NO172605B - Gasskompressor - Google Patents

Abstract

Gasskompressor, spesielt av typen for å forsterke. trykket i gassoverfBringer og petrokjemiske prosesser,. med en impeller (30a) plassert på en impelleraksling (22). Ringformede tetninger (74, 76) er tilveiebragt koaksialt med akslingen, og separerer et indre rom. (102) og et sugende gassrom (12). Tetningene består av. en ytre tetning (74) og en indre tørrgasstetning (76). Fortrykket prosessgass er tilført mellom disse. tetninger ved et trykk som er høyere enn sugetrykket og er ventilert fra det indre gassrom ved et trykk godt under sugetrykket for å begrense gasstrykkreftene på. den fremre enden av akslingen.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en gasskompressor med et hus som definerer en kanal for trykkgass som forløper mellom en sugeinnløp og et utgangsutløp, en impellerenhet inne i kanalen og roterbar til å bevege gassen gjennom kanalen fra sugeinnløpet til utgangsutløpsenden, hvilken impellerenhet er av overhengtypen med en aksel montert på fremre og bakre lagre og som har minst en impeller montert mellom det fremre lager og en forover rettet endeflate av akselen, og ringformede tetningsanordninger anordnet i den fremre ende av impellerenheten og koaksielt med denne.

En gasskompressor av denne type er kjent fra TJS-patent 3999882. Ytterligere eksempler på teknikkens stilling er vist i US-patent 2938661 og FR-1238861.

Disse kompressorer er av sentrifugal- eller aksialstrømnings-typen, og er kompressorer som opererer ved høye trykk, slik som de benyttet til gassoverførsel og i petrokjemiske prosesser for å forsterke trykk. Oppfinnelsen gir en forbedret måte til å kontrollere og redusere aksialkreftene i en kompressoraksel av typen med overheng.

I de fleste typer kompressorer som vanligvis benyttes for å forsterke trykket i gassoverførselsledninger og petrokjemisk prosessindustri, er en eller flere sentrifugal- eller aksialstrømningsimpellere plassert på en aksel og utgjør en rotor som roterer inne i et gassrom i kompressorhuset for å bevege gass fra et sugeinnløp til et utstrømningsutløp fra rommet, hvilken aksel er av den overhengende typen der impelleren eller impellerne ligger foran lagrene. Denne typen kompressor vil bli referert til å være "av typen beskrevet". En slik kompressor er vanligvis koblet til en gassturbin som frembringer driften.

I slike kompressorer, er hele rommet i hvilket impellerne opererer, trykksatt minst til trykket i gassen som skal komprimeres som kan være flere tusen kPa, og er vanligvis over' 8.000 kPa. Denne trykkgass omgir normalt den fremre enden av akslen, og tetninger benyttes for å hindre gass i å lekke inn i lagerene ved akslens bakre ende. 01jetetninger har tradisjonelt vært benyttet for dette formål, men i det senere har tørre gasspakninger blitt effektivt utviklet for dette formål. I slike tetninger fås den tettende funksjon ved en meget tynn gassfilm som lekker mellom to relativt til hverandre roterende, ringformede flater. Lekkasjen over flatene til slike tørrgasspakninger er meget lav, selv når trykkforskjellene er nokså høye.

Gasskompressorer har store aksialtrykk overført på rotoren av gasstrykket og av gassmomentet (impulsmomentet) virkende på impellerne. I en overhengskompressor av typen beskrevet, kan disse kreftene være delvis balansert av prosessgasstrykket virkende på frontenden av akslen. Dette er allikevel en hovedsakelig konstant kraft, mens momentet og gasstrykkreftene på impelleren øker med impellerhastigheten. For å redusere de resulterende krefter, har et såkalt balansestempel blitt benyttet, som omgir akslen bakenfor impelleren eller impellerne, og som er utsatt på dets frontside for utgangstrykket og på dets bakre side for sugetrykket, via en ventileringsledning. Slike stempler tilfører vekt og lengde til impellerakslen og innebærer vesentlig gasslekkasje fra høytrykkssiden til lavtrykkssiden i kompressoren. Dette arrangementet kan også føre til uønskede høye belastninger som påføres akslen, forårsaket av det høye gasstrykk i dens fremre ende, ved sakte hastighetstilstander når det er ubetydelige gassmomentkrefter på impelleren. Den foreliggende oppfinnelse både avlaster denne frontendekraften, og tilveiebringer en anordning for å regulere aksialtrykket på akslen hvilket unngår behovet av et balansestempel. Oppfinnelsen muliggjør at mindre aksialtrykklagere eller magnetiske aksialtrykklagere kan benyttes i stedet for store aksialtrykklagere som benyttes nå.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en gasskompressor av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken til det etterfølgende selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen er spesielt verdifull der det er ønskelig å benytte kun magnetiske lagre for akslen, ettersom belast-ningen som påføres et magnetisk aksialtrykklager må bli holdt innenfor visse grenser. En modifikasjon av oppfinn<e>ren benytter signaler fra et magnetisk aksialtrykklager for- å regulere trykket i det indre gassrom og dermed sikre at aksialtrykket holdes innenfor slike grenser, selv med meget vidtvarierende tilstander inne i kompressoren.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere med hensyn 1 de vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 viser et delvis langsgående snitt igjennom en to-trinns kompressor som innehar oppfinnelsen, og

fig. 2 viser et forstørret riss av akslens tetningsar-rangement i den fremre enden av kompressoren.

Fig. 1 viser et langsgående snitt igjennom den øvre delen av en gasskompressor ned til akslens senterlinje CL. Kompressoren har et hus 10 med suge- (innløps-) passasje 12 dannet av en innløpsspiral 13 og utstrømnings- (utløps-) passasje 14 dannet av en utgangsspiral 15. Den nedre delen av kompressoren er i hovedsak lik, bortsett fra innløps- og utløps-passasjene. Begrepet "suge" i denne forbindelse betyr egentlig et positivt trykk, vanligvis på flere tusen kPa.

Den fremre enden av huset 10 er lukket av en kompressordør 16 og den bakre enden er lukket av fremre radial- og aksiallagerhus 18, til hvilket er festet det bakre radial- og aksiallagerhus 20. Disse hus har lagrene som bærer akslen 22. Disse lagrene omfatter et fremre og et bakre magnetisk radiallager 24 og 25 respektivt, og magnetisk aksialtrykklager 26, og hjelpekulelager 28 som bærer akslen i tilfelle de magnetiske lagrene blir inoperative. Akslen har en kobling 29 hvormed den er forbundet til drivende anordninger slik som en gassturbin.

Akslen 22 bærer første og andre trinns sentrifugalimpellere 30a, 30b, med vinger som danner passasjer 32a og 32b. Den førstetrinns impellerpassasjen 32a forbinder sugeenden av gassrommets passasje dannet av ledevinger 34 til passasjen 35 dannet av en kompressor-innløpsdiafragma 37, en mellomliggende diffusør 38 og en utløpsdiffusør 40 og en mellomliggende diafragma 42. Passasjen 35 leder til den andre trinns passasje 32b som leverer gassen gjennom passasjen 44 mellom diffusøren 40 og utløpsspiralen 15 og fører til utløps-passasjen 14. Labyrinttetninger 46a og 46b er anordnet mellom huset og innløpsenden av hver impeller. En mellom-trinns-labyrinttetning 48 er anordnet mellom akslen og diafragma 42.

Noe av gassen levert av impelleren 30b entrer kaviteten 50 inne i utgangsspiralen 15 og rommet mellom denne kavitet og de fremre hjelpelagere 28 er forseglet av to såkalte tørre gasstetninger indikert med 52. Disse tørre gasstetninger er av en generelt kjent type med nært avstandsbeliggende, relativt til hverandre bevegelige ringformede overflater. Kanaler kan for eksempel være anordnet for å ventilere gassen fra mellom de to trinn av tetninger, slik at en eksplosiv gass, slik som naturgass, kan bli fjernet fra kompressorens nærhet og en sikker rensegass kan tilføres nedstrøms av tetningene slik at den eneste gass som lekker inn i lagerrommet er ikke-eksplosiv. Slike passasjer er generelt tradisjonelle og vil ikke bli beskrevet ytterligere.

De fremre og bakre magnetiske radiallagere 24 og 25 er også generelt tradisjonelle, med en rotor 54 holdt radielt av en stator 55. Lagrene omfatter radialsensorer 56 som er sensitive overfor akslens posisjon og korrigerer strømmen i statorspolen deretter.

Det magnetiske aksialtrykklager 26 er tradisjonelt som sådan, selv om det ikke tidligere har vært benyttet i kompressorer av denne typen, siden gasskreftene som virker på slike kompressorer vanligvis er for - høye for pålitelig å bli plassert på et magnetisk trykklager. Lageret omfatter her en ringformet rotor 60, roterende inne i en stator 62. Feltvikiingene av statoren 62 er forbundet til elektriske detektorer som er følsomme til den aksielle posisjon av akslen, og tilveiebringer signaler i en hensikt som vil bli beskrevet.

Bortsett fra bruken av magnetiske aksialtrykklager, er de generelle trekk ved kompressoren så langt beskrevet tradisjonelle. Oppfinnelsen vedrører arrangementet i den fremre enden av kompressorakslen, som er vist i detalj i figur 2.

Med referanse til figur 2, kan det sees at impelleren 30a holdes på plass på akslen av et ringelement 70 holdt av bolter 72. Dette ringelement 70 bærer deler av først en hjelpelabyrinttetning 74 og for det andre en tørr gasstetning 76, som videre er beskrevet nedenfor.

Et rørformet element 80 går, koaksialt med akslingen 22, fra en åpning 82 i kompressordøren 16 til en rørformet fordypning anordnet i den indre, bakre enden av innløpsspiralen 13 som gir en nær pasning over elementet 80. Den indre enden av elementet 80 har en indre flens 84, hvis indre overflate bærer et rør 86, hvis ytre ende har en flens 86a festet på døren 16 rundt åpningen 82. Flensen 86a er åpen ved 86a', og flensen 84 er åpen ved 84' for å tillate filtrert gass å gå langsetter det ringformede rom mellom det rørformede element 80 og røret 86. Ved den- indre enden av elementet 80 er et ringelement 90 anordnet og holdt på plass mot flensen 84 ved hjelp av bolter 92. Dette ringelement er innrettet med v passasjer 94 som står i forbindelse med passasjene 84' i flensen 84. Dette ringelement holder de stasjonære deler av hjelpelabyrinttetningen 74 og den tørre gasstetning 76. Den førstnevnte er anordnet med en sylindrisk forlengelse 90' av ringelementet 90 som passer over ringen 70. Anbragt inne i denne delen 90' er hoveddelen av ringelementet 90 anordnet med en utover og fremover vendende fordypning 96 som bærer den ikke-roterende del av stator 98 av den tørre gasstetning 76. Denne delen er normalt fremstilt av grafitt, og presses mot rotordelen 77 ved hjelp av en liten fjær 99. En 0-ring 100 sikrer at gass tilført gjennom kanalen 94 går enten inn i sugeinnløpet til kompressoren via labyrinttetning 74 eller går gjennom det meget smale rom mellom rotoren og statoren i den tørre gasstetningen 76 og derfra inn i det indre gassrom 102 i den fremre enden av akslen. Dette rom 102 er ventilert gjennom en ventilasjonspassasje 103 i senteret av røret 86.

I bruk, blir ren (filtrert) prosessgass ved et trykk noe høyere enn sugetrykket i kompressoren ført inn i det rørform-ede element 80 gjennom passasjen 86a', og går deretter gjennom passasjen 94 til hjelpelabyrinttetningen 74 og den; tørre gasstetning 76. Hoveddelen av denne gass vil gå gjennom labyrinttetningen inn i sugeinnløpet av førstetrinn-simpelleren. Dette forhindrer at eventuelt forurenset prosessgass kommer inn i den tørre tetning 76. En liten mengde av gassen går gjennom den tørre gasstetning 76 og inn i det indre gassrom 102. Selv om rommet 102 er ventilert til atmosfæren, er tapet av gass gjennom den tørre gasstetningen ekstremt lite. Med dette arrangementet, kan hele akslens fremre ende innenfor den indre grense av 0-ringen 100 være gjenstand for kun atmosfærisk trykk, og kun en ytre ringformet del av akslens fremre ende er gjenstand for trykk likt med prosessgasstrykket. Kompressoren kan drives på denne måten når impellerne ikke er utsatt for store krefter. Når kompressorvilkårene forandres slik at større mengder gass blir aksellerert av impellerne, kan impellerne utøve en fremoverkraft på akslen. Dette kan bli motvirket ved å øke trykket i rom 102.

Trykket i det indre gassrom .102 kan automatisk bli regulert. Et signal kan bli tatt som er representativt for akslens bevegelse forårsaket av endret trykk- og gasstrømsforhold i kompressoren. Et slikt signal kan bli benyttet til å regulere gasstrømmen fra kammeret forbundet til ventilasjons-passasjen 103. En slik operasjon muliggjør at trykket i rommet 102 kan endres fra atmosfærisk opp til sugetrykket avhengig av signalet mottatt fra det magnetiske aksialtrykklager.. Ved hjelp av dette kan overlasttilstander i aksial-trykklageret unngås for et vidt spekter av kompressordrift-tilstander. Et identisk arrangement kan bli benyttet på tradisjonelle oljetrykklagere, for eksempel ved å benytte trykkputetemperatursignal som et styresignal.

Claims (4)

1. Gasskompressor med et hus (10) som definerer en kanal for trykkgass som forløper mellom et sugeinnløp (12) og et utgangsutløp (14), en impellerenhet (30a, 30b) inne i kanalen og roterbar til å bevege gassen gjennom kanalen fra suge-innløpet til utgangsutløpsenden, hvilken impellerenhet er av overhengtypen med en aksel (22) montert på fremre og bakre lagre (24,25) og som har minst en impeller montert mellom det fremre lager og en forover rettet endeflate av akselen (22), ringformede tetningsanordninger (74,76) anordnet i den fremre ende av impellerenheten (30a,30b) og koaksielt med denne,karakterisert ved tetningsinnretninger som innbefatter en første tetning (74) som virker mellom huset (10) og impellerenheten (30a,30b) for å hindre strømning av prosessgassen mellom sugeinnløpet (12) og et første kammer (94); en andre tetning (76) som befinner seg framfor endeflaten av akselen (22) for slik å danne et andre kammer (102) og for å hindre strømning av prosessgassen mellom det første kammer (94) og det andre kammer (102); innretninger for å levere ren,trykksatt prosessgass til det første kammer ,(94), og ventileringsinnretninger (103) for å ventilere det andre kammer (102) for å styre trykket i dette, hvilken akselendeflate befinner seg i det andre kammer (102) hvorved trykket i det andre kammer (102) bestemmer gasstrykkreftene som utøves mot akselens endeflate.
2. 2. Gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at det første kammer (94), det andre kammer (102) og ventileringsinnretningene (103) er anordnet med et rørformet element som forløper fra tilstøtende ende av huset og som er omgitt av sugeinnløpet (12).
3. 3. Gasskompressor ifølge krav 2, karakterisert ved at den første tetning er en labyrinttetning båret av det rørformede element og som samvirker med impellerenheten for å hindre gasstrømning fra sugeinnløpet (12) inn i det rørformede element.
4. 4. Gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre tetning er en tørr gasstetning virksom til å tillate en kontrollert gasstrøm mellom det første kammer (94) og det andre kammer (102).