voor de eerste verdichtertrap k bevindt zich voor 5 het regelen van. de hoeveelheid en van het vermogen een smoor— orgaan 5- Dit kart b.v- een door draaiing werkzaam smoor orgaan zijn of een eenvoudige smoorklep.

Het gas treedt via gecombineerde geluiddempers en filters 12 binnen in de verdiehter. De gehele verdichterinto stallatie is ongebouwd op een gemeenschappelijk grond— of basis-raam 13. In dit basisraam kan de oliehouder 1U geïntegreerd zijn.

Bovendien zijn alle koelers 6 en andere hulpaggregaten, welke niet afzonderlijk weergegeven zijn, de buisleidïngen, de bestu— ringselementen en de oliepompen mede op het basisraam aangebracht.

15 De installatie kan van een geluiddempende kap voorzien zijn.

Fig.. 3 toont, bij wijze van voorbeeld, de werking van een overeenkomstig fig. 1 ongebouwde installatie. Voor alle volgens de uitvinding voorgestelde onderverdelingen geldt een analoog gedrag. Uitgezet is op de ordinaat,, in logarith-20 mische schaal, de druk achter de installatie in bar. Gelijke ordinaatverschillen betekenen gelijke drukverhoudingen. Op de abscis is’ de op de nominale massastrocm betrokken aanzuig-massastrocm in % aangegeven. De ingetekende krammen tonen de drukken voor en achter de afzonderlijke verdichtertrappen, afhanke-25 lijk van de gedeeltelijke belast ing-mas s a-stroomverhouding in

In fig. 3 betekenen: ?Q de druk voor de smoororgaaen 5; P1 de druk voor de eerste verdichtertrap U en achter het 30 smoororgaan 5; de druk achter de eerste verdichtertrap k en voor de tweede verdichtertrap 7ï ?2 de druk achter de tweede verdichtertrap 7 en voor de derde verdichtertrap 8; en 790 8 0 64 β*

P

8 de druk achter de derde verdichtertrap 8, zoals die door de verbruiker gevraagd wordt.

Met de pijl d. is aangegeven, dat de einddruk P^ kan. variëren afhankelijk van hetgeen de verbruikers wensen.

5' Het traject e_ geeft het drokverval aan het smoor-' orgaan 5 van. Pq pf P^ aan; dit drukverval wordt bij gedeeltelijke belasting groter. De trajecten a en _b geven de drukverhoging inde eerste verdichtertrap ^ resp. de tweede verdichtertrap 7.

De drukverhouding P^ / P^» waarop door deze 10- trap het gas wordt verdicht, blijft in elk werkingspunt constant.

Het traject £ daarentegen geeft' de drukverhouding weer, waarmee de laatste trap belast' wordt. Deze wordt bij gedeeltelijke belasting groter.

De regeling op gedeeltelijke belasting kan in 15 de eerste plaats door het smoren van de aanzuigstroom plaats vin— . den. Hierbij wordt door verlaging van de druk, bij gelijke volume— stroom, de massastroom geringer. Een tweede mogelijkheid be- ________— staat hierin, de aanzuigstroom naar de turboverdichter een draaiende beweging te geven,wêSr^r^^érende massastroom als de drukverhou-20 ding van de turboverdichter wordt verminderd. Ih het eerste geval is het smoororgaan 5 een smoorklep, terwijl in het tweede geval een voor het opwekken van de draaibeweging geschikt smoororgaan noodzakelijk is. Bij regeling met een dergelijk smoororgaan wordt het rendement bij gedeeltelijke belasting beter, dan bij het een— 25 voudig smoren, aangezien voor de verdichting in de turbocompressor minder vermogen nodig is.

De door de tussengelegen trappen te verwerken volumestroom blijft bij gedeeltelijke belasting constant. Aangezien ook de drukverhouding in de middelste verdiehtertrappen con-30 stant blijft, verandert bij de regeling het werkzaamheidspunt van deze trappen niet: Zij werken ook bij gedeeltelijke last met maximale rendementen en optimale passerende hoeveelheden en snelheden.

De laatste trap werkt met uiteenlopende drukver- 790 80 64 9 ' -5 houdingen» Set aanzuigvolume blijft eveneens gelijk en brengt de druk teweeg, die door de verbruiker gevraagd wordt. Voor een dergelijke werking is een verlichter met steile karakteristiek noodzakelijk» en het is om die reden dat als laatste trap steeds een 5 verdringingsverdiehter toegepast wordt.

Cta er voor te zorgen, dat de aanpassing aan de verbruiker ook bij kleine gedeeltelijke belastingen mogelijk is, wordt de drukverhouding van de verdiehter in het nominale punt slechts klein gedimensioneerd, ongeveer bij drooglopers tussen 10 1 en 2,5» Druksehommelingen, veroorzaakt door de verbruiker, beïnvloeden de werking van de voorafgaande trappen niet. In verband met de grote volumestromen aan de intreezijde in de verdieh— terinstallatie - de druk is hier hog gering — worden als eerste trappen bij voorkeur turboverdichters toegepast, aangezien deze 15 voor de bedrijfsomstandigheden van alle verdichtertypes het best geschikt zijn. Wegens de volgens de uitvinding voorgestelde opstelling werken zij voor alle lastomstandigheden optimaal. Er is ook geen gevaar dat de pompgrens, de instabiliteitsgrens of de grens voor het opneemvermogen bereikt worden.

790 8 0 64

Claims (7)

1. Werkwij ze voor het in een aantal trappen comprimeren van gassen, in het bijzonder van olievrije lucht, met het kenmerk, dat de totale verdichtingswerkgang zodanig over een aantal trappen wordt verdeeld, dat de afzonderlijke compressoren • 5 in hun optimale punt werkzaam kunnen, zijn en daarbij de geringste hoeveelheid opgenomen vermogen bereiken, men bij gedeeltelijke belasting slechts de eerste en de laatste verdichtertrap, onder ten opzichte van de nominale belasting sterk veranderde omstandigheden, laat werken, terwijl de drukomstandigheden, de volumestroom 10 en daardoor ook de optimale werking bij de tussengelegen trappen, gelijk blijven, en bij verandering van de belasting de hoeveel-heidsaanpassing in de eerste verdichtertrap.en de drukaanpassing voor de verbruiker in de laatste trap. plaats vindt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15" dat voor de eerste verdichtertrap stromingsverdichters, in het bijzonder turboverdichters van het radiale type, en in de laatste trap een verdringingsverdichter, b-v. een schroefverdichter worden toegepast, welke verdichters gezamenlijk, elk voor optimale werking, door middel van een vertakkingsdrijfWerk met een aantal 20 uitgangen aangedreven worden en in stromingszin achter elkaar geschakeld, als door middel van buisleidingen, verbonden zijn. __ 3. ' tfeertraps compressor' voor het uitvoeren van de werkwijze voor het comprimeren van gassen, in het bijzonder van olievrije lucht, met het kenmerk, dat·stromingsverdichters (4), . 25 in het bijzonder turboverdichters van het radiale type, en ver-dringingsverdichters (7, &). in bet bijzonder schroefverdichters, in stromingszin achter elkaar geschakeld en als door buisleidingen verbonden zijn, en door middel van een vertakkingsdrijfwerk (2, 3) met tenminste twee aangedreven assen, elke verdichtertrap met het 30 ervoor optimale toerental in werking wordt gesteld. U. Compressor volgens conclusie 2, met het kenmerk, 790 8 0 64 Slf. / ƒ „ _____________________________;_____________;______ ; dat het aantal compressortrappen maximaal vier "bedraagt, de eerste trap steeds een turboverdichter, de laatste trap een ver-dringingsverdiehter is en de tussengelegen trappen turbo- of verdringingsverdichters zijn.

5. Compressor volgens conclusies 1, 2, 3 en k, met het kenmerk, dat de laatste verdichtertrap een drukverhouding van 1 — 2,J teweegbrengt.

6. Compressor volgens conclusies 3-5, met het ken merk, dat de verdichtertrappen vliegend, d.v.z. vrij uitkragend 10 a-fl-n een drijfwerk door middel van een flens bevestigd zijn. T. Compressor volgens conclusies 3-6, met het kenmerk, dat tussen de verdichtertrap tenminste een koeler aan— gebracht is.

8. Compressor volgens tenminste een der voorgaande 15 conclusies, met het kenmerk, dat ter regeling is voorzien in een smoor orgaan in de aanzuigleiding.

9. Compressor volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het smoororgaan bij voorkeur een draaiend -werkzaam smooror-gaan is.

10. Compressor volgens conclusies 3-9, met het kenmerk, dat alle delen van de installatie gemonteerd zijn op een gemeenschappelijk basis— of grondraam. 790 8 0 64