SE521349C2 - Compressor unit with control system - Google Patents

Compressor unit with control system

Info

Publication number
SE521349C2
SE521349C2 SE0104204A SE0104204A SE521349C2 SE 521349 C2 SE521349 C2 SE 521349C2 SE 0104204 A SE0104204 A SE 0104204A SE 0104204 A SE0104204 A SE 0104204A SE 521349 C2 SE521349 C2 SE 521349C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
compressor
rotors
driveline
waste flow
consumer
Prior art date
Application number
SE0104204A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE0104204D0 (en
SE0104204L (en
Inventor
Rolf Alexis Jacobsson
Original Assignee
Atlas Copco Tools Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Tools Ab filed Critical Atlas Copco Tools Ab
Priority to SE0104204A priority Critical patent/SE521349C2/en
Publication of SE0104204D0 publication Critical patent/SE0104204D0/en
Priority to PCT/SE2002/002254 priority patent/WO2003052276A1/en
Priority to JP2003553133A priority patent/JP2005513328A/en
Priority to CA002470046A priority patent/CA2470046A1/en
Priority to CNA028278844A priority patent/CN1617981A/en
Priority to US10/498,675 priority patent/US20050118034A1/en
Priority to KR10-2004-7009182A priority patent/KR20040096502A/en
Priority to EP02793607A priority patent/EP1463889A1/en
Publication of SE0104204L publication Critical patent/SE0104204L/en
Publication of SE521349C2 publication Critical patent/SE521349C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

A compressor unit intended for delivering a pressurised gaseous medium at a varying outlet flow volume to a consumer with varying load demands and comprises one or more rotors (K; 10, 11 ) forming one or more compressor stages and arranged to operate continuously at high speed thereby delivering a certain outlet flow volume, a drive motor (M; 19 ), a drive line assembly (N; 17, 18 ) mechanically coupling the compressor rotor or rotors (K; 10, 11 ) to the drive motor (M; 19 ), and a waste flow circuit connected to the outlet end of the compressor stages and incorporating at least one power recovery turbine (T<SUB>R</SUB> ; 22, 23 ) mechanically coupled to the drive line assembly (N; 17, 18 ), and one or more valves (V; 25, 34, 35 ) controlling the waste flow through the waste flow circuit in response to the actual load demand, wherein the power recovery turbine or turbines (T<SUB>R</SUB> ; 22, 23 ) are arranged to deliver power back to the drive line or drive lines (N; 17, 18 ) at consumer load demands smaller than the certain outlet flow volume delivered by the compressor rotor or rotors (K; 10, 11 ).

Description

521 349 P20-01709-030408 överskottsflöden strypas bort eller avledas till atmosfären vid partiella belastningskrav, vilket resulterar i en hög effektförlust och därmed en låg total verkningsgrad. 521 349 P20-01709-030408 excess flows are throttled away or diverted to the atmosphere at partial load requirements, which results in a high power loss and thus a low overall efficiency.

En gasturbindriven turbokompressorenhet av denna typ är tidigare beskriven i USA-patentet 4,809,497. För att uppnå en tillfredsställande beredskap för att snabbt kunna leverera full flödesvolym drivs kompressorn med fullt varvtal, och en reduktion i belastningskravet från förbrukaren möts genom öppning av en by-pass-ledning för avledning av överskottsflödet till atmosfären. Denna flödesavledande anordning är avsedd att förhindra s.k. "surging" i turbinen och en påföljande skaderisk för kompressorn. Avledning av överskottsflöde till atmosfären via en by-pass-ledning vid fulleffektdrift av gasturbinen innebär emellertid en oönskad effektförlust och en làg verkningsgrad hos kompressorenheten.A gas turbine powered turbocharger unit of this type is previously described in U.S. Patent 4,809,497. In order to achieve a satisfactory readiness to be able to quickly deliver full flow volume, the compressor is operated at full speed, and a reduction in the load requirement from the consumer is met by opening a by-pass line for diverting the excess flow to the atmosphere. This flow diverting device is intended to prevent so-called "surging" in the turbine and a consequent risk of damage to the compressor. However, diversion of excess flow to the atmosphere via a by-pass line during full power operation of the gas turbine means an undesirable power loss and a low efficiency of the compressor unit.

I USA-patentet 5,l17,625 är tidigare beskriven en gasturbindriven turbokompressor som är avsedd att i önskad omfattning avleda tryckluft genom en avledningsledning.U.S. Pat. No. 5,117,625 previously describes a gas turbine driven turbocharger which is intended to divert compressed air through a diverter line to the desired extent.

Gasturbinen är emellertid även mekaniskt kopplad till en annan last i form av en generator, hydraulpump etc., och i situationer där endast ett mindre effektuttag krävs fràn denna last och samtidigt en mindre flödesvolym fràn kompressorn krävs avleds en större del till atmosfären i form av ett avloppsflöde genom avledningsledningen. Detta innebär en väsentlig effektförlust och en låg verkningsgrad hos kompressorn.However, the gas turbine is also mechanically connected to another load in the form of a generator, hydraulic pump, etc., and in situations where only a small power output is required from this load and at the same time a smaller flow volume from the compressor is required, a larger part is diverted to the atmosphere. sewage flow through the drain line. This means a significant power loss and a low efficiency of the compressor.

I WO Ol/27452 beskrivs en gasturbinmotor som är ansluten till en last och som innefattar en turbokompressor som delvis matas med ätercirkulerade avgaser från turbinen. Vid ökat effektbehov matas kompressorn med en ökad andel friskluft, och kompressorn är försedd med ett antal utloppsöppningar för stegvis avledning av överskottsgas 521 34-9 P20-01709-030408 till atmosfären vid varierande belastningskrav från förbrukaren. För begränsning av effektförlusterna är anordnad en extra turbin som drivs av överskottsgas från en öppning i en högtryckszon i kompressorn och som är anordnad att driva en friskluftkompressor för matning av friskluft till kompressorn vid höga belastningskrav. Denna anordning för överskottsåtervinning används bara vid höga belastningskrav, eftersom det vid låga belastningskrav krävs mycket lite friskluft till turbinens brännkammare.WO Ol / 27452 describes a gas turbine engine which is connected to a load and which comprises a turbocharger which is partly fed with recirculated exhaust gases from the turbine. With increased power demand, the compressor is supplied with an increased proportion of fresh air, and the compressor is provided with a number of outlet openings for stepwise discharge of excess gas 521 34-9 P20-01709-030408 to the atmosphere at varying load requirements from the consumer. To limit the power losses, an additional turbine is provided which is driven by excess gas from an opening in a high pressure zone in the compressor and which is arranged to drive a fresh air compressor for supplying fresh air to the compressor at high load requirements. This device for excess recovery is only used at high load requirements, because at low load requirements very little fresh air is required for the turbine's combustion chamber.

Detta innebär att vid låga belastningskrav största delen av överskottsgasen dumpas till atmosfären utan effektåtervinning.This means that at low load requirements most of the excess gas is dumped into the atmosphere without power recovery.

Huvudändamålet med uppfinningen är att förse en turbokompressorenhet för avgivande av ett trycksatt gasmedium med en hög grad av beredskap för snabba förändringar i belastningskraven, varvid kompressorns rotor eller rotorer drivs på ett kontinuerligt högt varvtal och med en hög utloppsflödesvolym och överskottsflödet från kompressorns rotor eller rotorer vid reducerat belastningskrav används för energiåtervinning.The main object of the invention is to provide a turbocharger unit for dispensing a pressurized gas medium with a high degree of readiness for rapid changes in the load requirements, the compressor rotor or rotors being driven at a continuously high speed and with a high outlet flow volume and excess rotor flow from the compressor reduced load requirements are used for energy recovery.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att skapa en kompressorenhet för leverans av ett trycksatt gasmedium av varierande flödesvolym vid ett kontinuerligt högt rotorvarvtal med avgivande av en stor flödesvolym, varvid överskottsflödet från kompressorns rotor eller rotorer vid dellastkrav används för drivning av en eller fler energiåtervinnande turbiner vilka är mekaniskt hopkopplade med drivlinan för kompressorns rotor eller rotorer för återföring av mekanisk energi till kompressorns drivlina.Another object of the invention is to create a compressor unit for supplying a pressurized gas medium of varying flow volume at a continuously high rotor speed with an emission of a large flow volume, the excess flow from the compressor rotor or rotors at partial load requirements being used to drive one or more energy recovery turbines. are mechanically connected to the driveline of the compressor rotor or rotors for returning mechanical energy to the compressor driveline.

Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen framgår av den följande beskrivningen och patentkraven.Further objects and advantages of the invention will become apparent from the following description and claims.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen beskrivs nedan under hänvisning till bifogade ritning. 521 3119 P20-01709-030408 Ritningsförteckning: Fig. 1 visar schematiskt en kompressorenhet enligt en utföringsform av uppfinningen.Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawing. 521 3119 P20-01709-030408 List of drawings: Fig. 1 schematically shows a compressor unit according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 visar schematiskt en två-stegs kompressorenhet enligt en annan utföringsform av uppfinningen.Fig. 2 schematically shows a two-stage compressor unit according to another embodiment of the invention.

Kompressorenheten som illustreras schematiskt i Fig. 1 innefattar en drivmotor M, och en kompressorrotor K ansluten till motorn M via en drivlina N. Drivlinan N innefattar lämpligen en roterande axel i en eller fler sektioner. Kompressorns rotor K är anordnad att matas med luft av atmosfärstryck Pl och avge tryckluft med trycket P2 Kompressorns rotor K är anordnad att drivas av motorn M med ett konstant varvtal och att avge ett konstant flödesvolym tryckluft. Denna konstanta varvtalsnivå har valts med hänsyn till rotorns K karakteristika så att rotorn arbetar under optimala förhållanden.The compressor unit schematically illustrated in Fig. 1 comprises a drive motor M, and a compressor rotor K connected to the motor M via a drive line N. The drive line N suitably comprises a rotating shaft in one or more sections. The compressor rotor K is arranged to be supplied with air of atmospheric pressure P1 and emit compressed air with the pressure P2. The compressor rotor K is arranged to be driven by the motor M at a constant speed and to emit a constant flow volume of compressed air. This constant speed level has been chosen with regard to the characteristics of the rotor K so that the rotor operates under optimal conditions.

Kompressorenheten är avsedd att anslutas till en luftförbrukare (icke visad) uppvisande ett belastningsbehov som snabbt kan varieras mellan noll och full kapacitet hos kompressorrotorn K. Då full kapacitet på flödesvolymen inte krävs av förbrukaren avleds överskottsflödet till en spillflödeskrets via en ventil V. Denna spillflödeskrets innefattar en energiåtervinnande turbin TR vilken är mekaniskt hopkopplad med drivlinan N och som drivs av spillflödet. Det aktuella spillflödet driver energiåtervinningsturbinen TR som i sin tur återför energi till drivlinan N och drivmotorn M, varigenom den energi som momentant inte krävs av förbrukaren återvinnes. Härigenom kan kraftförsörjningen till motorn M reduceras till en nivå där varvtalet på kompressorns K rotor just hålls uppe vid dess optimala nivå.The compressor unit is intended to be connected to an air consumer (not shown) having a load requirement that can be quickly varied between zero and full capacity of the compressor rotor K. When full capacity of the flow volume is not required by the consumer, the excess flow is diverted to a waste flow circuit via a valve V. an energy recovery turbine TR which is mechanically coupled to the driveline N and which is driven by the waste stream. The current waste flow drives the energy recovery turbine TR, which in turn returns energy to the driveline N and the drive motor M, whereby the energy that is currently not required by the consumer is recovered. In this way, the power supply to the motor M can be reduced to a level where the speed of the compressor K's rotor is just kept up at its optimum level.

Spillflödesventilen V styrs lämpligen av trycket vid kompressorrotorns K utloppsände så att exakt den 521 3.519 š'=í":'-,.-' 533 .,.., .. .... . 1 _.,. , H . . .The spill flow valve V is suitably controlled by the pressure at the outlet end of the compressor rotor K so that exactly 521 3,519 š '= í ":' -, .- '533., .., .. ..... 1 _.,., H. .

P20-01709-030408 flödesvolym som inte krävs av förbrukaren kontinuerligt avleds till återvinningsturbinen TR _ En kraftstyrenhet PCU är ansluten både till spillflödesventilen V och till drivmotorn M och är avsedd att kontinuerligt anpassa krafttillförseln till motorn M för upprätthållande av det optimala varvtalet hos kompressorrotorn K.P20-01709-030408 flow volume not required by the consumer is continuously diverted to the recovery turbine TR _ A power control unit PCU is connected both to the waste flow valve V and to the drive motor M and is intended to continuously adjust the power supply to the motor M to maintain the optimum speed K. of the compressor speed K.

Drivmotorn M kan vara av valfritt slag, en elektrisk synkronmotor, en gasturbin etc.The drive motor M can be of any kind, an electric synchronous motor, a gas turbine, etc.

Den kompressorenhet som illustreras i Fig. 1 innefattar två kompresorrotorer 10,11 anordnade i serie via en mellankylare 12 för bildande av en tvåstegskompressor.The compressor unit illustrated in Fig. 1 comprises two compressor rotors 10,11 arranged in series via an intercooler 12 to form a two-stage compressor.

Kompressorenheten har ett luftinlopp 13 för atmosfärsluft och ett tryckluftutlopp 14 för avgivande av tryckluft till en förbrukare (icke visad) via en luftkylare 15.The compressor unit has an air inlet 13 for atmospheric air and a compressed air outlet 14 for delivering compressed air to a consumer (not shown) via an air cooler 15.

Förbrukaren kan mycket väl vara av den typ som uppvisar varierande behovskrav med snabba växlingar mellan låga och höga behovskrav.The consumer may well be of the type that exhibits varying demand requirements with rapid changes between low and high demand requirements.

Kompressorns rotorer 10,11 är förbundna med två separata drivlinor 17,18 bildade av två roterande axlar drivna av en gasturbin 19 innefattande två rotorer 20,21, var och en förbunden med en av drivlinorna 17,18. I vissa applikationer kan turbinens rotorer 20,21 och de två drivlinorna 17,18 rotera i mosatta riktningar för uppnående av en fördelaktig verkningsgrad på turbinen 19. Till drivlinorna 17,18 är mekaniskt kopplade två energiåtervinnande turbiner 22,23 vilka drivs av det överflödiga spillflödet från kompressorn vid dellastkrav från tryckluftförbrukaren.The compressors rotors 10,11 are connected to two separate drive lines 17,18 formed by two rotating shafts driven by a gas turbine 19 comprising two rotors 20,21, each connected to one of the drive lines 17,18. In some applications, the rotors 20,21 of the turbine and the two drivelines 17,18 can rotate in mashed directions to achieve an advantageous efficiency of the turbine 19. Two energy-recovering turbines 22,23 are mechanically connected to the drivelines 17,18 which are driven by the excess waste flow. from the compressor at partial load requirements from the compressed air consumer.

Anledningen till att två separata drivlinor används är att möjliggöra olika optimala varvtalsnivåer för de två seriekopplade kompressorrotorerna 10,11.The reason why two separate drivelines are used is to enable different optimal speed levels for the two series-connected compressor rotors 10,11.

P20-01709-030408 En spillflödeskrets är ansluten till tryckluftutloppet 14 hos kompressorn 10,11 via en ventil 25 och innefattar en gren till var och en av energiåtervinningsturbinerna 22,23.A waste flow circuit is connected to the compressed air outlet 14 of the compressor 10,11 via a valve 25 and comprises a branch to each of the energy recovery turbines 22,23.

Ventilen 25 är även anordnad att styra luftmatningen till en brännkammare 27 ansluten till turbinen 19. Storleken på det luftflöde som avleds till brännkammaren 27 är det överskottsspillflöde som för tillfället inte krävs varken av förbrukaren eller brännkammaren 27. Vid lågt behovskrav uppstår ett stort överskjutande spillflöde som avleds till energiåtervinningsturbinerna 22,23, och följaktligen skapas en avsevärd energiåterföring till drivlinorna 17,18. Ändå avleds ett visst luftflöde till brännkammaren 27 för drivning av turbinen 19 med ett till en förutbestämd nivå upprätthållet rotorvarvtal.The valve 25 is also arranged to control the air supply to a combustion chamber 27 connected to the turbine 19. The magnitude of the air flow diverted to the combustion chamber 27 is the excess waste flow which is currently not required by either the consumer or the combustion chamber 27. At low demand a large excess flow occurs. is diverted to the energy recovery turbines 22,23, and consequently a considerable energy return is created to the drivelines 17,18. Nevertheless, a certain air flow is diverted to the combustion chamber 27 for driving the turbine 19 at a rotor speed maintained to a predetermined level.

Brännkammaren 27 förses med bränsle från en bränslematningsenhet 28 och med luft från kompressorns 10,11 utloppsände 14 via ventilen 25. Luft matas till brännkammaren 27 via en värmeväxlare 29 som upphettas av avgaserna från turbinen 19. Bränslematningsenheten 28 uppvisar även en tändanordning för uppstartning av brännkammaren27.The combustion chamber 27 is supplied with fuel from a fuel supply unit 28 and with air from the outlet end 14 of the compressor 10,11 via the valve 25. Air is supplied to the combustion chamber 27 via a heat exchanger 29 which is heated by the exhaust gases from the turbine 19. The fuel supply unit 28 also has an igniter. .

Den drivlina som är förbunden med första stegets kompressorrotor 20 är också förbunden med en elektrisk motor 30 vilken är avsedd uppstartning av turbinen 19.The driveline connected to the first stage compressor rotor 20 is also connected to an electric motor 30 which is intended to start up the turbine 19.

Motorn 30 drivs av en ackumulator 31 eller via en nätanslutning.The motor 30 is driven by an accumulator 31 or via a mains connection.

För åstadkommande av en tillfredsställande funktion hos energiåtervinningsturbinerna 22,23 vid olika flödesvolymer är dessa turbiner lämpligen försedda med justerbara ledskenor 32,33. Vidare styrs det individuella spillflödet till var och en av energiåtervinningsturbinerna 22,23 av två separata ventiler 34,35 placerade i spillflödeskretsen.In order to achieve a satisfactory function of the energy recovery turbines 22,23 at different flow volumes, these turbines are suitably provided with adjustable guide rails 32,33. Furthermore, the individual waste flow to each of the energy recovery turbines 22,23 is controlled by two separate valves 34,35 located in the waste flow circuit.

Det kan också vara lämpligt att förse första steget 20 av gasturbinen 19 med justerbara ledskenor (icke visade) för 521 349 " P20-01709-030408 i * it; att optimera turbinens arbete vid olika belastningskrav.It may also be convenient to provide the first stage 20 of the gas turbine 19 with adjustable guide rails (not shown) for optimizing the operation of the turbine at different load requirements.

Ledskenorna 32,33 och ventilerna 25,34,35 justeras i förhållande till ett antal parametrar såsom rotor varvtal, aktuella trycknivåer Pl, P2, P3, P4, P5 och temperaturerna Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T,, T8 och T9. Se Fig. 2. Sensorer för dessa parametrar visas inte i detalj.The guide rails 32,33 and the valves 25,34,35 are adjusted in relation to a number of parameters such as rotor speed, current pressure levels P1, P2, P3, P4, P5 and the temperatures T1, T2, T3, T4, T5, T6, T T8 and T9. See Fig. 2. Sensors for these parameters are not shown in detail.

Den ovan beskrivna kompressorenheten kan köras på ett antal olika sätt beroende på karaktären hos luftförbrukaren.The compressor unit described above can be operated in a number of different ways depending on the nature of the air consumer.

Skulle luftförbrukaren vara av det slaget att den kräver en mycket kort beredskapstid för full flödesvolym måste kompressorn köras med fullt varvtal hela tiden och den uppkomna överskottsenergin skulle återvinnas genom spillflödet genom energiåtervinningsturbinerna 22,23. Vid låga behovskrav är spillflödet stort och den energi som återföres till drivlinorna 15,16 och motorn, dvs. gasturbinen, är hög, varvid den förbrukade energin är tämligen låg. Skulle behovskravet öka snabbt till full flödeskapacitet hos kompressorn är kompressorn som ju roterar med fullt varvtal i stånd att direkt leverera full flödesvolym.Should the air consumer be of the type that it requires a very short standby time for full flow volume, the compressor must be run at full speed at all times and the excess energy generated would be recovered through the waste flow through the energy recovery turbines 22,23. At low demand requirements, the waste flow is large and the energy returned to the drivelines 15,16 and the engine, ie. the gas turbine, is high, whereby the energy consumed is rather low. Should the demand requirement increase rapidly to the full flow capacity of the compressor, the compressor that rotates at full speed is able to directly deliver full flow volume.

Skulle emellertid den anslutna tryckluftförbrukaren kräva full flödesvolym med en viss fördröjning är det möjligt att tillämpa en något lägre beredskapsnivå hos kompressorenheten. Detta innebär att gasturbinen 19 och kompressorns rotorer 10,11 kan köras med ett något reducerat varvtal vid dellastkrav eller vid nolluttag av tryckluft, t.ex. med 80-90% av fullt varvtal. Fördröjningen för att uppnå full flödesvolym från kompressorn skulle ändå vara mycket kort, men behovet av energitillförsel till gasturbinen skulle reduceras ytterligare. Ändå skulle spillflödesenergin vid dellast återvinnas och återföras i form av mekanisk energi via energiåtervinningsturbinerna 22,23.However, should the connected compressed air consumer require full flow volume with a certain delay, it is possible to apply a slightly lower level of readiness to the compressor unit. This means that the gas turbine 19 and the compressor rotors 10,11 can be run at a slightly reduced speed at partial load requirements or at zero outlet of compressed air, e.g. with 80-90% of full speed. The delay in achieving full flow volume from the compressor would still be very short, but the need for energy supply to the gas turbine would be further reduced. Nevertheless, the waste flow energy at partial load would be recovered and recycled in the form of mechanical energy via the energy recovery turbines 22,23.

Claims (5)

521 34-9 P20-01709-030408521 34-9 P20-01709-030408 1. Kompressorenhet för avgivande av ett trycksatt gasmedium vid varierande avgiven flödesvolym till en förbrukare med varierande behovskrav, innefattande en eller fler rotorer (K;lO,ll) bildande ett eller fler kompressorsteg och anordnade att arbeta kontinuerligt vid ett högt varvtal och därigenom avge en bestämd fullflödesvolym, en drivmotor (M;l9), samt en drivlineanordning (N;17,l8) för mekanisk koppling av kompressorns rotor eller rotorer (K;10,l1) till drivmotorn (M;l9), k ä n n e t e c k n a d av att en spillflödeskrets är ansluten till utloppsänden (14) hos nämnda ett eller fler kompressorsteg och anordnat att motta den del av nämnda bestämda utloppsflödesvolym som inte täcks av det aktuella behovskravet, att nämnda spillflödeskrets innefattar minst en energiätervinnande turbin (T§;22,23) som är mekaniskt förbunden med nämnda drivlineanordning (N;l7,l8), att minst en ventil (V;25,34,35) är anordnad att styra spillflödeskretsen i förhållande till förbrukarens aktuella behovskrav, varvid nämnda minst en energiätervinnande turbin (T§;22,23) drivs av spillflödet i nämnda spillflödeskrets för äterföring av energi till nämnda drivlineanordning (N;17,l8) vid behovskrav hos förbrukaren understigande nämnda bestämda fullflödesvolym.A compressor unit for delivering a pressurized gas medium at varying delivered flow volume to a consumer with varying demand requirements, comprising one or more rotors (K; 10, 11) forming one or more compressor stages and arranged to operate continuously at a high speed and thereby deliver a determined full flow volume, a drive motor (M; l9), and a driveline device (N; 17, l8) for mechanical coupling of the compressor rotor or rotors (K; 10, l1) to the drive motor (M; l9), characterized in that a the waste flow circuit is connected to the outlet end (14) of said one or more compressor stages and arranged to receive the part of said determined outlet flow volume which is not covered by the current demand requirement, that said waste flow circuit comprises at least one energy recovering turbine (T§; 22,23) which is mechanically connected to said driveline device (N; 17, 18), that at least one valve (V; 25,34,35) is arranged to control the waste flow circuit in relation to the current requirements of the consumer, wherein said at least one energy recovering turbine (T§; 22,23) is driven by the waste flow in said waste flow circuit for returning energy to said driveline device (N; 17, 18) at demand requirements of the consumer below said determined full flow volume. 2. Kompressorenhet enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att en styrenhet (PCU;36) är anordnad att styra både funktionen hos nämnda ventil eller ventiler (V;25,34,35) i förhållande till förbrukarens aktuella behovskrav och energiförsörjningen till drivmotorn (M;l9) för att upprätthålla varvtalet på en hög nivå hos nämnda en 5 2 1 5 4 9 P2o-o17o9-o3o4os eller fler kompressorrotorer (K;lO,11) vid varierande behovskrav.Compressor unit according to claim 1, characterized in that a control unit (PCU; 36) is arranged to control both the function of said valve or valves (V; 25,34,35) in relation to the consumer's current demand requirements and the power supply to the drive motor ( M; l9) to maintain the speed at a high level of said one or more compressor rotors (K; 10, 11) with varying demand requirements. 3. Kompressorenhet enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda en eller fler kompressorrotorer (K;lO,11) innefattar två separata rotorer (lO,ll), att nämnda drivlineanordning (N;l7,l8) innefattar två separata drivlinesektioner (l7,l8), att var och en av nämnda två kompressorrotorer (l0,ll) är mekaniskt hopkopplade med en av nämnda drivlinesektioner (l7,l8), att nämnda drivmotor (19) består av en gasturbin uppvisande två rotorer (20,21) var och en mekaniskt hopkopplad med en av nämnda drivlinesektioner (l7,l8), att nämnda minst en energiåtervinnande turbiner (22,23) är två till antalet var och en mekaniskt hopkopplad med en av nämnda drivlinesektioner (l7,l8), att spillflödeskretsen är fördelad till båda nämnda energiåtervinnande turbiner (22,23), och att en eller fler ventiler (25,34,35) är anordnade att styra spillflödet genom båda nämnda energiåtervinnande turbiner (22,23).Compressor unit according to claim 1 or 2, characterized in that said one or more compressor rotors (K; 10, 11) comprise two separate rotors (10, 11), that said driveline device (N; 17, 18) comprises two separate driveline sections (17, 18), that each of said two compressor rotors (10, 11) is mechanically connected to one of said driveline sections (17, 18), that said drive motor (19) consists of a gas turbine having two rotors (20, 21) ) each being mechanically coupled to one of said driveline sections (17, 18), said at least one energy recovering turbine (22,23) being two in number each mechanically coupled to one of said driveline sections (17, 17), that the waste flow circuit is distributed to both said energy recovery turbines (22,23), and that one or more valves (25,34,35) are arranged to control the waste flow through both said energy recovery turbines (22,23). 4. Kompressorenhet enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda två kompressorrotorer (lO,ll) är kopplade i serie för bildande av ett första kompressorsteg och ett andra kompressorsteg, varvid nämnda spillflödeskrets är ansluten till utloppsänden (14) hos nämnda andra kompressorsteg.A compressor unit according to claim 3, characterized in that said two compressor rotors (10, 11) are connected in series to form a first compressor stage and a second compressor stage, said waste flow circuit being connected to the outlet end (14) of said second compressor stage. 5. Kompressorenhet enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda två drivlinesektioner (l7,18) är motroterande.Compressor unit according to claim 3, characterized in that said two driveline sections (17,18) are counter-rotating.
SE0104204A 2001-12-14 2001-12-14 Compressor unit with control system SE521349C2 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0104204A SE521349C2 (en) 2001-12-14 2001-12-14 Compressor unit with control system
PCT/SE2002/002254 WO2003052276A1 (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
JP2003553133A JP2005513328A (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
CA002470046A CA2470046A1 (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
CNA028278844A CN1617981A (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
US10/498,675 US20050118034A1 (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
KR10-2004-7009182A KR20040096502A (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system
EP02793607A EP1463889A1 (en) 2001-12-14 2002-12-06 Compressor unit with control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0104204A SE521349C2 (en) 2001-12-14 2001-12-14 Compressor unit with control system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE0104204D0 SE0104204D0 (en) 2001-12-14
SE0104204L SE0104204L (en) 2003-06-15
SE521349C2 true SE521349C2 (en) 2003-10-21

Family

ID=20286313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0104204A SE521349C2 (en) 2001-12-14 2001-12-14 Compressor unit with control system

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050118034A1 (en)
EP (1) EP1463889A1 (en)
JP (1) JP2005513328A (en)
KR (1) KR20040096502A (en)
CN (1) CN1617981A (en)
CA (1) CA2470046A1 (en)
SE (1) SE521349C2 (en)
WO (1) WO2003052276A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006050943B4 (en) * 2006-10-28 2020-04-16 Pfeiffer Vacuum Gmbh Vacuum pump and method for operating the same
EP1942279A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a compressor assembly and compressor assembly
ITCO20110031A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-29 Nuovo Pignone Spa TRAIN OF TURBOCHARGERS WITH ROTATING SUPPORTS AND METHOD

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1751851B2 (en) * 1968-08-08 1973-12-13 Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Gas turbine plant
US4627234A (en) * 1983-06-15 1986-12-09 Sundstrand Corporation Gas turbine engine/load compressor power plants
US4809497A (en) * 1983-06-15 1989-03-07 Sunstrand Corporation Gas turbine engine/load compressor power plants
US5117625A (en) * 1988-05-23 1992-06-02 Sundstrand Corporation Integrated bleed load compressor and turbine control system
US5343692A (en) * 1989-06-23 1994-09-06 Alliedsignal Inc. Contaminate neutralization system for use with an advanced environmental control system
US5163286A (en) * 1991-02-25 1992-11-17 Allied-Signal Inc. Gas turbine engine with free turbine inlet flow control
US6282897B1 (en) * 1995-11-29 2001-09-04 Marius A. Paul Advanced thermo-electronic systems for hybrid electric vehicles
US5956960A (en) * 1997-09-08 1999-09-28 Sundstrand Corporation Multiple mode environmental control system for pressurized aircraft cabin
US6735953B1 (en) * 1997-12-22 2004-05-18 Allied Signal Inc. Turbomachine-driven environmental control system
AU1328201A (en) * 1999-10-12 2001-04-23 Alm Development, Inc. Gas turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
CN1617981A (en) 2005-05-18
WO2003052276A1 (en) 2003-06-26
EP1463889A1 (en) 2004-10-06
KR20040096502A (en) 2004-11-16
SE0104204D0 (en) 2001-12-14
US20050118034A1 (en) 2005-06-02
SE0104204L (en) 2003-06-15
CA2470046A1 (en) 2003-06-26
JP2005513328A (en) 2005-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6003298A (en) Steam driven variable speed booster compressor for gas turbine
US5694765A (en) Shaft power transfer in gas turbine engines with machines operable as generators or motors
JP6183994B2 (en) Gas turbine compressor inlet pressurization with torque converter system
US5775092A (en) Variable size gas turbine engine
US6070404A (en) Gaseous fuel compression and control method
US10267237B2 (en) Return flow powered turbine
US5768884A (en) Gas turbine engine having flat rated horsepower
CN101652535A (en) The auxiliary device that is used for instantaneous acceleration and decelerating phase
US5488823A (en) Turbocharger-based bleed-air driven fuel gas booster system and method
SE521955C2 (en) Integrated gas compressor
US8641360B2 (en) Method for braking a rotor of a turbine engine and a turning gear for driving the rotor of a turbine engine
CA2502603C (en) Hydraulic system
US6418707B1 (en) General advanced power system
CN113027871A (en) Cooling system of hydraulic walking power station and hydraulic walking power station
US6557337B1 (en) Gas turbine engine
US6286308B1 (en) Drive unit of cooling fan
US6282897B1 (en) Advanced thermo-electronic systems for hybrid electric vehicles
US6321526B1 (en) Gas turbine starting control system
SE521349C2 (en) Compressor unit with control system
US3314232A (en) Gas turbine engine with aerodynamic torque converter drive
US20190319513A1 (en) System and a method for power generation
CN216407370U (en) Cooling system of hydraulic walking power station and hydraulic walking power station
SE524939C2 (en) Method and apparatus for transient equalization
GB2124306A (en) Heat engine
JP2019007376A (en) Supercharger surplus power recovery device of internal combustion engine and ship

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed