WO2020001895A1 - Crack-gas-verdichter - Google Patents

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WO2020001895A1
WO2020001895A1 PCT/EP2019/063619 EP2019063619W WO2020001895A1 WO 2020001895 A1 WO2020001895 A1 WO 2020001895A1 EP 2019063619 W EP2019063619 W EP 2019063619W WO 2020001895 A1 WO2020001895 A1 WO 2020001895A1
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WO
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housing
compression stage
radial
gas compressor
cgc
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/063619
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas MÖNK
Lars Schlüter
Thomas Winter
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/624—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a crack gas compressor comprising a rotor that extends along an axis, a housing,
  • the housing has a parting joint that extends essentially exclusively radially to the axis
  • the parting line dividing the housing into a first part housing and a second part housing.
  • WO 2012/027554 A1 already discloses the process of olefin refining by pyrolysis or pyrolytic decomposition, or "cracking" or “cracking” for short. Such processes convert long-chain hydrocarbons into shorter-chain hydrocarbons. Based on the division or the breaking of the hydrocarbon chains of the long-chain molecules, the process is also known as cracking. Compression of the hydrocarbons is required in various cracking process stages. The compression processes are referred to as crack gas compression and the corresponding compressor as a crack gas compressor.
  • a radial turbofluid energy machine is known from DE 10 2008 057472 A1, in which an axial bearing is arranged between two impellers of adjacent compressor stages, which are positioned with their impeller backs to one another.
  • a radial turbofluid energy machine is known from DE 10 2014 226195 A1, in which an annular space is displaced radially outward in the region of an outflow.
  • Crack gas is divided into two inflows and, after the first compression stage, is fed into a common outflow of the downstream next compression stage, if necessary via process steps in between.
  • the conventional compression arrangements require a high investment due to the plurality of housings, couplings and the total number of different units to meet the compression requirements.
  • the demand for lower investment costs leads technically to the requirement to create a compression arrangement for crack gas which has a smaller space requirement and a smaller number of units and yet fully fulfills the required compression task.
  • the invention proposes an arrangement of the type defined in the introduction with the additional features of the characterizing part of the main claim.
  • the dependent claims dependent on the main claim contain advantageous developments of the invention.
  • a compression level here means the compression of a agreed mass flow using one or more compressor impellers.
  • compressor stage or “compression stage” according to the invention is the compression taking place in an uninterrupted flow path in the compressor, without the mass flow to be compressed or a partial flow thereof being derived from the compressor and possibly being subjected to other process steps ,
  • This also means that at the beginning of a compression stage, the process fluid to be compressed is introduced into the housing of the compressor by means of an inflow, and at least part - generally the entire mass flow of the process fluid - from the housing of the corresponding compression stage from a compression stage is discharged by means of an outflow.
  • a decisive step that the invention takes is the integration of three compression stages in a common housing.
  • all impellers are operated as part of a rotor in operation at an identical speed.
  • the invention solves the challenge of sucking in a relatively large mass flow by providing an axial first inflow for the first compression stage.
  • the first compression stage is particularly expediently equipped with a partial housing which is undivided in the circumferential direction, so that on the one hand there is no need for extensive and mechanically disadvantageous part-joint constructions in this area and on the other hand there is a synergy effect in that the axially open suction of the first Stage also offers advantageous axial accessibility for the assembly and disassembly and maintenance of components of the first compression stage.
  • the crack gas compressor designed in this way fulfills all the requirements that are usually placed on a crack gas compressor - in particular with regard to pressure ratio and Mass flow - and is also space-saving with a synergistically reduced number of components.
  • the second partial housing has an essentially axially-radially running parting joint. Since such compressors are set up with a horizontal alignment of the axis of the rotor, such a parting joint would also run horizontally and be aligned parallel to the axis of the rotor. Such a design enables comfortable assembly, disassembly and maintenance of all components located in the second partial housing. In particular, it is possible to make these components accessible without having to open or move adjacent, connected machines.
  • the second partial housing has an essentially radial partial joint, in particular that the second partial housing is designed as a pot housing which is closed on one axial side by means of a cover.
  • This arrangement has the advantage that extensive and complex screw connections for a horizontal joint can be omitted.
  • the cover of the second housing, which is designed as a pot housing is an integral part of the first housing part.
  • a cover closes the housing by means of a vertically extending parting joint and on the other axial side, the second partial housing is closed by means of a cover, which is an integral part of the first partial housing ,
  • a cover which is an integral part of the first partial housing
  • An integral part of the first partial housing can be understood, on the one hand, as a one-piece design of the cover that axially closes the second partial housing with the first partial housing be, as well as an only releasable attachment of this cover to the first part housing, such a cover has a double function by on the one hand closing the first part housing and on the other hand axially closing the second part housing.
  • An advantageous development of the invention provides that the impellers of the rotor are all attached to the same shaft before moving to the same integrally formed shaft of the rotor.
  • One piece here means that the shaft cannot be broken down into different axial sections without being destroyed.
  • a design of the crack gas compressor is particularly expedient, in which the rotor has a clutch for transmitting drive power at the axial end at which the first compression stage is not located.
  • the first compression stage is implemented without its own radial bearing in the axial region of the first partial housing, it is expedient if the first compression stage has exactly one impeller.
  • Such a lying arrangement must be designed in such a way that the developing rotor dynamics do not lead to excessive vibrations and resonance phenomena in all speed ranges.
  • Shoveling means An open impeller can accordingly either rotate faster or be designed radially larger without necessarily exerting mechanical strength values on the materials used for the impeller. As a consequence, this means that open impellers within the given rotor dynamic limits allow greater swallowing capacity than closed impellers.
  • any efficiency disadvantages of open impellers for the first compression stage fade into the background because, on the one hand, the investment costs are low according to the invention and, on the other hand, due to the integration of all compression processes in a housing, any shaft seal losses are relatively low , In this respect, the invention favors a compact design as well as a relatively good efficiency.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides that the impellers of the second compression stage to the impellers of the third compression stage are arranged in a back-to-back arrangement. Since the axial orientation of the impellers and the resulting differential pressures result in an axial thrust for each impeller, the back-to-back arrangement of the second and third stages effectively reduces the axial thrust on the rotor, so that approximately Some structurally complex compensatory measures that also have a negative impact on the efficiency of the arrangement can be lower.
  • the radial bearings of the crack-gas compressor are arranged in the axial region of the second partial housing and accordingly no radial bearing in the axial region of the first partial housing. It is particularly useful here if there is no radial bearing in the area of the axial inflow of the first compression stage.
  • a radial bearing can be provided in the area of the axial flow to the first compression stage, since particularly quiet rotor dynamics can be achieved under all operating circumstances.
  • the first compression stage can also be equipped with a larger or heavier impeller or even have several impellers without it being possible for excessive vibrations to occur.
  • a radial bearing is arranged axially between the first compression stage and the second compression stage. It is also conceivable that a radial bearing is arranged as close as possible to the center of mass of an impeller of the first compression stage.
  • the impeller can have a recess in the area of the shaft, for example on the rear side - that is, with respect to the axial inflow, so that the radial position can be partially arranged axially in the space obtained through the recess.
  • the radial bearing would also include a shaft seal, since, for example in the case of an oil-lubricated bearing, the lubricating oil cannot get into the process fluid or reverse fluid flows are prevented.
  • Figure 2 shows a longitudinal section through a schematic
  • Figures 1 and 2 each show a crack gas compressor CGC schematically in a longitudinal section along the axis X of the rotor RED.
  • the crack gas compressor CGC has a housing CAS in which the compression processes take place.
  • the housing CAS is divided into a first partial housing CA1 and a second partial housing CA2 by means of a partial joint SPP which extends essentially only radially to the axis X.
  • the first sub-housing CA1 essentially contains a first compression stage CP1 with a first axial inflow IA1 and a first radial outflow RX1 for a process fluid PFL.
  • the second partial housing CA2 has a radial second inflow IR2 for the inflow of the process fluid PFL and downstream a second compression stage CP2 and further downstream a radial second outflow RX2.
  • the second sub-housing CA2 has a radial third inflow IR3 for the inflow of the process fluid PFL to a further downstream third compression stage CP3 and further downstream a radial third outflow RX3.
  • the first housing portion CA1 is undivided in the circumferential direction CDR.
  • a shaft SH of the RED rotor carries impellers of the RED rotor.
  • the first compression stage CP1 has an impeller IMP which is designed as an open impeller IMP.
  • the second compression stage CP2 also has an impeller IMP, which is designed as an open impeller IMP.
  • the third compression stage CP3 has three impellers IMP which are designed as closed impellers IMP.
  • the impeller IMP of the second compression stage CP2 is arranged in such a way that it emerges from the axial direction of the suction of the third compression stage CP3. opposite process direction, the process fluid PFL sucks in and outputs it radially.
  • the impellers of the third compression stage CP3 to the impeller IMP of the second compression stage CP2 are arranged in a so-called back-to-back arrangement to one another.
  • a first axial shaft seal SH1 is provided between the first compression stage CP1 and the second compression stage CP2.
  • a second shaft seal SH2 is provided between the second compression stage CP2 and the third compression stage CP3.
  • the axial sequence of the compression stages along the extent of the rotor RED is such that first an axial suction takes place in the first inflow IA1 of the process fluid PFL and then the first compression stage CP1 is arranged.
  • the second compression stage CP2 and the third compression stage CP3 are provided.
  • a third shaft seal SH3 seals the inflow IR3 to the third compression stage CP3 from the surroundings AMB.
  • the shaft With the axial intermediate connection of a radial bearing RB, the shaft continues up to a clutch CP.
  • a drive power PDR can be transferred to the rotor RED by means of the clutch CP.
  • the essential difference between the embodiment shown in FIG. 1 and that of FIG. 2 lies in the arrangement of the radial bearing RB, which is located near the first compression stage CP1. While in FIG. 1 the impeller IMP closes the rotor RED axially to the first axial flow by means of a nose cover NSO, in FIG. 2 the radial bearing RB is arranged axially in front of the impeller IMP of the first compression stage CP1 in the first axial inflow IA1 , Accordingly, the shaft SH of the rotor ROT extends through the impeller IMP of the first compression stage CP1 and is supported by the radial bearing RB provided in the inflow.
  • An NSO nose hood ensures an aerodynamically acceptable CW value on the inflow side of this block caused by the radial bearing RB.
  • the disadvantages with regard to aerodynamics and the assembly of the first compression stage CP1 and the overall arrangement This contrasts with the advantage of more stable rotor dynamics for the ROT rotor.
  • This lower tendency to unfavorable vibrations of the ROT rotor enables fluidically better and aerodynamically less favorable designs, for example of the impeller IMP of the first compression stage CP1.
  • the second sub-housing CA2 has an axially closing cover COV on both sides. While the embodiment according to FIG. 1 has a parting plane shown in the longitudinal section with essentially exclusively radial-axial extension, the housing in the exemplary embodiment in FIG. 2 is designed as a pot housing in the region of the second part housing CA2. In both cases there is an essentially purely radially extending cover COV in the transition area from the first part housing CA1 to the second part housing CA2, which closes a vertical parting joint SPP in the operating position. This cover COV closes both the first partial housing CA1 in the direction of the second partial housing CA2 and the second partial housing CA2 on the part of the first partial housing CA1. Accordingly, the two partial housings CA1, CA2 share the cover COV located in the transition area as a common construction part for the respective axial termination in the transition area. The first shaft seal SH1 is attached to this cover COV.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Crack-Gas-Verdichter (CGC) umfassend - einen Rotor (ROT), der sich entlang einer Achse (X) erstreckt, - ein Gehäuse (CAS), - wobei das Gehäuse (CAS) eine sich im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse (X) erstreckende Teilfuge (SPP) aufweist, - wobei die Teilfuge (SPP) das Gehäuse (CAS) in ein erstes Teilgehäuse (CA1) und ein zweites Teilgehäuse (CA2) gliedert. Um den Investitionsaufwand zu reduzieren, schlägt die Erfindung vor, dass das erste Teilgehäuse (CA1) eine axiale erste Zuströmung (IA1) und stromabwärts eine erste Verdichtungsstufe (CP1) und weiter stromabwärts eine radiale erste Abströmung (RX1) für ein Prozessfluid (PFL) aufweist, - wobei das erste Teilgehäuse (CA1) in Umfangsrichtung (CDR) ungeteilt ausgebildet ist, - wobei der Crack-Gas-Verdichter (CGC) mindestens zwei Radiallager (RB) aufweist, - wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale zweite Zuströmung (IR2) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) und stromabwärts eine zweite Verdichtungsstufe (CP2) und weiter stromabwärts eine radiale zweite Abströmung (RX2) umfasst, - wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale dritte Zuströmung (IR3) zur Zuströmung des Prozessfluids (PFL) zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstu- fe (CP3) und weiter stromabwärts eine radiale dritte Abströmung (RX3) umfasst.

Description

Beschreibung
Crack-Gas-Verdichter
Die Erfindung betrifft einen Crack-Gas-Verdichter umfassend einen Rotor, der sich entlang einer Achse erstreckt, ein Gehäuse,
wobei das Gehäuse eine sich im Wesentlichen ausschließ lich radial zur Achse erstreckende Teilfuge aufweist,
wobei die Teilfuge das Gehäuse in ein erstes Teilgehäuse und ein zweites Teilgehäuse gliedert.
Aus der WO 2012/027554 Al ist bereits der Prozess der Olefin- Raffinerie durch Pyrolyse bzw. pyrolytische Zersetzung, kurz „Cracken" oder „Kracken" bekannt. Im Rahmen derartiger Pro zesse werden lang-kettigere Kohlenwasserstoffe in kurz- kettigere Kohlenwasserstoffe umgewandelt. In Anlehnung an die Teilung bzw. das Durchbrechen der Kohlenwasserstoffketten der langkettigen Moleküle wird der Vorgang auch als Cracken be zeichnet. In verschiedenen Verfahrensstufen des Crackens ist eine Verdichtung der Kohlenwasserstoffe erforderlich. Die Verdichtungsvorgänge werden hierbei als Crack-Gas-Verdichtung und der entsprechende Verdichter als Crack-Gas-Verdichter be zeichnet .
Aus der DE 10 2008 057472 Al ist eine Radialturbofluidener- giemaschine bekannt, bei der ein Axiallager zwischen zwei Laufrädern von benachbarten Verdichterstufen angeordnet ist, die mit ihren Laufradrückseiten zueinander positioniert sind. Aus der DE 10 2014 226195 Al ist eine Radialturbofluidener- giemaschine bekannt, bei der in dem Bereich einer Abströmung ein Ringraums radial nach außen verlagert ist.
Wenn in der Folge von Verdichtung oder Verdichtern die Rede ist, so handelt es sich um diese Crack-Gas-Verdichtung. Typi sche Randbedingungen der Verdichtung von Crack-Gas sind End drücke von etwa 30-50 bar und häufig der Antrieb mittels ei ner Industriedampfturbine, die mittels einer Kupplung an den Verdichter angeschlossen wird. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Massenströme und dem Druckverhältnis wird zum Zwecke der Crack-Gas-Verdichtung regelmäßig eine Anordnung aus Ver dichtern umfassend drei Gehäuse verwendet. Die dreigehäusige Verdichteranordnung umfasst hierbei in der Regel einen Nie derdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter und einen Hochdruckverdichter. Diese einzelnen Druckstufen lassen sich nicht in der Art einer festen Regel - gültig für sämtliche Anordnungen - klar voneinander Druckbereiche abgrenzend defi nieren, sondern sind von der jeweiligen Gesamtkonfiguration des Prozesses abhängig. Aufgrund des hohen Massen- bzw. Volu menstroms sehen herkömmliche Anlagen in der Regel einen zweiflutigen Niederdruckteil vor, wobei das eintretende
Crack-Gas auf zwei Einströmungen aufgeteilt wird und nach der ersten Verdichtungsstufe in eine gemeinsame Abströmung der stromabwärtigen nächsten Verdichtungsstufe ggf. über dazwi schen befindliche Prozessschritte zugeleitet wird.
Die herkömmlichen Verdichtungsanordnungen erfordern einen ho hen Investitionsaufwand aufgrund der Mehrzahl an Gehäusen, Kupplungen und der Gesamtanzahl an verschiedenen Aggregaten, um die Verdichtungsanforderungen zu erfüllen. Die Forderung nach niedrigeren Investitionskosten führt technisch zu der Anforderung, eine Verdichtungsanordnung für Crack-Gas zu schaffen, die einen geringeren Raumbedarf und eine geringere Anzahl an Aggregaten aufweist und dennoch die geforderte Ver dichtungsaufgabe vollumfänglich erfüllt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anord nung der eingangs definierten Art vor mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. Die von dem Hauptanspruch abhängigen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In dem Zusammenhang mit der Erfindung bedeuten Ausdrücke wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung jeweils einen Bezug zu der Achse des Rotors bzw. der Rotationsachse. Eine Verdichtungsstufe bedeutet hierbei die Verdichtung eines be- stimmten Massenstroms mittels eines oder mehrerer Verdichter laufräder. Entscheidend bei dem erfindungsgemäßen Gebrauch des Begriffs „Verdichterstufe" oder „Verdichtungsstufe" ist die in einem ununterbrochenen Strömungspfad in dem Verdichter stattfindende Verdichtung, ohne, dass der zu verdichtende Massenstrom oder ein Teilstrom davon aus dem Verdichter abge leitet wird und ggf. anderen Prozessschritten unterzogen wird. Dies bedeutet auch, dass eingangs einer Verdichtungs stufe das zu verdichtende Prozessfluid mittels einer Einströ mung in das Gehäuse des Verdichters eingeleitet wird und aus gangs einer Verdichtungsstufe zumindest ein Teil - in der Re gel der gesamte Massenstrom des Prozessfluids - wieder aus dem Gehäuse der entsprechenden Verdichtungsstufe mittels ei ner Abströmung ausgeleitet wird.
Ein entscheidender Schritt, den die Erfindung vollzieht, liegt in der Integration von drei Verdichtungsstufen in ein gemeinsames Gehäuse. Hierbei werden sämtliche Laufräder als Bestandteil eines Rotors im Betrieb mit identischer Drehzahl betrieben. Die Herausforderung, einen verhältnismäßig großen Massenstrom anzusaugen, löst die Erfindung, indem für die erste Verdichtungsstufe eine axiale erste Zuströmung vorgese hen ist. Besonders zweckmäßig ist hierbei die erste Verdich tungsstufe mit einem in Umfangsrichtung ungeteilten Teilge häuse ausgestattet, so dass einerseits auf raumgreifende und mechanisch nachteilhafte Teilfugenkonstruktionen in diesem Bereich verzichtet werden kann und andererseits sich ein Sy nergie-Effekt dadurch ergibt, dass die axial offene Ansaugung der ersten Stufe auch eine vorteilhafte axiale Zugänglichkeit bietet zur Montage und Demontage und Wartung von Bauteilen der ersten Verdichtungsstufe. Aufgrund des Druckverhältnisses und der damit verbundenen Volumenstromverringerung nach der ersten Stufe sind radiale Abströmungen und Zuströmungen der nachfolgenden Verdichtungsstufen ermöglicht. Der auf diese Weise gestaltete Crack-Gas-Verdichter erfüllt alle Anforde rungen, die üblicherweise an einen Crack-Gas-Verdichter ge stellt werden - insbesondere hinsichtlich Druckverhältnis und Massenstrom - und ist gleichzeitig raumsparend bei synerge tisch verringerter Bauteilanzahl.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Teilgehäuse eine im Wesentlichen axial-radial ver laufende Teilfuge aufweist. Da derartige Verdichter mit einer horizontalen Ausrichtung der Achse des Rotors aufgestellt werden, würde eine derartige Teilfuge ebenfalls horizontal verlaufen und parallel zu der Achse des Rotors ausgerichtet sein. Eine derartige Gestaltung ermöglicht eine komfortable Montage, Demontage und Wartung sämtlicher in dem zweiten Teilgehäuse befindlicher Komponenten. Insbesondere ist es möglich, diese Komponenten zugänglich zu machen, ohne benach barte, angeschlossene Maschinen öffnen oder bewegen zu müs sen .
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das zweite Teilgehäuse eine im Wesentlichen radial verlaufende Teilfuge aufweist, insbesondere dass das zweite Teilgehäuse als ein Topfgehäuse ausgebildet ist, das auf einer Axialseite mittels eines Deckels verschlossen ist. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass raumgreifende und aufwendige Verschrau bungen für eine horizontale Teilfuge entfallen können. Der Verschluss einer rein radial verlaufenden Teilfuge, die bei üblicher Aufstellung einer derartigen Maschine vertikal aus gerichtet ist, erfordert geringere Befestigungsmittel. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Deckel des als Topfgehäuse ausgebildeten zweiten Teilge häuses integraler Bestandteil des ersten Teilgehäuses ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist es vorgesehen, dass auf einer Axialseite des zweiten Teilgehäuses ein Deckel das Gehäuse mittels einer vertikal verlaufenden Teilfuge ver schließt und auf der anderen Axialseite das zweite Teilgehäu se mittels eines Deckels verschlossen ist, der integraler Be standteil des ersten Teilgehäuses ist. Als integraler Be standteil des ersten Teilgehäuses kann einerseits eine ein stückige Ausbildung des das zweite Teilgehäuse axial ver schließenden Deckels mit dem ersten Teilgehäuse verstanden werden, als auch eine nur lösbare Befestigung dieses Deckels an dem ersten Teilgehäuse, wobei ein derartiger Deckel eine Doppelfunktion aufweist, indem er einerseits das erste Teil gehäuse abschließt und andererseits das zweite Teilgehäuse axial abschließt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Laufräder des Rotors alle an der gleichen Welle, bevor zugt an der gleichen einstückig ausgebildeten Welle des Ro tors angebracht sind. Einstückig bedeutet hierbei, dass die Welle sich nicht zerstörungsfrei in verschiedene Axialab schnitte zerlegen lässt.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung des Crack-Gas- Verdichters, bei der der Rotor eine Kupplung aufweist zur Übertragung einer Antriebsleistung an dem axialen Ende, an dem die erste Verdichtungsstufe sich nicht befindet. In ande ren Worten bedeutet das, dass die Kupplungsübertragung der Antriebsleitung auf den Rotor des Crack-Gas-Verdichters auf der axialen Seite angebracht ist, die der axialen Zuströmung der ersten Verdichtungsstufe axial gegenüberliegt.
Insbesondere bei einer Ausführung der ersten Verdichtungsstu fe ohne eigene Radiallagerung in dem Axialbereich des ersten Teilgehäuses ist es zweckmäßig, wenn die erste Verdichtungs stufe genau ein Laufrad aufweist. Eine derartige liegend ge lagerte Anordnung muss derart ausgebildet sein, dass in allen Drehzahlbereichen die sich entwickelnde Rotordynamik nicht zu übermäßigen Schwingungs- und Resonanzerscheinungen führt.
Besonders zweckmäßig ist eine vorteilhafte Weiterbildung, wenn alle Laufräder der ersten Verdichtungsstufe als offene Laufräder ohne Deckscheibe ausgebildet sind. Offene Laufräder haben insbesondere den Vorteil, dass radial an der äußeren Kante der Schaufeln der Laufräder keine massebehaftete Deck scheibe angebracht ist, die eine signifikante Belastung in folge der Fliehkräfte für das Laufrad, insbesondere die
Schaufeln, bedeutet. Ein offenes Laufrad kann dementsprechend entweder schneller rotieren oder radial größer ausgelegt wer den, ohne zwingend mechanische Festigkeitswerte der verwende ten Materialien des Laufrades auszureizen. In der Konsequenz bedeutet das, dass offene Laufräder innerhalb der gegebenen rotordynamischen Grenzen ein größeres Schluckvermögen ermög lichen als geschlossene Laufräder. Infolge der Kompaktheit des erfindungsgemäßen Crack-Gas-Verdichters treten daher et waige Wirkungsgradnachteile offener Laufräder für die erste Verdichtungsstufe in den Hintergrund, weil einerseits die In vestitionskosten erfindungsgemäß niedrig sind und anderer seits infolge der Integration sämtlicher Verdichtungsprozesse in ein Gehäuse etwaige Wellendichtungsverluste verhältnismä ßig niedrig ausfallen. Insofern begünstigt die Erfindung so wohl eine kompakte Bauweise, als auch einen verhältnismäßig guten Wirkungsgrad.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Laufräder der zweiten Verdichtungsstufe zu den Lauf rädern der dritten Verdichtungsstufe in einer back-to-back- Anordnung angeordnet sind. Da sich aus der axialen Orientie rung der Laufräder und der sich daraus ergebenden Differenz drücke jeweils für jedes Laufrad ein axialer Schub ergibt, reduziert die back-to-back-Anordnung der zweiten und dritten Stufe effektiv den axialen Schub auf den Rotor, so dass etwa ige konstruktiv aufwendige Ausgleichsmaßnahmen, die auch den Wirkungsgrad der Anordnung negativ beeinflussen, geringer ausfallen können.
Insbesondere für eine strömungsgünstige Zuleitung des Pro zessfluids zu der ersten Stufe ist es zweckmäßig, wenn die Radiallager des Crack-Gas-Verdichters im Axialerstreckungsbe reich des zweiten Teilgehäuses angeordnet sind und dement sprechend kein Radiallager im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses. Hierbei ist es besonders sinnvoll, wenn sich kein Radiallager im Bereich der axialen Zuströmung der ersten Verdichtungsstufe befindet. Alternativ kann ein Radiallager im Bereich der axialen Zu strömung zu der ersten Verdichtungsstufe vorgesehen sein, da mit eine besonders ruhige Rotordynamik unter allen Betriebs umständen erzielbar ist. Infolge einer derartigen rotordyna misch motivierten Maßnahme kann die erste Verdichtungsstufe auch mit einem größeren oder schwereren Laufrad ausgestattet werden oder sogar mehrere Laufräder aufweisen, ohne dass es zu unzulässig hohen Schwingungen kommen kann.
Bei einer Ausbildung ohne Radiallager axial in der Zuströmung zu der ersten Verdichtungsstufe ist es zweckmäßig, wenn ein Radiallager axial zwischen der ersten Verdichtungsstufe und der zweiten Verdichtungsstufe angeordnet ist. Hierbei ist es auch denkbar, dass ein Radiallager möglichst nahe an dem Mas seschwerpunkt eines Laufrades der ersten Verdichtungsstufe angeordnet ist. Hierzu kann das Laufrad beispielsweise rück seitig - also gegenüber der axialen Zuströmung - eine Ausspa rung im Bereich der Welle aufweisen, so dass die Radiallage rung axial in dem durch die Aussparung gewonnenen Raum teil weise angeordnet werden kann. In einer solchen Anordnung wür de die Radiallagerung auch eine Wellendichtung umfassen, da mit beispielsweise bei einer ölgeschmierten Lagerung das Schmieröl nicht in das Prozessfluid gelangen kann oder umge kehrte Fluidströme unterbunden werden.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand spezieller Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine schematische
Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Crack- Gas-Verdichters und
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine schematische
Darstellung einer alternativen Ausbildung eines er findungsgemäßen Crack-Gas-Verdichters . In den Ausführungsbeispielen sind gleiche Bauteile bzw. Bau teile mit identischer Funktion auch mit identischen Bezugs zeichen versehen. Begriffe wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung sind auf eine Achse X eines Rotors ROT bezo gen, wenn dies nicht anders angegeben ist.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen Crack-Gas- Verdichter CGC schematisch in einem Längsschnitt entlang der Achse X des Rotors ROT. Der Crack-Gas-Verdichter CGC weist ein Gehäuse CAS auf, in dem die Verdichtungsvorgänge statt finden. Das Gehäuse CAS ist mittels einer im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse X sich erstreckenden Teilfu ge SPP in ein erstes Teilgehäuse CA1 und ein zweites Teilge häuse CA2 aufgeteilt.
Das erste Teilgehäuse CA1 beinhaltet im Wesentlichen eine erste Verdichtungsstufe CP1 mit einer ersten axialen Zuströ mung IA1 und einer ersten radialen Abströmung RX1 für ein Prozessfluid PFL. Das zweite Teilgehäuse CA2 weist eine radi ale zweite Zuströmung IR2 zur Zuströmung des Prozessflu ids PFL und stromabwärts eine zweite Verdichtungsstufe CP2 und weiter stromabwärts eine radiale zweite Abströmung RX2 auf. Weiterhin weist das zweite Teilgehäuse CA2 eine radiale dritte Zuströmung IR3 zur Zuströmung des Prozessfluids PFL zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstufe CP3 und weiter stromabwärts eine radiale dritte Abströmung RX3 auf. Bei beiden Ausführungsformen ist das erste Teilge häuse CA1 in Umfangsrichtung CDR ungeteilt ausgebildet. Eine Welle SH des Rotors ROT trägt Laufräder IMP des Rotors ROT. Hierbei weist die erste Verdichtungsstufe CP1 ein Laufrad IMP auf, das als offenes Laufrad IMP ausgebildet ist. Die zweite Verdichtungsstufe CP2 weist ebenfalls ein Laufrad IMP auf, das als offenes Laufrad IMP ausgebildet ist. Die dritte Ver dichtungsstufe CP3 weist drei Laufräder IMP auf, die als ge schlossene Laufräder IMP ausgebildet sind. Im Interesse des axialen Schubausgleichs ist das Laufrad IMP der zweiten Ver dichtungsstufe CP2 derart angeordnet, dass es aus der axial zu der Ansaugrichtung der dritten Verdichtungsstufe CP3 ent- gegengesetzten Axialrichtung das Prozessfluid PFL ansaugt und radial ausgibt. Dementsprechend sind die Laufräder der drit ten Verdichtungsstufe CP3 zu dem Laufrad IMP der zweiten Ver dichtungsstufe CP2 in einer sogenannten back-to-back- Anordnung zueinander angeordnet. Zwischen der ersten Verdich tungsstufe CP1 und der zweiten Verdichtungsstufe CP2 ist eine erste axiale Wellendichtung SH1 vorgesehen. Zwischen der zweiten Verdichtungsstufe CP2 und der dritten Verdichtungs stufe CP3 ist eine zweite Wellendichtung SH2 vorgesehen. Die axiale Abfolge der Verdichtungsstufen entlang der Erstreckung des Rotors ROT ist derart, dass zunächst eine axiale Ansau gung in der ersten Zuströmung IA1 des Prozessfluids PFL er folgt und anschließend die erste Verdichtungsstufe CP1 ange ordnet ist. Axial daran anschließend sind die zweite Verdich tungsstufe CP2 und die dritte Verdichtungsstufe CP3 vorgese hen. In axialer Fortsetzung dichtet eine dritte Wellendich tung SH3 die Zuströmung IR3 zu der dritten Verdichtungsstufe CP3 gegenüber der Umgebung AMB ab. Unter axialer Zwischenano rdnung eines Radiallagers RB setzt sich die Welle fort bis zu einer Kupplung CP. Mittels der Kupplung CP ist eine Antriebs leistung PDR auf den Rotor ROT übertragbar.
Der wesentliche Unterschied zwischen der in der Figur 1 dar gestellten Ausführungsform und derjenigen der Figur 2 liegt in der Anordnung des Radiallagers RB, das sich nahe der ers ten Verdichtungsstufe CP1 befindet. Während in der Figur 1 das Laufrad IMP den Rotor ROT axial zur ersten axialen Zu strömung hin mittels einer Nasenhaube NSO abschließt, ist in der Figur 2 in der ersten axialen Zuströmung IA1 das Radial lager RB axial vor dem Laufrad IMP der ersten Verdichtungs stufe CP1 angeordnet. Entsprechend erstreckt sich die Welle SH des Rotors ROT durch das Laufrad IMP der ersten Verdich tungsstufe CP1 hindurch und ist seitens des in der Zuströmung vorgesehenen Radiallagers RB abgestützt. Eine Nasenhaube NSO sorgt Einströmungs-seitig für einen aerodynamisch akzeptablen CW-Wert dieser durch das Radiallager RB verursachten Verblo ckung. Den Nachteilen hinsichtlich der Aerodynamik und der Montage der ersten Verdichtungsstufe CP1 und der Gesamtanord- nung steht der Vorteil einer stabileren Rotordynamik für den Rotor ROT gegenüber. Diese geringere Neigung zu ungünstigen Schwingungen des Rotors ROT ermöglicht strömungstechnisch bessere und aerodynamisch ungünstigere Gestaltungen bei spielsweise des Laufrades IMP der ersten Verdichtungsstufe CP1.
Sowohl in der Figur 1 als auch in der Ausführung gemäß Fi gur 2 weist das zweite Teilgehäuse CA2 jeweils einen axial abschließenden Deckel COV auf beiden Seiten auf. Während die Ausbildung gemäß der Figur 1 eine in dem Längsschnitt darge stellte Teilfugenebene mit im Wesentlichen ausschließlich ra dial-axialer Erstreckung aufweist, ist das Gehäuse in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 im Bereich des zweiten Teil gehäuses CA2 als Topfgehäuse ausgebildet. In beiden Fällen befindet sich in dem Übergangsbereich von dem ersten Teilge häuse CA1 zu dem zweiten Teilgehäuse CA2 ein sich im Wesent lichen rein radial erstreckender Deckel COV, der eine in Be triebsaufstellung vertikale Teilfuge SPP verschließt. Dieser Deckel COV schließt sowohl das erste Teilgehäuse CA1 in Rich tung des zweiten Teilgehäuses CA2 als auch das zweite Teilge häuse CA2 seitens des ersten Teilgehäuses CA1 ab. Dementspre chend teilen sich die beiden Teilgehäuse CA1, CA2 den in dem Übergangsbereich befindlichen Deckel COV als gemeinsames Bau teil zum jeweiligen axialen Abschluss in dem Übergangsbe reich. Die erste Wellendichtung SH1 ist angebracht an diesen Deckel COV.

Claims

Patentansprüche
1. Crack-Gas-Verdichter (CGC) umfassend
- einen Rotor (ROT) , der sich entlang einer Achse (X) erstreckt,
- ein Gehäuse (CAS) ,
- wobei das Gehäuse (CAS) eine sich im Wesentlichen ausschließlich radial zur Achse (X) erstreckende Teilfuge (SPP) aufweist,
- wobei die Teilfuge (SPP) das Gehäuse (CAS) in ein erstes Teilgehäuse (CA1) und ein zweites Teilgehäu se (CA2) gliedert,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Teilgehäuse (CA1) eine axiale erste Zu strömung (IA1) und stromabwärts der ersten Zuströ mung (IA1) eine erste Verdichtungsstufe (CP1) und weiter stromabwärts der ersten Verdichtungsstu fe (CP1) eine radiale erste Abströmung (RX1) für ein Prozessfluid (PFL) aufweist,
- wobei das erste Teilgehäuse (CA1) in Umfangsrich
tung (CDR) ungeteilt ausgebildet ist,
- wobei der Crack-Gas-Verdichter (CGC) mindestens zwei Radiallager (RB) aufweist,
- wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale
zweite Zuströmung (IR2) zur Zuströmung des Prozess fluids (PFL) und stromabwärts der radialen zweiten Zuströmung (IR2) eine zweite Verdichtungsstufe (CP2) und weiter stromabwärts der zweiten Verdichtungsstu fe (CP2) eine radiale zweite Abströmung (RX2) um fasst,
- wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine radiale
dritte Zuströmung (IR3) zur Zuströmung des Prozess fluids (PFL) zu einer weiter stromabwärts gelegenen dritten Verdichtungsstufe (CP3) und weiter stromab wärts der dritten Verdichtungsstufe (CP3) eine radi ale dritte Abströmung (RX3) umfasst, - wobei die Verdichtungsstufen (CP1, CP2, CP3) Laufrä der (IMP) aufweisen, die Bestandteil des Ro
tors (ROT) sind.
2. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach Anspruch 1,
wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine im Wesentlichen axial-radial verlaufende Teilfuge (SP2) aufweist.
3. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das zweite Teilgehäuse (CA2) eine im Wesentlichen radial verlaufende Teilfuge (SP2) aufweist, insbesonde re ein Topfgehäuse (BAR) aufweist, das auf einer Axial seite mittels eines Deckels (COV) des Topfgehäu
ses (BAR) verschlossen ist.
4. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 3,
wobei die Laufräder (IMP) des Rotors (ROT) alle an der gleichen einstückigen Welle (SH) des Rotors (ROT) ange bracht sind.
5. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 4,
wobei der Rotor (ROT) eine Kupplung (CP) aufweist zur Übertragung einer Antriebsleistung (PDR) an dem axialen Ende, an dem die erste Verdichtungsstufe (CP1) sich nicht befindet.
6. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 5,
wobei die erste Verdichtungsstufe (CP1) genau ein Lauf rad (IMP) aufweist.
7. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 6,
wobei alle Laufräder (IMP) der ersten Verdichtungsstu fe (CP1) als offene Laufräder (IMP) ohne Deckschei be (CVW) ausgebildet sind.
8. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 7,
wobei die Laufräder (IMP) der zweiten Verdichtungsstu fe (CP2) zu den Laufrädern (IMP) der dritten Verdich tungsstufe (CP3) in einer back-to-back-Anordnung ange ordnet sind.
9. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 9,
wobei die Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des zweiten Teilgehäuses (CA2) angeordnet sind und kein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses (CA1) angeordnet ist.
10. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens dem vorher gehenden Anspruch 9,
wobei ein Radiallager axial zwischen der ersten Ver dichtungsstufe (CP1) und der zweiten Verdichtungsstu fe (CP2) angeordnet ist.
11. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 8,
wobei ein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des ersten Teilgehäuses (CA1) angeordnet ist und ein Radiallager (RB) im Axialerstreckungsbereich des zwei ten Teilgehäuses (CA2) angeordnet ist.
12. Crack-Gas-Verdichter (CGC) nach mindestens dem vorher gehenden Anspruch 11,
wobei ein Radiallager (RB) im Bereich der axialen ers ten Zuströmung (IA1) stromaufwärts der ersten Verdich tungsstufe (CP1) an einem axialen Wellenende angeordnet ist .
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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