NO338469B1 - Sentrifugalkompressor- og motorenhet - Google Patents

Description

Sentrifugalkompressor- og motorenhet

Oppfinnelsen angår en sentrifugaikompressorenhet.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en sentrifugaikompressorenhet av integrert type, dvs. i hvilken kompressoren og en motoranordning for drift av kompressoren er montert i en felles kapsling som er tett mot gass som behandles av kompressoren.

Med henvisning til fig. 1, omfatter en konvensjonell, integrert kompressorenhet en motoranordning, dannet generelt av en elektrisk drevet motor, med det generelle henvisningstaliet 10, og en sentrifugalkompressor 12 omfattende for eksempel flere kompresjonstrinn, idet enheten er montert i en felles kapsling som er tett mot gass som behandles av kompressoren.

Som det fremgår av denne figur 1, driver motoren 10 i rotasjon en rotor 16 som selv driver i rotasjon en aksel 18 som bærer en anordning av skovlhjul 20, 22, 24 og 26 for kompresjon.

I eksempelet på kompressorenhet vist i figur 1 omfatter kompressoren fire kompresjonstrinn som sammen bevirker kompresjon av en gass som innsuges via en ledning 28 for å avgis i et utløp 30 ved at den passerer gjennom en spiral 32.

Rotoren 16 og akselen 18 som drives er sammenkoblet via en fleksibel kobling 34. I dette tilfellet bæres rotoren 16 og akselen 18 av radiallager 36, 38, 40 og 42. En åpning 44 dannet i kapslingen 14 er lukket av et lukkemiddei 46 som muliggjør adkomst til den fleksible koblingen 34 for montering av kompressoren.

Det fremgår av figur 1 at et aksialt anslag 48 begrenser den aksiale forskyvningen av drivakselen 18 som drives, mens et utligningsstempel 49 muliggjør utligning av den aksiale kraften som virker mot akselen som drives under drift av kompressorenheten.

Utformningen av en kompressorenhet i form av en motor og en kompressor anordnet i en fetles, tett kapsling under trykk muliggjør at det kan utelates pakninger for kompressoren, hvilke er de elementer som har tendens til å nedsette påliteligheten til kompressoren og å være årsak til gassutslipp i atmosfæren. I dette tilfeltet befinner motoren seg i den samme gassen som behandles av kompressoren. For å unngå en for stor økning av de mekaniske tap i motoren ved ventilasjon, er motoren anordnet slik at den befinner seg på sugetrykket til kompressoren. Det er således nødvendig å danne en strømning av gass i motoren for å fjerne tapene, dvs. i statoren for å fjerne tapene ved joule-effekt i viklingene, og i mellomrommet mellom rotoren og statoren for å fjerne tapene ved ventilasjon og tapene ved Foucault-strøm i rotoren.

Derfor er sentrifugalkompressorenheter generelt utstyrt med kjøfemidler for motor og styrelager ved uttak av gass ved utløpet fra det første kompresjonstrinnet for å bevirke kjøling av motoren og lagrene. Det kan i denne forbindelse vises til dokumentene EP-A-1 069 313 og US 6 390 789, som beskriver forskjellige typer motor-kompressorenheter der motoren og lagrene kjøles ved uttak av kjølegass ved utløpet av det første kompresjonstrinnet.

Denne typen teknikk for kjøling medfører imidlertid noen alvorlige ulemper, særlig fordi den ikke muliggjør en optimal kjøling av motoren og lagrene.

Formålet med oppfinnelsen er å unngå denne ulempen og å komme frem til en motor-kompressorenhet som oppviser forbedrede kjølemidler.

Oppfinnelsen angår således en sentrifugaikompressorenhet av den typen som omfatter en drivmotor som driver en rotor i rotasjon og i det minste en kompressor som omfatter et statorelement og flere skovlhjul montert på en aksel som drives i rotasjon av rotoren i statorelementet, og enheten dannet av motoren og kompressoren eller hver kompressor er montert i en felles kapsling som tetter for gassen som behandles av kompressoren, og den kombinerte kompressoren omfatter dessuten en gruppe aktive lager for aksial og radial styring av rotoren og akselen som drives og midler for kjøling av motoranordningen og styrelagrene ved uttak av gass som behandles av kompressoren ved utløpet av et første kompresjonstrinn, leding av gassen forbi motoranordningen og forbi lagrene og gjeninnføring av gassen ved innløpet til kompressoren.

I henhold til et generelt kjennetegn ved sentrifugalkompressorenheten omfatter midlene for kjøling en gruppe indre ledninger for tilførsel til motoranordningen og lagrene av kjølegass, idet strømmen av kjølegass i motoranordningen er adskilt fra strømmen av kjølegass i lagrene og konvergerer foran det første kompressjonstrinnet.

Det er påvist at et slikt arrangement muliggjør en betydelig forbedring av kjølingen av kompressorenheten. Det er påvist at størrelsen av mellomrommet mellom de magnetiske lager i forhold til motormellomrommet nedsetter kjølingen når det anvendes den samme strømningen for kjøling av lagrene og motoren, slik at det hindres korrekt strøm-ning av kjølegassen. Motoren danner større tap enn lagrene, og nødvendiggjør en sterkere strømning. Temperaturen i kjølegassen ved utløpet av motoren nedsetter kjølingen av lagrene når strømmen av kjølegass i utløpet fra motoren anvendes for kjøling av lagrene.

I henhold til et annet kjennetegn ved oppfinnelsen omfatter midlene for kjøling dessuten en gruppe ytre kanaler som oppsamler gassen ved utløpet av det første kompresjonstrinnet og gir parallell tilførsel til de indre kanaler.

I en utførelse gis de indre ledninger for tilførsel til motoranordningen tilførsel i parallell fra de indre ledninger for tilførsel av kjølegass til lagrene.

I henhold til et annet kjennetegn ved kompressorenheten i henhold til oppfinnelsen understøttes drivakselen til kompressoren av to radiale endelager, og midlene for kjøling omfatter en aksial ledning som forløper fra et lager til et annet og gis tilførsel til en av endene av de ytre kanaler, idet den aksiale ledningen forløper som helhet i lengderetningen på en radial måte utover i kompressoren.

F.eks. omfatter de indre ledninger for tilførsel til lagrene en gruppe ledninger orientert radialt utover i kompressoren og gir hver tilførsel til et lager.

I henhold til et annet kjennetegn ved oppfinnelsen tilføres motoren kjølegass via en åpning dannet i et endedeksel som er i kommunikasjon med en ytre kanal.

Strømmen av kjølegass kan blandes med strømmen av kjølegass som kommer ut fra lagrene som er kjølt av gassen fra de indre kanaler.

F.eks. omfatter motor-kompressorenheten midler for regulering av graden av kjøling for motoren og for hvert lager. I henhold til et annet kjennetegn ved oppfinnelsen omfatter kompressorenheten midler for å oppsamle strømmen av kjølegass fra organer som befinner seg ved enden med utligningsstempel.

Andre formål, kjennetegn og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende be-skrivelse, som bare gjelder ikke begrensende eksempler, med henvisning til de vedføyde tegninger. Figur 1, som allerede er nevnt, illustrerer den generelle oppbygningen av en kombinert, konvensjonell motor og kompressorenhet. Figur 2 er et oversiktsskjema for en kombinert sentrifugaikompressorenhet i henhold til oppfinnelsen. Figur 3 illustrerer en utførelse av en kombinert sentrifugaikompressorenhet i henhold til oppfinnelsen. Figur 4 illustrerer en utførelse av en kombinert kompressorenhet utformet i henhold til oppfinnelsen. Figur 5 illustrerer en utførelse av en kombinert kompressorenhet utformet i henhold til oppfinnelsen. Figur 6 illustrerer enda et eksempel på utførelse av en kombinert kompressorenhet utformet i henhold til oppfinnelsen.

Med henvisning til figur 2 skal det beskrives det generelle prinsippet for utformingen av en kombinert kompressorenhet i henhold til oppfinnelsen. I figur 2 er det vist bare ett kompresjonstrinn av hensyn til klarhet, idet de øvrige kompresjonstrinn ikke er vist. Det vil forstås at det kan være anordnet et hvilket som helst antall kompresjonstrinn, slik det er nevnt med henvisning til figur 3-6.

Den kombinerte kompressorenheten illustrert i figur 2 omfatter en motoranordning 50, dannet f.eks. av en elektromotor for høy, variabel hastighet som driver en rotor 52 i rotasjon og driver med samme hastighet en aksel 54, på hvilken er montert et skovlhjul 56. Rotoren 52 og akselen 54 er sammenkoblet med en fleksibel kobling 58. Rotoren 52 og akselen 54 er hver understøttet av to radiale endelager 60, 62 og 64, 66. Et anslag 67 begrenser den aksiale forskyvningen av rotoren 54 under drift av kompressoren, bevirket av aksiale krefter som skyldes en trykkforskjell fra den ene til den andre siden av skovlhjulet 56.

Skovlhjulet 56 tilføres en komprimert gass som avgis gjennom en tilførselsledning 68 for å bevirke en økning av det statiske trykket og en økning av den kinetiske energien. En diffusor 70 (figur 3) avbremser gassen som kommer ut fra skovlhjulet 56 for å øke tryk ket. Deretter leder en returkanal 72 gassen mot de etterfølgende kompresjonstrinn 74, ... 76.

Som det fremgår av figur 2 og 3, for å kjøle motoren 50 og lagrene 60, 62, 64 og 66 og anslaget 67 for å begrense den aksiale forskyvningen av rotoren 50, tas en del av gassen i utløpet fra det første kompresjonstrinnet 56 ut og benyttes som kjølegass.

Disse forskjellige elementer, dvs. motoren, lagrene og anslaget, kjøles ved bruk av adskilte strømmer av kjølegass, dvs. i parallell, som avgis fra ledninger 80-1, 80-2, 80-6 som utgjør en del av en gruppe utvendige kanaler som samler opp gassen ved utløpet fra det første kompresjonstrinnet 56, etter passering gjennom en gruppe av filterenheter, slik som 82. Som det fremgår, muliggjør dette arrangementet, i hvilket motoren og lagrene gis tilførsel i parallell i adskilte kjølestrømmer, en avlastning av påkjenningene knyttet til størrelsen av mellomrommet mellom de magnetiske lager og motoren.

Som det fremgår av figur 3 omfatter, i henhold til et utførelseseksempel, statordeten av kompressoren et rør 84 som oppsamler fluidet ved utløpet av diffusoren 70 og som går gjennom kapslingen 86 til kompressoren. For tilstrekkelig kjøling av motoren og lagrene omfatter motor-kompressorenheten en gruppe innvendige ledninger for tilførsel, med tilførsel fra utvendige ledninger 80-1 , 80-6. Etter å ha passert gjennom motoren og skovlene, samles kjølegassen i en midtre kanal 88 som som helhet går i lengderetningen og munner ut i en overføringskanal 68 foran det første kompresjonstrinnet 56.

For kjøling av motoren 50 og endelagrene 60 og 62 som bærer rotoren 52 er endedekselet 90 som lukker kapslingen 86 utformet med en åpning 92, og denne kommuniserer med den utvendige ledningen 80-1. En del av kjølestrømmen benyttes for kjøling av lageret 60. Strømmen oppsamles deretter for kjøling av motoren, ved å passere gjennom rommet i motoren. En annen del av strømmen benyttes direkte for kjøling av motoren.

En annen innvendig ledning 94 gis tilførsel fra utvendige kanaler for kjøling av det andre lageret 62 i motoren.

Deretter oppsamles strømmen av kjølegass som kjøler lagrene 60 og 62 og motoren 52 i et hulrom 95 som den fleksible koblingen 58 befinner seg i, og som er lukket av midler 96 for tett lukning.

Deretter, som vist med pilene F, oppsamles gassen av den innvendige ledningen 88 for å innsprøytes foran det første kompresjonstrinnet 56.

Dessuten kjøles lagrene og anslaget 67 av en strøm av kjølegass som tilføres gjennom et endedeksel 98 som lukker enden av kapslingen 86. Det fremgår av figuren at dekselet 98 er utformet med en åpning 100 som kommuniserer med en utvendig ledning 80-6. Denne strømmen av kjølegass kjøler endelageret 66 som befinner seg ved enden ved dekselet 98 og det motsatte endelageret 64, via en aksial kanal 104 som forløper i lengderetningen radialt utvendig mellom lagrene 64 og 66, gjennom statorelementene i kompressoren. Denne aksiale kanalen er likeledes utformet slik at den også kjøler anslaget 78. Strømmen av gass gjeninnsprøytes deretter i ledningen 88.

Det skal bemerkes at uttaket av kjølegass ved utløpet av det første kompresjonstrinnet muliggjør uttak av en mindre varm gass enn om den hadde blitt tatt ut ved utløpet av kompressoren, hvilket gjør kjølingen mere effektiv og begrenser kompresjonsarbeidet som må ytes for å øke trykknivået i gassen.

Dessuten utgjør dette uttaket en selvstendig kilde for tilførsel fra motoren starter, idet midler 105 for regulering av graden av kjøling for motoren og for hvert av lagrene er anordnet for å danne passende og kontrollerte trykktap i de utvendige kanaler. Disse midler for regulering kan være aktive, av typen regulerbar ventil, eller passive, av typen fast åpning.

Det skal bemerkes at i utførelseseksemplet vist i figur 3 er innsuget for gass i kompressoren anordnet ved enden med elektromotoren. Prinsippet med kjøling beskrevet ovenfor kan anvendes i et arrangement der tilbakeføring til kompressoren er anordnet på enden med motoren. I dette tilfellet er det strømmen av kjølegass fra motoren, eller generelt fra organer som befinner seg ved enden med utligningsstempelet 107, som blandes med strømmen av gass som avgis fra dette utligningsstempelet 107 for deretter å innsprøytes i tilførselsledningen 68 via en utligningskanal 108.

For vedlikehold muliggjør midlene 96 for tett lukning adkomst til den fleksible koblingen 58. Uttak av rotoren til motoren skjer ved demontering av endedekselet 90, som f.eks.

er boltet til kapslingen. Demonteringen av det indre av kompressoren utføres ved fjern-else av dekselet 98, som f.eks. er festet til kapslingen med en låsering 110. Fortrinnsvis er enheten innrettet slik at sammenstillingen av rotor og membraner, dvs. hele kompressoren, kan fjernes fra kapslingen samtidig med dekselet 98 uten at kapslingen må løs-gjøres fra sin sokkel og røropplegg for prosessgass og kanaler for kjøling. Det skal bemerkes at under montering og demontering understøttes rotorene av lagrene, hvilket for-enkler operasjonene med tilkobling og frakobling, uten fare for skade på de roterende deler og de statiske deler som ellers kunne komme i kontakt med rotorene under disse operasjoner.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til de utførelser som er beskrevet.

Mens det i figur 2 og 3 er vist en sentrifugaikompressorenhet med en flertrinns kompressor integrert til en seksjon med kompresjon i flere trinn, angår oppfinnelsen også andre typer kompressorenheter, f.eks. med to seksjoner S1 og S2 på linje, med f.eks. to trinn i hver, og som hver bevirker kompresjon av en prosessgass, slik som vist i figur 4 og 5.

I dette tilfellet, i et utførelseseksempel vist i figur 4, fremgår, i kapslingen, to innløp E'1 og E'2 og to utløp S'1 og S'2, slik at innløpet E'2 i den andre seksjonen befinner seg nær utløpet S'1 fra den første seksjonen. I dette tilfellet, som det fremgår av figur 4, er det første kompresjonstrinnet i den ene seksjonen S2 anordnet like overfor det andre kompresjonstrinnet i den andre seksjonen S1.

Derimot, som det fremgår av figur 5, for en utførelse kjent under betegnelsen "Back to Back", kan de første kompresjonstrinnene i hver av seksjonene S1 og S2 være anordnet side ved side. I dette tilfellet er utløpene S'1 og S'2 fra disse kompresjonstrinnene anordnet side ved side, og innløpene E'1 og E'2 er anordnet motsatt av hverandre.

Det skal bemerkes, som det fremgår av figur 6, at oppfinnelsen også angår et arrangement der det anvendes, anordnet i en felles kapsling, en motor 50 og to kompressorer G1 og G2 som hver har kompresjonstrinn S3, S4, S5 og S6, og S'3, S'4, S'5 og S'6 som hvert er montert på en aksel 54 og 54', idet akslene er festet til to innbyrdes motsatte ender av rotoren 52 ved bruk av fleksible koblinger 58 og 58'.

Dette arrangementet med kompresjon i to grupper kan anvende det ene eller det andre av arrangementene beskrevet ovenfor med henvisning til figur 4 og 5.

I de forskjellige utførelsesformer anvendes midler for kjøling av motoren og lagrene ved bruk av strømmer av kjølegass i parallell.

Som det fremgår, gjør oppfinnelsen som er beskrevet det ikke nødvendig å anvende separate kjølefluider for motoren og lagrene. Dessuten oppnås uavhengig kjøling av elektromotoren, lagrene og det magnetiske anslag ved fordeling av den nødvendige mengde til hver av disse, idet de forskjellige strømmer deretter oppsamles for å reinji-seres ved innløpet til det første kompresjonstrinnet. Disse kjennetegn muliggjør minsk-ning av størrelsen til maskinen og forenkling av monteringen. Dessuten muliggjør anordningen av indre ledninger en begrensning av omfanget av de ytre ledninger.

Likeledes muliggjør oppfinnelsen som er beskrevet en begrensning av utslipp av gass til det ytre. Dessuten forbedres påliteligheten ved at det anordnes en integrert filtrering av kjølegassen til motoren. Dessuten muliggjør anvendelsen av flere filtreringsenheter anordnet i parallell og tilknyttet en gruppe ventiler utskifting av disse enheter under drift.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de beskrevne utførelser.

I beskrivelsen ovenfor er midlene for filtrering anordnet i form av enheter montert på de ytre ledninger. Det er likeledes mulig, i en variant, å montere enhetene i det indre av kapslingen for kompressorenheten, på et sted som gjør disse lett tilgjengelige, f.eks. i hulrommet 95 som gir adkomst til koblingen, og fortrinnsvis at de monteres på midlene for stengning.

Claims (8)

1. Sentrifugaikompressorenhet av typen som omfatter en motoranordning (50) som driver en rotor (52) i rotasjon og i det minste en kompressor som omfatter et statorelement og en gruppe skovlhjul (56) montert på en aksel som drives i rotasjon av rotoren i statorelementet, idet enheten dannet av motoren og kompressoren eller hver kompressor er montert i en felles kapsling (86) som tetter for gassen som behandles av kompressoren, idet kompressoren dessuten omfatter en gruppe aktive lager (60, 62, 64, 66, 67) for aksial og radial styring av rotoren og akselen som drives og midler for kjøling av motoranordningen og styrelagrene, ved uttak av gass som behandles av kompressoren ved utløpet av et første kompresjonstrinn (56), leding av gassen forbi motoranordningen (50) og forbi lagrene og gjen-innføring av gassen ved innløpet til kompressoren, idet midlene for kjøling omfatter i tillegg en gruppe ytre kanaler (80-1, 80-2, 80-3, 80-4, 80-5, 80-6) som opptar gassen ved utløpet av det første kompresjonstrinnet, idet strømmen avkjølegass i motoren (50) er adskilt fra strømmen av kjølegass i lagrene (60, 62, 64, 66),karakterisert vedat de ytre kanaler (80-1, 80-2, 80-3, 80-4, 80-5,

80-6) tilfører i parallelle radiale indre ledninger (88, 92, 94, 104) tilførsel til motoranordningen (50) og lagrene med kjølegassen (60, 62, 64, 66, 67) anordnet i kom-pressorgruppen, kjølegassen strømmer fra lagrene (60, 62) og fra motoren (50) og konvergerer i et hulrom (95) hvor de gjenvinnes ved en generell midtre kanal (88) og transporteres i en overføringskanal (68) foran det første kompresjonstrinnet (56).

2. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i krav 1, karakterisert vedat midlene for kjøling er utstyrt med midler (82) for filtrering av gassen som behandles av kompressoren.

3. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i hvilket som helst av kravene 1 eller 2, karakterisert vedat akselen som drives i kompressoren understøttes av to radiallager (64, 66) ved endene, idet midlene for kjøling omfatter en aksial ledning (104) som forløper fra et lager til det andre og gis tilførsel ved en av endene fra ytre kanaler, idet den aksiale ledningen forløper i hele lengden og radialt på utsiden i kompressoren.

4. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 3,karakterisert vedat de indre ledninger for tilførsel til lagrene omfatter en gruppe ledninger (94) orientert radialt utover i kompressoren og som hver gir tilførsel til et lager.

5. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 4,karakterisert vedat motoren tilføres kjølegass via en åpning (92) dannet i et endedeksel (90) i kommunikasjon med en ytre kanal.

6. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i krav 5, i avhengighet av krav 4,karakterisert vedat strømmen av kjølegass blandes med strømmen av kjølegass fra utløpet av lagrene som er kjølt av gass fra de indre kanaler.

7. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 6,karakterisert vedat den omfatter midler (105) for regulering av graden av kjøling for motoren og for hvert lager.

8. Sentrifugaikompressorenhet som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 7,karakterisert vedat den omfatter midler (108) for oppsamling av strøm av kjølegass fra organer som befinner seg ved enden for et utligningsstempel (107).