SE501350C2 - Skruvkompressor med axialbalanseringsorgan, som utnyttjar olika trycknivåer samt förfarande för drift av en sådan kompressor - Google Patents

Description

k) Ur 501 350 2 att anbringa en varierande motbalanseringskrañ. WO 91/ 12432 visar en balanseringskolv med en aktiv tryckyta, vilken genom en ventil kan utsättas for endera utloppstryck, ostrypt in- loppstryck eller strypt inloppstryck, och en tryckyta på baksidan som utsätts for ostrypt in- loppstryck, vilket normalt är omkring atmosfärstryck. Den balanseringskrañ som uppnås där- igenom kan vara vid endera av tre nivåer och även byta riktning så att flexibiliteten att anpassa sig till olika driftsforhållanden ökar. SE ansökan 93003375-l visar organ for kontinuerlig variering av tryck som verkar på balanseringskolven. Dessa organ innefattar forsta och andra strypningar i returledningen från oljeavskiljaren till en oljeinsprutningsöppning. Mellan stryp- ningama finns en förbindelse med en grenledning som mynnar i en cylinder som omsluter balanseringskolven. Balanseringstrycket som verkar på kolven kommer därigenom att variera då sug- och leveranstrycken varierar på ett sätt som bestämrnes av förhållandet mellan stryp- ningsgraderna i de två strypningarna.

De kända anordningama har nackdelama att antingen kräva omständliga anordningar for variering av balanseringskraften eller forutsätter anordningar som nonnalt bara finns i vissa applikationer. Det foreligger således ett behov av ytterligare förbättringar på detta område. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma en axialbalanserings- anordning i en skruvkompressor som är enkel och pålitlig och som kan användas vid tillärnp- ningar där de kända anordningama inte är tillräckligt ändamålsenliga.

Detta har uppnåtts genom att en skruvkompressor av det slag som anges i kravets 1 ingress innefattar de särdrag som anges i kravets karaktäriserande del.

Balanseringsanordningen enligt uppfinningen utnyttjar ett högtryck for den aktiva balanse- ringskraften och endera av två lägre tryck av olika nivåer for kraften i motsatt riktning, vilket sålunda i olika utsträckning reducerar nettobalanseringskrañen. Detta medger en lägre balan- seringskraft under vissa driñsbetingelser, då axialkraftema är forhållandevis låga såsom vid kompressoms startande, och en forhållandevis större axialkraft vid andra drifisbetingelser.

Ehuru hög-, låg- och mellantryckskällorna i princip kunde vara av godtyckligt slag så är det nonnalt behändigt att utnyttja de olika trycknivåema som uppträder under komprimerings- V: 10 20 3 501 350 processen. Vid vissa tillämpningar är kompressoms inloppstryck högre än omgivande tryck som normalt är vid atmosfarstryck. Detta är fallet t.ex. då kompressom användes for att pumpa upp naturgas ur djupbrunnar eller när kompressom utgör ett av de senare stegen i en flerstegs- kompressoranläggning. Vid sådana tillämpningar kan det vara fördelaktigt att använda ut- loppstrycket som högtryckskälla, det omgivande trycket som lågtryckskälla och inloppstrycket som mellantryckskälla. Denna möjlighet anges i krav 2 som en fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen.

Axialbalanseringsorganen kan fördelaktigt delas upp på två åtskilda enheter av något olika slag såsom anges i krav 3.

Ytterligare fördelaktiga utföringsfonner anges i övriga underkrav.

Uppfinningen hänför sig även till ett förfarande för dtifi av en kompressor, vilket förfarande innefattar särdrag som i huvudsak motsvarar dem i anordningskraven.

Uppfinningen förklaras närmare i efterföljande detaljerade beskrivning av en föredragen ut- föringsform av densamma under hänvisning till efterföljande ritningar av vilka fig. l är ett schematiskt längdsnitt genom en rotor i en kompressor enligt en föredragen ut- föringsform av uppfinningen, fig. 2 är ett schematiskt förstorat snitt genom en detalj i fig. 1 och fig. 3 är ett schematiskt förstorat snitt genom en annan detalj i fig. l. I figurema är sådana element som saknar intresse för förståelse av uppfinningen utelämnade i förtydligande syfie.

I fig. 1 är en av rotorema 1 i en skruvkompressor schematiskt illustrerad i ett längdsnitt.

Rotom är försedd med axialbalanseringsanordningar 6, 7 vid sina båda axeltappar 2 respektive 3 med syfte att motverka den axiella gaskraft FG som verkar på rotorn l under drift, vilka axialbalanseringsanordningar 6, 7 endast är symboliskt indikerade i fig. 1. Rotoms l arbetsrum kommunicerar vid figurens vänstra ände med ett inlopp 4 och vid den högra änden med ett utlopp 5. Kompressorn används for att pumpa upp naturgas från djupbrunnar som har ett tryck som överstiger atmosfarstrycket, vanligtvis i området 10 till 30 bar, vilket således är kompres- soms inloppstryck. Utloppstrycket ligger i området 60 till 90 bar. 10 15 20 501 350 lf Den axiella gaskrafien FG är riktad från utloppsänden mot inloppsänden, d.v.s. åt vänster i figuren, vilken riktning benämnes ”forsta axiella riktning”. Den ena av balanseringsanord- ningama 6 är anordnad runt axeltappen 2 vid lågtrycksänden och den andra 7 runt den andra axeltappen 3. Genom balanseringsanordningen 6 runt axeltappen 2 vid inloppsänden åstad- kommes en forsta balanseringskrañ F31 som verkar på rotom, och genom balanserings- anordningen 7 runt axeltappen 3 vid utloppsänden kan en andra balanseringskraft F32 åstad- kommas. Dessa balanseringskrafler F31 och F32 motverkar vid driñ den axiella gaskrafien FG.

På ett sätt som senare förklaras kan den andra balanseringskrañen F32 deaktiveras. Under kompressoms startförlopp eller under andra driñsbetingelser då gaskraften FG ej är så stor så motverkar endast balanseringskrafien F31 den axiella gaskrañen FG. Vid fiall belastning akti- veras även den andra balanseringskrafren F32 for att öka den totala balanseringskrafien.

Fig. 2 illustrerar i ett forstorat snitt balanseringsanordningen på axeltappen 2 vid inloppsänden, vilken anordning är av konventionellt slag. En balanseringskolv 8 är fäst vid axeltappen 2 och roterar med densamma, och arbetar med ett litet spel i en cylinder 11 i kompressorhuset. En ledning 12 mynnar i cylindern 11 och är förbunden med olja av utloppstryck, t.ex. en olje- avskilj are i kompressoms utloppskanal 5. Olja av utloppstryck P3 tillfores sålunda cylindern 11 och verkar på tryckytan 9 på balanseringskolvens 8 vänstra sida. Oljan dräneras från kolvens 8 högra sida genom axelspelet 13 till kompressoms inloppsände där sugtrycket PS råder, vilket sålunda är det tryck som verkar på den bakre ytan 10 på kolvens 8 högra sida. Genom denna anordning åstadkommes den forsta balanseringskraften F31.

Fig. 2 illustrerar i ett motsvarande snitt balanseringsanordningen runt axeltappen 3 vid ut- loppsänden. Balanseringskolven 14 belägen i en cylindrisk hålighet i kompressorhuset är sammansatt av en cirkulär sektion 17 axiellt utanfor axeltappens 3 ände, en cylindrisk sektion 18 som sträcker sig axiellt inåt från den cirkulära sektionen 17 och en fläns 19 som sträcker sig radiellt inåt från den cylindriska sektionens 18 andra ände. Balanseringskolven 14 är stilla- stående och tätar mot huset. På axeltappen 3 finns ett huvudaxiallager 21, ett axialbalanse- Un 10 20 Is) UI 5 501 350 ringslager 22 och ett förspänningslager 23. Huvudaxiallagret 21 stöds av kompressorhuset och axialbalanseringslagret stöds av balanseringskolvens 14 fläns 19.

Mellan förspänningslagrets 23 ytterring och den axiellt inre ytan l5a på balanseñngskolvens cirkulära sektion 17 är en första mekanisk tryckfiäder 26 anordnad, vilken har en ljäderkrafi F 1:1 som verkar åt höger på balanseringskolven 14 för att förspänna axialbalanseringslagret 24 som stöds av flänsen 19. Axiellt utanför balanseringskolven 14 är ett med kompressorhuset stelt förbundet förslutningselement 20 anordnat. Mellan detta förslutningselement 20 och den yttre utan 16 på balanseringskolvens 14 cirkulära sektion 17 är en andra mekanisk tryckfiäder 27 anordnad, vilken har en fiäderkraft FH som är mindre än Fn, företrädesvis ca 0,5 x FH.

Det cylindriska utrymme som bildas mellan förslutningselementet 20 och balanseringskolvens 14 cirkulära sektion 17 står genom en öppning 28 i förslutningselementet 20 i förbindelse med en ledning 29. Ledningen 29 är genom en trevägsventil 32 förbunden med endera en ledning 30 som mynnar i den omgivande atmosfären eller en ledning 31 som mynnar i kompressoms inloppskanal 4. Hålrummet på balanseringskolvens vänstra sida är hela tiden i förbindelse med kompressoms inloppskanal så att trycket P5 erhålles i detta hålrum.

Anordningen arbetar på följande sätt: Under kompressoms startprocess är ledningen 29 för- bunden med ledningen 31 som kommunicerar med kompressoms inloppskanal. Balanse- ringskolvens 14 båda sidor utsättes således för inloppstrycket PS , så att den balanseringskrafi som erhålles genom den stillastående balanseringskolven blir i stort sett noll. På grund av för- spänningsfjädrarna 26 och 27 kommer emellertid en förspänningskraft FS att verka i riktning mot vänster för att säkerställa en minimumbelastning på axiallagren 21, 22. Eftersom den yttre tryckfiädems 27 fjäderkraft F32 är ungefär hälfien av den inre tryckfiädems íjäderkraft F31 så kommer såväl huvudaxiallagret 21 som axialbalanseringslagret 22 att törspännas med en krafl som är ungefär lika stor som F52. 10 15 20 tu Un 501 350 5 Då kompressom arbetar vid fullast omställes trevägsventilens 32 läge så att ledningen 29 kommunicerar med ledningen 30 förbunden med omgivande atmosfär. Omställning av ventilen 32 åstadkommes automatiskt på signaler från en kontrollanordning 33, vilken styrs av kompressoms tryckskillnad, PD-PS. Ventilen 32 förbinder således ledningama 29 och 30 när denna tryckskillnad överstiger en förutbestämd nivå. När ledningen 29 är förbunden med omgivande atmosfarstryck kommer tryckytan 16 på balanseringskolvens 14 utsida att utsättas för detta atmosfarstryck PA. Balanseringskolven 14 kommer således att påverkas av en mot höger riktad kraft FB; som följd av tryckskillnaden Ps-PA över kolven, vilken krañ överföres till axeltappen 3 genom axialbalansetingslagret 22.

Vid båda de ovan beskrivna dnfisbetingelsema kommer balanseringsanordningen 6 runt axel- tappen 2 vid rotorns andra ände att bibehållas att påverkas av tryckskillnaden PD-PS över kolven och således hela tiden kvarhålla den första balanseringskraften F31.

Genom anordningen uppnås att balanseringskrafien för begränsning av belastningen på huvudaxiallagret 21 är i huvudsak vid endera av två nivåer som svar på vad som erfordras vid de olika beskrivna driñsbetingelserna. Denna balanseringskrafi är Fgl-FS under startprocessen OCh FgfFFßg-Fg Vid filllaSïdflfi.

Det ovan beskrivna exemplet representerar en föredragen utföringsform av uppfinningen, men kan naturligtvis modifieras i olika avseenden inom ramen för patentkravens omfång. Upp- finningen kan således realiseras med endast en enda balanseringskolv, vars ena sida är utsatt för högtryck och den andra sidan till endera låg- eller mellantryck. Likaså kan båda balanse- ringskolvama vara av stillastående typ eller båda av roterande typ och båda kan vara anordnade runt samma axeltapp.

Claims (8)

10 20 501 350 Patentkrav:

1. l. Skruvkompressor med ett par i varandra ingripande rotorer (1) i ett arbetsrum, vilka rotorer under drift påverkas av en gaskrafi (F G) i en forsta axiell riktning, varvid åtminstone den ena av nämnda rotorer (1) har huvudaxiallager (21) och är försedd med axialbalanse- ringskolvorgan ( 8, 14), som har forsta tryckyteorgan (9, 15a, l5b, 15c) åstadkommande en kraft motriktad nämnda forsta axiella riktning och andra tryckyteorgan (10, 16) åstad- kommande en kraft i nämnda forst axiella riktning, vilka forsta tryckyteorgan (9, 15a, l5b, 15c) innefattar åtminstone en forsta tryckyta (9), vilken forsta tryckyta (9) genom forsta ledningsorgan (12) är forbunden med en högtryckskälla, kännetecknad av att nämnda andra tryckyteorgan (10, 16) innefattar åtminstone en andra tryckyta (16), vilken andra tryckyta (16) genom andra ledningsorgan (29, 30, 31) är valbart forbunden med endera en lågtryckskälla eller en mellantryckskälla, vilka andra ledningsorgan (29, 30, 31) har ventilorgan (32) for åstadkommande av endera av nämnda förbindelser.

2. Skruvkompressor enligt krav 1, vid vilken nämnda högtryckskälla står i tryckut- jämnande forbindelse med kompressoms utloppskanalorgan (5), nämnda lågtryckskälla står i tryckutjämnande forbindelse med kompressoms omgivande atmosfär och nämnda mellan- tryckskälla står i tryckutjämnande forbindelse med kompressoms inloppskanalorgan (4).

3. Skruvkompressor enligt krav 2, vid vilken nämnda axialbalanseringskolvorgan (8, 14) innefattar en roterande balanseringskolv (8) fäst vid en axeltapp (2) på nämnda rotor (1) och en stationär balanseringskolv (14), som verkar på den stationära ringen (24) hos ett axialbalan- seringslager (22) på en axeltapp (3) på nämnda rotor (l), vilken roterande balanseringskolv (8) innefattar nämnda forsta tryckyta (9) och nämnda stationära balanseringskolv (14) innefattar nämnda andra tryckyta (16) och vid vilken nämnda forsta tryckyteorgan (9, 15a, l5b, 15c) innefattar en stationär bakre tryckyta (15a, l5b, 15c) hos nämnda stationära balanseringskolv (14) och nämnda andra tryckyteorgan (10, 16) innefattar en roterande bakre tryckyta (10) hos nämnda roterande balanseringskolv (8), vilka bakre tryckytor (15a, l5b, 15c) var och en är forbunden med nämnda mellantryckskälla. 10 15 25 501 350 S'

4. Skruvkompressor enligt krav 3, vid vilken nämnda stationära balanseringskolv (14) är försedd med mekaniska fiäderorgan (26, 27) som förspänner nämnda huvudaxiallager (21) och nämnda axialbalanseringslager (22).

5. Skruvkompressor enligt krav 3, vid vilken det tryckfluidum som verkar på nämnda roterande balanseringskolv (8) är en vätska och det tryckfluidum som verkar på nämnda stationära balanseringskolv (14) är en gas.

6. Skruvkompressor enligt krav 1, vid vilken nämnda ventilorgan (32) är försett med kontrollorgan (33) som påverkas av tryckskillnaden mellan kompressöms ut- och inloppstryck, vilket ventilorgan (32) åstadkommer förbindelse med nämnda mellantryckskälla när närrmda tryckskillnad är under en förutbestämd nivå och åstadkommer förbindelse med nämnda låg- tryckskälla när nämnda tryckskillnad är över nämnda förutbestämda nivå.

7. Ett förfarande för drifi av en med ett par i varandra ingripande rotorer (1) i ett arbetsrum, vilka rotorer under drift påverkas av en gaskrafi (FG) i en första axiell rikt- ning, varvid åtminstone den ena av nämnda rotorer (1) har huvudaxiallager (21) och är försedd med axialbalanseringskolvorgan (8, 14), som har första tryckyteorgan (9, 15a, 15b, 15c) åstad- kommande en kraft motriktad nämnda första axiella riktning och andra tryckyteorgan (10, 16) åstadkommande en krañ i nämnda första axiella riktning, vilka första tryckyteorgan (9, 15a, 15b, 15c) innefattar åtminstone en första tryckyta (9), vilken första tryckyta (9) genom första ledningsorgan (12) är förbunden med en högtryckskälla, och vilka andra tryckyteorgan (10, 16) innefattar åtminstone en andra tryckyta (16), kännetecknat av att nämnda andra tryckyta (16) genom andra ledningsorgan (29, 30, 31) valbart bringas i förbindelse med endera en låg- tryckskälla eller en mellantryckskälla, vilka andra ledningsorgan (29, 30, 31) har ventilorgan (32) för åstadkommande av endera av nämnda förbindelser.

8. Ett förfarande enligt krav 7, vid vilken nämnda högtryckskälla bringas i tryckutjäm- nande förbindelse med kompressöms utloppskanalorgan (5), nämnda lågtryckskälla bringas i tryckutjämnande förbindelse med kompressöms omgivande atmosfär och närrmda mellan- tryckskälla bringas i tryckutjämnande förbindelse med kompressöms inloppskanalorgan (4).