WO2009034006A1 - Verdichtereinheit - Google Patents

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WO2009034006A1
WO2009034006A1 PCT/EP2008/061685 EP2008061685W WO2009034006A1 WO 2009034006 A1 WO2009034006 A1 WO 2009034006A1 EP 2008061685 W EP2008061685 W EP 2008061685W WO 2009034006 A1 WO2009034006 A1 WO 2009034006A1
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WO
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compressor
seal
drive motor
compressor unit
gas
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Application number
PCT/EP2008/061685
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English (en)
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Inventor
Norbert Wagner
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • 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
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to a compressor unit, consisting of a drive motor and a single-stage or multi-stage turbo-compressor, wherein the drive motor and the compressor are arranged in a common gas-tight housing to the outside.
  • Such a compressor unit is shown schematically in FIG.
  • a turbocompressor 3 and a drive motor 2 are arranged in a gas-tight housing 1.
  • the compressor unit has a common shaft 11, wherein a portion of the shaft 11 is formed as a rotor of the drive motor 2 and a further portion of the shaft 11 as a rotor of the turbocompressor 3.
  • the Weller 11 is stored in the radial bearings 4 and 5.
  • the gas to be compressed is supplied through the gas inlet 7, while the compressed gas at the gas outlet 8 is available.
  • the area of the integrated drive motor is usually at least under the same pressure as the intake area of the compressor. With increasing gas density, adverse effects occur in the area of the drive motor.
  • a compressor unit of the type mentioned above in that a seal is arranged between the area of the drive motor and the area of the turbo-compressor and that an additional compressor unit is arranged outside or inside the common housing, which is the one from the area of Turbover- dichters promotes gas flowing back into the range of the turbocompressor in the area of the drive motor.
  • the invention provides for two measures which together lead to the pressure and thus the gas density in the area of the drive motor (and in the area of other narrow gaps) dropping markedly.
  • a seal i. an element with a flow resistance, between the compressor region and the drive motor region arranged so that along the rotating shaft only a limited amount of gas can flow from the compressor region in the drive motor region.
  • an additional compressor unit is provided which conveys the gas flowing from the compressor area into the drive motor area back into the compressor area.
  • Decisive for the lowering of the density level according to the invention is that a throttling of the gas flow from the compressor area into the drive motor area takes place and the overflowing gas is conveyed back into the compressor area.
  • Figure 1 shows a schematic longitudinal section through a known compressor unit of the type mentioned
  • Figure 2 is a schematic longitudinal section through an exemplary compressor unit according to the present invention.
  • FIG. 1 has already been described in the introduction.
  • a seal 9 is arranged between the area of the drive motor 2 and the area of the turbocompressor 3. Outside, as shown here, or within the common housing 1, an additional compressor unit 10 is arranged, which promotes the gas flowing from the area of the turbocompressor 3 into the area of the drive motor 2 back into the area of the turbocompressor 3.
  • This compressor unit 10 could, for example, as shown in the figure, also be a compressor unit with an integrated drive motor, but which is designed for correspondingly smaller power and quantities.
  • Such compressor units already exist for the blocking of dry gas seals and could be adapted to the specific conditions of use in the sense of this invention.
  • seal 9 are for sealing against the shaft 11, for example, labyrinth seals, brush seals, Kohleringdichtung etc. used.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit, bestehend aus einem Antriebsmotor und einem ein- oder mehrstufigen Turboverdichter, wobei der Antriebsmotor und der Verdichter in einem gemeinsamen nach aussen gasdichten Gehäuse angeordnet sind. Um das Einsatzgebiet derartiger Verdichtereinheiten zu höheren Gasdichten auszuweiten, ist zwischen dem Bereich des Antriebsmotors (2) und dem Bereich des Turboverdichters (3) eine Dichtung angeordnet und ausserhalb oder innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (1) ist eine zusätzliche Verdichtereinheit (10) angeordnet, welche das vom Bereich des Turboverdichters (3) in den Bereich des Antriebsmotors (2) strömende Gas zurück in den Bereich des Turboverdichters (3) fördert.

Description

Beschreibung
Verdichtereinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit, bestehend aus einem Antriebsmotor und einem ein- oder mehrstufigen Turboverdichter, wobei der Antriebsmotor und der Verdichter in einem gemeinsamen nach außen gasdichten Gehäuse angeordnet sind.
Eine derartige Verdichtereinheit ist schematisch in Figur 1 dargestellt. In einem nach außen gasdichte Gehäuse 1 sind ein Turboverdichter 3 und ein Antriebsmotor 2 angeordnet. Weiterhin weist die Verdichtereinheit eine gemeinsame Welle 11 auf, wobei ein Teilabschnitt der Welle 11 als Rotor des Antriebsmotors 2 und ein weiterer Teilabschnitt der Welle 11 als Läufer des Turboverdichters 3 ausgebildet ist. Gelagert ist die Weller 11 in den Radiallagern 4 und 5. Das zu verdichtende Gas wird durch den Gaseintritt 7 zugeführt, während das ver- dichtete Gas am Gasaustritt 8 zur Verfügung steht.
Bei derartigen Verdichtereinheiten mit integriertem Antriebsmotor steht üblicherweise der Bereich des integrierten Antriebsmotors mindestens unter dem gleichen Druck wie der An- saugbereich des Verdichters. Mit zunehmender Gasdichte entstehen nachteilige Auswirkungen im Bereich des Antriebsmotors .
Durch die Gasreibungskräfte ergeben sich im Spalt von An- triebsmotor und Lagern zunehmende Verluste, die eine unmittelbare Wirkungsgradabsenkung bewirken und aufgrund der Wärmeerzeugung eine ausreichende Kühlung erfordern, welche sich ebenfalls ungünstig auf den Wirkungsgrad auswirkt.
Im Antriebsmotorspalt entstehen bei den unvermeidlichen Abweichungen von der idealen konzentrischen Form des Ringspaltes statische und dynamische Gaskräfte, die mit zunehmender Gasdichte ansteigen. Diese Kräfte sind ab einer gewissen Grö- ße durch die Lagerung nicht mehr zu beherrschen und führen zu Problemen bei der rotordynamischen Auslegung.
Grundsätzlich treten die vorstehend genannten Probleme nicht nur im Bereich des Antriebsmotors auf, sondern in allen engen Spalten einer Verdichtereinheit der eingangs genannten Art, zum Beispiel auch im Bereich der axialen und radialen Magnetlager .
Die bisherige Lösung dieser Probleme bestand in der Beschränkung des Einsatzbereiches von Verdichtereinheiten der eingangs genannten Art mit integriertem Antriebsmotor auf niedrige Saugdrücke, bei denen die genannten nachteiligen Auswirkungen wegen der niedrigen Gasdichte noch beherrschbar sind.
Weiterhin wurde versucht, die genannten nachteiligen Auswirkungen durch Sekundärmaßnahmen abzumildern. Hierzu gehört zum Beispiel die Vergrößerung des Spaltes, was jedoch andere Nachteile mit sich bringt und deshalb nur in beschränktem Ma- ße das Problem abmildert.
Eine andere Maßnahme ist die größere Dimensionierung der Lager, was jedoch wirtschaftliche Nachteile hat und ebenfalls nur bis zu einer gewissen Grenze technisch sinnvoll ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten und weitere von der Gasdichte abhängigen nachteiligen Auswirkungen zu verringern, so dass das Einsatzgebiet einer Verdichtereinheit der eingangs genannten Art mit integriertem An- triebsmotor zu höheren Gasdichten ausgeweitet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Verdichtereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Bereich des Antriebsmotors und dem Bereich des Turboverdich- ters eine Dichtung angeordnet ist und dass außerhalb oder innerhalb des gemeinsamen Gehäuses eine zusätzliche Verdichtereinheit angeordnet ist, welche das vom Bereich des Turbover- dichters in den Bereich des Antriebsmotors strömende Gas zurück in den Bereich des Turboverdichters fördert.
Die Erfindung sieht zwei Maßnahmen vor, die gemeinsam dazu führen, dass der Druck und damit die Gasdichte im Bereich des Antriebsmotors (und im Bereich anderer enger Spalte) deutlich absinken .
Zum einen wird eine Dichtung, d.h. ein Element mit einem Strömungswiderstand, zwischen dem Verdichterbereich und dem Antriebsmotorbereich so angeordnet, dass entlang der rotierenden Welle nur eine begrenzte Gasmenge vom Verdichterbereich in den Antriebsmotorbereich strömen kann.
Zum anderen wird eine zusätzliche Verdichtereinheit vorgesehen, die das vom Verdichterbereich in den Antriebsmotorbereich strömende Gas zurück in den Verdichterbereich fördert.
Maßgeblich für die erfindungsgemäße Absenkung des Dichteni- veaus ist, dass eine Drosselung des Gasstromes vom Verdichterbereich in den Antriebsmotorbereich stattfindet und das überströmende Gas in den Verdichterbereich zurückgefördert wird.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Verdichtereinheit ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bekannte Verdichtereinheit der eingangs genannten Art, und Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine beispielhafte Verdichtereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung .
Figur 1 wurde bereits in der Einleitung beschrieben.
Von Figur 2 sollen hier nur die der in Figur 1 dargestellten Verdichtereinheit gemäß der Erfindung zugefügten Bauteile beschrieben werden.
Zusätzlich ist zwischen dem Bereich des Antriebsmotors 2 und dem Bereich des Turboverdichters 3 eine Dichtung 9 angeordnet. Außerhalb, wie hier dargestellt, oder innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 1 ist eine zusätzliche Verdichtereinheit 10 angeordnet ist, welche das vom Bereich des Turboverdichters 3 in den Bereich des Antriebsmotors 2 strömende Gas zurück in den Bereich des Turboverdichters 3 fördert.
Diese Verdichtereinheit 10 könnte beispielsweise, wie in der Figur dargestellt, ebenfalls eine Verdichtereinheit mit integriertem Antriebsmotor sein, der jedoch für entsprechend kleinere Leistung und Mengen ausgelegt ist. Solche Verdichtereinheiten existieren bereits für die Sperrung von Dry Gas Seals und könnten an die speziellen Einsatzverhältnisse im Sinn dieser Erfindung angepasst werden.
Es sind jedoch auch beliebige andere Einrichtungen denkbar, die diese Verdichtungsaufgabe wahrnehmen.
Bei der Dichtung 9 sind zur Abdichtung gegenüber der Welle 11 zum Beispiel Labyrinthdichtungen, Bürstendichtungen, Kohleringdichtung usw. einsetzbar.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Absenkung der Gasdichte im An- triebsmotorbereich und in anderen Bereichen mit engen Spalten werden die mit der Gasdichte verbundenen nachteiligen Auswirkungen abgemildert und ermöglichen so den Einsatz des dich- tungsfreien Verdichters mit integriertem Antriebsmotor für Verdichtungsaufgaben bei hohen Gasdichten.
Einige dieser mit der Gasdichte verbundenen nachteiligen Aus- Wirkungen sind:
a) Zunehmende Verluste durch die Gasreibungskräfte im Spalt von Antriebsmotor und Lagern, die eine unmittelbare Wirkungs¬ gradabsenkung bewirken und aufgrund der Wärmeerzeugung eine ausreichende Kühlung erfordern, welche sich ebenfalls ungüns¬ tig auf den Wirkungsgrad auswirkt.
b) Im Antriebsmotorspalt entstehen bei den unvermeidlichen Abweichungen von der idealen konzentrischen Form des Ringspaltes statische und dynamische Gaskräfte, die mit zu¬ nehmender Gasdichte ansteigen. Diese Kräfte sind ab einer ge¬ wissen Größe durch die Lagerung nicht mehr zu beherrschen und führen zu Problemen bei der rotordynamischen Auslegung.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichtereinheit, bestehend aus einem Antriebsmotor und einem ein- oder mehrstufigen Turboverdichter, wobei der An- triebsmotor und der Verdichter in einem gemeinsamen nach außen gasdichten Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bereich des Antriebsmotors (2) und dem Bereich des Turboverdichters (3) eine Dichtung angeordnet ist und dass außerhalb oder innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (1) eine zusätzliche Verdichtereinheit (10) angeordnet ist, welche das vom Bereich des Turboverdichters (3) in den Bereich des Antriebsmotors (2) strömende Gas zurück in den Bereich des Turboverdichters (3) fördert.
2. Verdichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Verdichtereinheit (10) eine weitere aus Antriebsmotor und Verdichter bestehende Verdichtereinheit ist, bei der Antriebsmotor und Verdichter in einem gemeinsamen nach außen gasdichten Gehäuse angeordnet sind.
3. Verdichtereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abdichtung (9) die Dichtung zwischen Abdichtung (9) und Welle (11) mittels bekannter Elemente zur Wellenabdichtung erfolgt.
4. Verdichtereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abdichtung (9) die Dichtung zwischen Abdichtung (9) und Welle (11) mittels einer Labyrinthdichtung erfolgt.
5. Verdichtereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abdichtung (9) die Dichtung zwischen Abdichtung (9) und Welle (11) mittels einer Bürstendichtung erfolgt.
6. Verdichtereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abdichtung (9) die Dichtung zwischen Abdichtung (9) und Welle (11) mittels einer Kohleringdichtung erfolgt.
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Cited By (1)

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EP2466144A1 (de) 2010-12-16 2012-06-20 FIMA Maschinenbau GmbH Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases

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