RU2472043C1 - Centrifugal compressor unit - Google Patents
Centrifugal compressor unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472043C1 RU2472043C1 RU2011131711/06A RU2011131711A RU2472043C1 RU 2472043 C1 RU2472043 C1 RU 2472043C1 RU 2011131711/06 A RU2011131711/06 A RU 2011131711/06A RU 2011131711 A RU2011131711 A RU 2011131711A RU 2472043 C1 RU2472043 C1 RU 2472043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- gas
- bearings
- shaft
- connecting element
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области компрессоростроения, преимущественно к центробежным компрессорам с высокочастотным электроприводом без смазки в опорах ротора, в частности безмасляным вакуумным циркуляционным компрессорам газодинамических лазеров.The invention relates to the field of compressor engineering, mainly to centrifugal compressors with a high-frequency electric drive without lubrication in the bearings of the rotor, in particular oil-free vacuum circulation compressors of gas-dynamic lasers.
В ряде технологических процессов замкнутого цикла существует необходимость:In a number of closed-loop processes, there is a need:
- полного исключения попадания масла в технологический газ;- the complete exclusion of oil in the process gas;
- сохранения постоянства компонентного состава газа в газодинамическом контуре;- maintaining the constancy of the component composition of the gas in the gas-dynamic circuit;
- минимизации утечек технологического газа в атмосферу (до полной герметичности);- minimize leakage of process gas into the atmosphere (to complete tightness);
- поддержания вакуума в газодинамическом контуре.- maintaining a vacuum in the gas-dynamic circuit.
Известны конструкции центробежных компрессорных агрегатов, содержащие компрессор, включающий установленный в корпусе на подшипниках вал с лопатками и установленные на валу газодинамические уплотнения, привод, установленный также в корпусе и связанный с валом компрессора посредством соединительного элемента (см., например, патент RU 2333398, опубликован 10.09.2008; интернет сайт www.s2m.fr или www.converteam.com). Применяемая при этом конструктивная схема «MOPICO герметичный» или «HOFIM герметичный» позволяет удовлетворить вышеперечисленным требованиям.There are known designs of centrifugal compressor units containing a compressor, including a shaft with blades mounted in a housing on bearings and gas-dynamic seals mounted on a shaft, a drive also installed in the housing and connected to the compressor shaft by means of a connecting element (see, for example, patent RU 2333398, published 09/10/2008; Internet site www.s2m.fr or www.converteam.com). The construction scheme “MOPICO sealed” or “HOFIM sealed” used in this way allows us to satisfy the above requirements.
Однако существует ряд проблем, связанных с применением высокочастотных электроприводов в подобных конструкциях.However, there are a number of problems associated with the use of high-frequency electric drives in such designs.
1. Охлаждение ротора высокочастотного электродвигателя.1. Cooling of a rotor of a high-frequency electric motor.
В указанных схемах ротор электродвигателя и компрессора находится в среде технологического газа. Если съем тепла от статорной части может быть осуществлен жидкостью, в частности водой, то охлаждение роторной части (в том числе и электромагнитных подшипников) возможно только технологическим газом. Так как высокочастотный электродвигатель, а соответственно его ротор, имеют меньшие размеры, что является преимуществом по сравнению с асинхронным электродвигателем той же мощности, но нормальной частоты вращения (3000 об/мин), а количество тепла, подлежащее съему с ротора, в обоих случаях примерно одинаково, то площадь поверхности теплообмена высокочастотного ротора из-за меньших размеров недостаточна при одинаковых параметрах (расходе, начальной температуре и давлении) охлаждающего технологического газа для нормального охлаждения ротора. Ротор будет нагреваться. Для вакуумных компрессорных агрегатов проблема охлаждения усугубляется из-за снижения коэффициента теплоотдачи разреженного газа. Для успешного охлаждения ротора высокочастотного электродвигателя необходимо либо увеличение поверхности теплообмена, либо дополнительное охлаждение технологического газа, направляемого на охлаждение ротора.In these schemes, the rotor of the electric motor and compressor is in the process gas environment. If heat removal from the stator part can be carried out by a liquid, in particular water, then cooling of the rotor part (including electromagnetic bearings) is possible only with process gas. Since the high-frequency electric motor, and accordingly its rotor, are smaller, which is an advantage compared to an asynchronous electric motor of the same power but normal speed (3000 rpm), and the amount of heat to be removed from the rotor is approximately the same, the heat exchange surface area of the high-frequency rotor due to the smaller size is insufficient for the same parameters (flow rate, initial temperature and pressure) of the cooling process gas for normal cooling of the mouth pa. The rotor will heat up. For vacuum compressor units, the cooling problem is exacerbated due to a decrease in the heat transfer coefficient of rarefied gas. For successful cooling of the rotor of a high-frequency electric motor, either an increase in the heat transfer surface or additional cooling of the process gas directed to cooling the rotor is necessary.
Первый путь связан с увеличением длины ротора электродвигателя, т.к. диаметр ротора из условия прочности увеличить нельзя. Но это ведет к разработке нового электродвигателя, новых электромагнитных подшипников (ЭМП), увеличению габаритов, массы, соответственно и стоимости, т.е. к потере того преимущества, которое имел изначально высокочастотный электродвигатель.The first way is associated with an increase in the length of the rotor of the electric motor, because the rotor diameter cannot be increased from the strength condition. But this leads to the development of a new electric motor, new electromagnetic bearings (EMF), an increase in dimensions, mass, and, accordingly, cost, i.e. to the loss of the advantage that originally had a high-frequency electric motor.
Второй путь - это дополнительные энергозатраты на охлаждение технологического газа. Газ, подаваемый на охлаждение, должен быть хорошо подготовлен, пройти глубокую очистку. Но разработка и создание системы охлаждения также ведет к увеличению стоимости установки и снижению ее эксплуатационной надежности.The second way is additional energy costs for cooling the process gas. The gas supplied for cooling must be well prepared and thoroughly cleaned. But the development and creation of a cooling system also leads to an increase in the cost of the installation and a decrease in its operational reliability.
2. Дополнительные (длительные или эквивалентные) испытания материалов (в том числе изоляции), соприкасающихся с технологическим газом в условиях воздействия электромагнитного поля.2. Additional (lengthy or equivalent) tests of materials (including insulation) in contact with the process gas under the influence of an electromagnetic field.
Реальные технологические газы, проходящие через компрессор и обтекающие ротор и статорные части электродвигателя, могут содержать различные виды примесей, включая воду, конденсат, сероводород, ванадий, калий, ртуть и другие химические элементы таблицы Менделеева, а также коррозионно-активные агенты, абразивные включения, в том числе песок. Неочищенный газ вызывает быстрое образование отложений на горячих частях электродвигателя, выводит его из строя, подвергает обмотки статора неизбежному риску короткого замыкания, приводит к отказам магнитных подшипников.Actual process gases passing through the compressor and flowing around the rotor and stator parts of the electric motor can contain various types of impurities, including water, condensate, hydrogen sulfide, vanadium, potassium, mercury and other chemical elements of the periodic table, as well as corrosive agents, abrasive inclusions, including sand. The raw gas causes a rapid formation of deposits on the hot parts of the electric motor, destroys it, exposes the stator windings to the inevitable risk of a short circuit, and leads to failure of the magnetic bearings.
Работы по испытаниям материалов потребуют дополнительных затрат времени и дополнительного финансирования для создания испытательного стенда и проведения испытаний.Materials testing will require additional time and additional funding to create a test bench and conduct tests.
3. Все высокочастотные герметичные электродвигатели - единичного производства и имеют высокую стоимость.3. All high-frequency sealed electric motors are of single production and have a high cost.
Известны также конструкции безмасляных центробежных компрессорных агрегатов, выполненных по схеме «HOFIM герметичный», содержащие единый герметичный корпус компрессора и высокочастотный электродвигатель с единым ротором на электромагнитных подшипниках (см., например, В.В.Дурыманов, С.А.Леонтьев, В.В.Седов «На суше и под водой: капсулированный компрессорный агрегат STC-ECO компании SIEMENS». Турбины и дизели / март-апрель 2010. С.10-14).Also known are the designs of oil-free centrifugal compressor units made according to the “HOFIM tight” scheme, containing a single sealed compressor housing and a high-frequency electric motor with a single rotor with electromagnetic bearings (see, for example, V.V. Durymanov, S.A. Leontyev, V. V. Sedov “On land and under water: encapsulated compressor unit STC-ECO of SIEMENS”. Turbines and diesel engines / March-April 2010. P.10-14).
Статор электродвигателя отделен от прямого воздействия нечищеного газа специальным изолирующим «стаканом» (капсулой). Изолирующий стакан статора, который устанавливается в зазор между статором и ротором, представляет собой неметаллическую композитную оболочку, также предотвращающую образование вихревых токов. Система охлаждения статора при этом выполняется двухконтурной, усложненной, с дополнительным оборудованием. Обмотки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя вложены и зафиксированы внутри вала и имеют специальное защитное покрытие.The stator of the electric motor is separated from the direct effect of unclean gas by a special insulating “glass” (capsule). The stator insulating cup, which is installed in the gap between the stator and the rotor, is a non-metallic composite shell that also prevents the formation of eddy currents. The stator cooling system in this case is performed by a double-circuit, complicated, with additional equipment. The windings of the squirrel-cage rotor of an induction motor are embedded and fixed inside the shaft and have a special protective coating.
В герметичных компрессорных агрегатах все активные ЭМП герметически изолированы от рабочего газа.In hermetic compressor units, all active EMFs are hermetically isolated from the working gas.
Размещение дополнительного оборудования с системой контроля его работы, а также увеличение габаритов статорной части электромотора (для компенсации воздействия изолирующего стакана) приведут к увеличению габаритов электропривода, т.е. опять к утрате ряда преимуществ высокочастотного электропривода.The placement of additional equipment with a control system for its operation, as well as an increase in the dimensions of the stator part of the electric motor (to compensate for the effects of the insulating cup) will lead to an increase in the dimensions of the electric drive, i.e. again to the loss of a number of advantages of the high-frequency electric drive.
Задачей изобретения является исключение проблем, связанных с применением электродвигателей в конструкциях компрессорных агрегатов по схемам «MOPICO герметичный» и «HOFIM герметичный», исключение дополнительных контуров охлаждения и затрат на их организацию.The objective of the invention is to eliminate the problems associated with the use of electric motors in the design of compressor units according to the schemes "MOPICO tight" and "HOFIM tight", the exclusion of additional cooling circuits and the costs of their organization.
Технический результат изобретения заключается в следующем:The technical result of the invention is as follows:
- полном исключении попадания масла в технологический газ;- the complete exclusion of oil in the process gas;
- сохранении постоянства компонентного состава газа в газодинамическом контуре;- maintaining the constancy of the component composition of the gas in the gas-dynamic circuit;
- минимизации утечек технологического газа в атмосферу;- minimize leakage of process gas into the atmosphere;
- поддержании вакуума в газодинамическом контуре.- maintaining a vacuum in the gas-dynamic circuit.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что центробежный компрессорный агрегат содержит компрессор, включающий установленный в корпусе на подшипниках вал с лопатками и установленные на валу газодинамические уплотнения, и привод, связанный посредством соединительного элемента с валом компрессора, причем привод расположен вне корпуса, одно из газодинамических уплотнений расположено между подшипником и соединительным элементом, при этом, по меньшей мере, с одним всасывающим патрубком соединены каналы подвода газа к подшипникам, а на роторной части подшипников установлены крыльчатки.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the centrifugal compressor unit comprises a compressor, including a shaft with blades mounted in the housing on bearings and gas-dynamic seals mounted on the shaft, and a drive connected by a connecting element to the compressor shaft, one of the gas-dynamic drives being located outside the housing gasket is located between the bearing and the connecting element, while at least one suction pipe is connected to the gas supply channels and to the bearings, and on the rotor part of the bearings impellers are installed.
Кроме того, на каждом канале подвода газа может быть установлен фильтр-сепаратор.In addition, a filter separator can be installed on each gas supply channel.
Кроме того, соединительный элемент может быть выполнен в виде сухой муфты.In addition, the connecting element can be made in the form of a dry coupling.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана конструктивная схема центробежного компрессорного агрегата, поясняющая предложенное конструктивное решение.The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of a centrifugal compressor unit, explaining the proposed design solution.
Центробежный компрессорный агрегат содержит компрессор 1, включающий корпус 2, внутри которого установлен на электромагнитных подшипниках 3 (ЭМП) вал 4 с рабочими лопатками 5. Компрессор 1 включает также всасывающие 6 и нагнетательный 7 патрубки. Агрегат содержит расположенный вне корпуса 2 привод 8, представляющий собой безмасляный, безмультипликаторный высокочастотный электродвигатель с электромагнитными подшипниками ротора и с собственной системой охлаждения (воздушной или жидкостной) статора и ротора (не показаны). Привод 8 механически связан с валом 4 компрессора посредством соединительного элемента 9, выполненного в виде сухой муфты. Между соединительным элементом 9 и ЭМП 3 в корпусе 2 компрессора 1 расположено газодинамическое (сухое, безмасляное) уплотнение 10, предназначенное для исключения попадания воздуха из атмосферы в технологический газ и для минимизации утечек технологического газа в атмосферу.The centrifugal compressor unit contains a compressor 1, including a housing 2, inside of which a shaft 4 with working blades 5 is mounted on electromagnetic bearings 3 (EMF) 5. Compressor 1 also includes suction 6 and discharge 7 nozzles. The unit contains a drive 8 located outside the housing 2, which is an oil-free, multiplier-free high-frequency electric motor with electromagnetic rotor bearings and with its own cooling system (air or liquid) of the stator and rotor (not shown). The drive 8 is mechanically connected to the compressor shaft 4 by means of a connecting element 9, made in the form of a dry coupling. Between the connecting element 9 and the EMF 3 in the housing 2 of the compressor 1 there is a gas-dynamic (dry, oil-free) seal 10, designed to prevent air from entering the atmosphere into the process gas and to minimize leakage of the process gas into the atmosphere.
С всасывающими патрубками 6 компрессора 1 соединены каналы 11 подвода газа к статорным частям ЭМП 3, на каждом из которых установлен фильтр-сепаратор 12, при этом на роторной части ЭМП 3 установлены крыльчатки 13 (импеллеры), служащие для создания избыточного давления технологического газа, используемого для охлаждения ЭМП 3.Channels 11 for supplying gas to the stator parts of the EMF 3 are connected to the suction nozzles 6 of compressor 1, each of which has a filter separator 12, while impellers 13 (impellers) are installed on the rotor part of the EMF 3, which serve to create excess pressure of the process gas used for cooling EMF 3.
В работе привод 8 находится в атмосфере воздуха и не соприкасается с технологическим газом. Собственная система охлаждения обеспечивает охлаждение ротора и статора электродвигателя и его ЭМП.In operation, the actuator 8 is in an air atmosphere and is not in contact with the process gas. Own cooling system provides cooling of the rotor and stator of the electric motor and its EMF.
Охлаждение ЭМП 3 компрессора 1 осуществляется технологическим газом, отбираемым от всасывающих патрубков 6 компрессора 1 через каналы 11. Охлаждаемый газ очищается в фильтрах-сепараторах 12 и крыльчаткой 13 подается в полости ЭМП 3, откуда поступает на рабочие колеса компрессора 1, т.е. возвращается в технологический процесс.The EMF 3 of the compressor 1 is cooled by the process gas taken from the suction nozzles 6 of the compressor 1 through the channels 11. The cooled gas is purified in the filter separators 12 and the impeller 13 is fed into the EMF 3 cavity, from where it enters the impellers of the compressor 1, i.e. returns to the process.
На сухое газодинамическое уплотнение 10 подается буферный газ того же состава, что и технологический, с давлением газа для вакуумного агрегата, незначительно (например, на 10 Па) превышающим атмосферное.A buffer gas of the same composition as the process gas is supplied to the dry gas dynamic seal 10 with a gas pressure for the vacuum unit that is slightly (for example, 10 Pa) higher than atmospheric.
Предложенная конструкция компрессорного агрегата позволяет использовать покупной высокочастотный электродвигатель без доработок, т.е. исключается:The proposed design of the compressor unit allows you to use the purchased high-frequency electric motor without modifications, i.e. excluded:
- контакт электродвигателя с технологическим газом;- contact of the electric motor with the process gas;
- проблема охлаждения и дополнительных испытаний;- the problem of cooling and additional tests;
- проблема обеспечения герметичности электродвигателя.- the problem of ensuring the tightness of the electric motor.
Наличие одного единственного сухого уплотнения в два раза снижает утечки технологического газа в атмосферу.The presence of a single dry seal halves the leakage of process gas into the atmosphere.
Расположение сухого уплотнения 10 от проточной части за ЭМП 3 в сторону приводного конца вала 4 позволяет организовать охлаждение ЭМП 3 компрессора 1 непосредственно технологическим газом.The location of the dry seal 10 from the flowing part behind the EMF 3 in the direction of the drive end of the shaft 4 allows you to organize the cooling of the EMF 3 of the compressor 1 directly with process gas.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет:Thus, the proposed design allows you to:
- применять покупные высокочастотные электродвигатели обычной, хорошо отработанной комплектации;- apply purchased high-frequency electric motors of the usual, well-developed configuration;
- уменьшить вдвое по сравнению с типовыми конструкциями компрессоров количество газодинамических уплотнений;- halve the number of gas-dynamic seals in comparison with typical compressor designs;
- снизить затраты на организацию охлаждения ЭМП;- reduce the cost of organizing EMF cooling;
- уменьшить динамические осевые нагрузки.- reduce dynamic axial loads.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131711/06A RU2472043C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Centrifugal compressor unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131711/06A RU2472043C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Centrifugal compressor unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2472043C1 true RU2472043C1 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=48806151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011131711/06A RU2472043C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Centrifugal compressor unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2472043C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789370C1 (en) * | 2019-07-29 | 2023-02-02 | НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. | Compressor system and compressor operation method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1830070A2 (en) * | 2006-02-17 | 2007-09-05 | Nuovo Pignone S.P.A. | Motor compressor |
RU2329405C2 (en) * | 2003-07-02 | 2008-07-20 | Квернер Оилфилд Продактс Ас | Underwater compressor module and method of adjusting pressure therein |
RU2333398C2 (en) * | 2003-03-10 | 2008-09-10 | Термодин | Centrifugal compressor unit |
RU2008118142A (en) * | 2005-10-07 | 2009-11-20 | Акер Квернер Сабси Ас (No) | DEVICE AND METHOD FOR REGULATING PROTECTIVE GAS SUPPLY IN COMPRESSOR MODULE |
US20090317265A1 (en) * | 2006-06-30 | 2009-12-24 | Aker Kvaerner Subsea As | Method and apparatus for protection of compressor modules against influx of contaminated gas |
-
2011
- 2011-07-28 RU RU2011131711/06A patent/RU2472043C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2333398C2 (en) * | 2003-03-10 | 2008-09-10 | Термодин | Centrifugal compressor unit |
RU2329405C2 (en) * | 2003-07-02 | 2008-07-20 | Квернер Оилфилд Продактс Ас | Underwater compressor module and method of adjusting pressure therein |
RU2008118142A (en) * | 2005-10-07 | 2009-11-20 | Акер Квернер Сабси Ас (No) | DEVICE AND METHOD FOR REGULATING PROTECTIVE GAS SUPPLY IN COMPRESSOR MODULE |
EP1830070A2 (en) * | 2006-02-17 | 2007-09-05 | Nuovo Pignone S.P.A. | Motor compressor |
US20090317265A1 (en) * | 2006-06-30 | 2009-12-24 | Aker Kvaerner Subsea As | Method and apparatus for protection of compressor modules against influx of contaminated gas |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789370C1 (en) * | 2019-07-29 | 2023-02-02 | НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. | Compressor system and compressor operation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2008239947B2 (en) | Fluid pump system | |
US7508101B2 (en) | Methods and apparatus for using an electrical machine to transport fluids through a pipeline | |
RU2461737C2 (en) | Compressor unit | |
EP2310688B1 (en) | Gas compressor magnetic coupler | |
CN109863670B (en) | Actuator for a compressor element and water-jet compressor device equipped with such an actuator | |
RU2394172C1 (en) | Compressor unit and use of coolant | |
JP2007218258A (en) | Motor compressor | |
CN1745509A (en) | Rotary machine cooling system | |
JP5001665B2 (en) | Fan for blowing high temperature fuel gas in solid oxide fuel cells | |
EP2667035A2 (en) | Temperature control system for a machine and methods of operating same | |
RU110432U1 (en) | CENTRIFUGAL COMPRESSOR UNIT | |
RU2472043C1 (en) | Centrifugal compressor unit | |
CN103227521A (en) | Hollow rotor motor and systems comprising the same | |
EP2273130A1 (en) | A gas compressor casing and a system comprising the casing | |
CN114641618B (en) | Integrated motor-compressor unit with a cooling circuit configured to reduce cooling fluid pressure and a pressure relief system | |
JP5890619B2 (en) | Method and apparatus for compressing acid gases | |
US10724528B2 (en) | Cooling system for cooling a motorcompressor unit |