AT9916U1

AT9916U1 - Mehrstufiger verdichter

Info

Publication number: AT9916U1
Application number: AT0062006U
Authority: AT
Original assignee: Leobersdorfer Maschf
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-05-15
Also published as: CA2660494A1; US8708666B2; EA014462B1; CA2660494C; US8376717B2; US20130164151A1; NO20090600L; PL2052156T3; DE502007001876D1; EP2052156B1; EA200970153A1; NO337971B1; EP2052156A1; DK2052156T3; US20130164150A1; US20110164990A1; WO2008019416A1; ES2335944T3; PT2052156E; US8568107B2

Description

2 AT009 916U1

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Verdichter zur Komprimierung von Gasen mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich, wobei im Niederdruckbereich zumindest ein Rotationsverdichter und im Hochdrucktiereich zumindest ein zwei Zylinder umfassender Hubkolbenverdichter vorgesehen ist.

Die Kombination eines Rotationsverdichters, insbesondere eines Schraubenverdichters, im Niederdruckbereich mit einem Hubkolbenverdichter im Hochdruckbereich ist grundsätzlich aus der WO 03/010436 A1 bekannt. Hierbei ist zur Hochverdichtung des zu komprimierenden Gases ein mehrstufiger Hubkolbenverdichter gezeigt, wobei die Zylinder der einzelnen Verdichterstufen V-förmig zueinander angeordnet sind. Der Antrieb des Hubkolbenverdichters und des Niederdruckverdichters erfolgt hierbei über eine gemeinsame Kurbelwelle.

Weiters ist es aus der DE 4 313 573 bekannt, einen Schraubenkompressor zur Niederdruckverdichtung und einen gesondert von dem Schraubenkompressor angetriebenen Hochdruckkolbenkompressor zur Hochdruckverdichtung vorzusehen.

Zudem ist noch aus der DE 199 32 433 A1 ein Verfahren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Verdrängerkompressoren bekannt, wobei hierin geoffenbart ist, dass ein Kreiselverdichter entweder vom Antriebsmotor eines Hubkolbenkompressors oder jedoch von einem separaten Motor angetrieben wird.

Weiters ist noch aus der US 4,662,826 eine andersartige Vakuumpumpe bekannt, bei welcher Gas zunächst mit Hilfe einer Rotationsvakuumpumpe und anschließend über eine an die Kurbelwelle der Rotationsvakuumpumpe gekoppelte Hubkolbenpumpe abgesaugt wird. Hierbei erfolgt jedoch keine innere Verdichtung des abzusaugenden Gases, so dass im Vergleich zu einer mehrstufigen Hochdruckverdichtung eine etwaige Erwärmung des zu komprimierenden Gases bzw. ein Kondensatanfall nicht zu berücksichtigen sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen mehrstufigen Verdichter zu schaffen, welcher gegenüber den bekannten mehrstufigen Verdichtern «in verbessertes Schwingungsverhalten aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem mehrstufigen Verdichter der eingangs angeführten Art dadurch erzielt, dass die Zylinder im Hochdruckbereich um 180° verdreht zueinander angeordnet sind. Durch die um 180° verdrehte, gegenüberliegende Anordnung der Zylinder ergibt sich ein wesentlich schwingungsärmerer Lauf der in den Zylindern aufgenommenen Kolben zur Kompression des zu verdichtenden Gases. Zusammen mit dem im Niederdruckbereich vorgesehen Rotationsverdichter ergibt sich somit ein äußerst kompakter mehrstufiger Verdichter, mit dem eine verhältnismäßig hohe Verdichtung eines zu komprimierenden Gases erzielt werden kann, wobei zugleich die von dem mehrstufigen Verdichter erzeugten Schwingungen gering gehalten werden. Hierdurch eignet sich der erfindungsgemäße mehrstufige Verdichter insbesondere für die Verwendung in mobilen Verdichteranlagen ebenso wie in auf einem Schiff montierten Verdichteranlagen. Hierbei ist es auch insbesondere vorteilhaft, dass der Hubkolbenverdichter, dessen zumindest zwei Zylinder um 180° verdreht zueinander angeordnet sind, d.h. in einer so genannten Boxerbauweise angeordnet sind, einen gegenüber herkömmlichen, z.B. V-förmig zueinander angeordneten, Zylindern vergleichsweise tiefen Schwerpunkt aufweist.

Hinsichtlich einer besonders kompakten, konstruktiv einfachen und kosteneffizienten Ausgestaltung des mehrstufigen Verdichters ist es vorteilhaft, wenn ein gemeinsamer Motor für den Antrieb des Rotationsverdichters und des Hubkolbenverdichters vorgesehen ist. Hierbei ist es einfacherweise möglich, den gemeinsamen Motor mit zwei Wellenenden zu versehen, so dass auf einfache Weise der Rotationsverdichter und der Hubkolbenverdichter an gegenüberliegenden Ausgangsseiten an den Motor gekuppelt werden können.

Alternativ ist es für eine besonders kompakte Ausgestaltung ebenso denkbar, dass der Rotati- 3 AT 009 916 U1 onsVerdichter an den vom Motor angetriebenen Hubkolbenverdichter gekuppelt ist. In diesem Fall ist lediglich eine einzige Kurbelwelle erforderlich, über welche sowohl der Rotationsverdichter als auch der Hubkolbenverdichter angetrieben werden.

Um die Verdichterendtemperatur im Hochdruckbereich auf einen zulässigen Wert zu begrenzen, ist es günstig, wenn der Hubkolbenverdichter mehrere Verdichterstufen aufweist. Im Falle eines zu hohen Verdichtungsgrades in einer einzigen Verdichtungsstufe wäre aufgrund der Erhöhung der Temperatur des zu komprimierenden Gases eine weitere Verdichtung in einer einzigen Verdichtungsstufe ineffizient. Für eine effiziente Regelung des mehrstufigen Verdichters ist es günstig, wenn zwischen den einzelnen Verdichterstufen zumindest eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, wobei als Regeleinrichtung Ablassventile, Bypassventile, verstellbare Schadräume, Drehzahlregler und andere Armaturen vorgesehen sein können. Insbesondere können zur Steuerung bzw. Regelung des mehrstufigen Verdichters verschiedene mechanische, pneumatische, hydraulische, elektrische oder elektronische Komponenten eingesetzt werden, wodurch sowohl eine Steuerung bzw. Regelung vor Ort als auch ein Fernbetrieb ermöglicht wird.

Hinsichtlich einer effizienten Verdichtung in den einzelnen Verdichterstufen ist es günstig, wenn zwischen den einzelnen Verdichterstufen zumindest eine Dämpfungseinrichtung, eine Kühlvorrichtung, ein Kondensatabscheider, eine Trockenvorrichtung oderein Gasseparator vorgesehen ist. Die „einzelnen“ Verdichterstufen können hierbei sowohl einerseits dem Niederdruckbereich und andererseits dem Hochdruckbereich zugeordnet sein oder jedoch auch beide dem Hochdruckbereich zuzuordnen sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch näher erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung: Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines mehrstufigen Verdichters, bei welchem ein Rotationsverdichter und ein Hubkolbenverdichter in Boxerbauweise an gegenüberliegenden Ausgangsseiten eines zentralen Antriebsmotors angeordnet sind; Fig. 2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles, bei welchem der Rotationsverdichter an die Kurbelwelle des in Boxerbauweise ausgeführten Hubkolbenverdichters gekuppelt ist; und Fig. 3 schematisch ein Blockschaltdiagramm eines mehrstufigen Verdichters mit einem zweistufigen Hochdruckverdichter.

In Fig. 1 ist ein mehrstufiger Verdichter 1 gezeigt, wobei in einem Niederdruckbereich 2 ein Schraubenverdichter 3 vorgesehen ist. Der Schraubenverdichter 3 ist an einen zentralen Antriebsmotor gekuppelt, der über eine weitere Kurbelwelle den ebenso im Hochdruckbereich 5 vorgesehenen Hubkolbenverdichter 6 antreibt. Der Hubkolbenverdichter 6 weist hierbei zwei Zylinder 7 auf, welche um 180° zueinander verdreht angeordnet sind, so dass der Hubkolbenverdichter 6 in einer so genannten Boxerbauweise ausgeführt ist, bei welcher die in den Zylindern 7 aufgenommenen Kolben 7' (vgl. Fig. 3) in derselben Bewegungsebene verlaufen. Hierdurch ergibt sich aufgrund der Aufhebung der Massenkräfte erster Ordnung eine hohe Laufruhe des Hubkolbenverdichters 6, so dass der mehrstufige Verdichter 1 gegenüber bekannten Vorrichtungen ein verbessertes Schwingungsverhalten aufweist. Zudem wird hierdurch auch eine flache und kurze Bauweise erzielt, so dass insbesondere der Schwerpunkt gegenüber bekannten Vorrichtungen vergleichsweise tief liegt, welches insbesondere bei Verwendung des mehrstufigen Verdichters 1 auf Schiffen vorteilhaft ist.

In Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei hier der Antriebsmotor 4 lediglich eine Kurbelwelle 8 aufweist, welche unter Zwischenschaltung einer Schwungmasse 9 über eine Kupplung 10 den in Boxerbauweise ausgeführten Hubkolbenverdichter 6 antreibt. Über die gleiche Kurbelwelle kann sodann der im Niederdruckbereich 2 vorgesehene Schraubenverdichter 3 angetrieben werden.

Claims

4 AT 009 916 U1 In den Fig. 1 und 2 ist insbesondere noch ersichtlich, dass dem im Niederdruckbereich 2 vorgesehenen Schraubenverdichter in herkömmlicher Weise ein Einlassregelventil 11 zugeordnet ist, über welches der Lufteinlass geregelt wird und im Falle eines Herunterfahrens des mehrstufigen Verdichters 1 der Lufteinlass verschlossen wird. Zudem sind auch noch Luftfilter 12 des Antriebsmotors 4 ersichtlich, ebenso wie Ölfilter 13 bzw. Treibstofffilter 14. Wesentlich ist jedoch lediglich die Anordnung der beiden Zylinder 7 des Hubkolbenverdichters 6 in Boxerbauweise. In dem Blockschaltbild in Fig. 3 ist ersichtlich, dass zwischen dem Rotations- bzw. Schraubenverdichter 3 im Niederdruckbereich 2 und dem Hochdruckbereich 5, in welchem ein Hubkolbenkompressor 6 mit zwei Verdichterstufen 6', 6" vorgesehen ist, eine Kühlvorrichtung 15 zum Kühlen des aufgrund der inneren Verdichtung eine erhöhte Temperatur aufweisenden Gases und darauf folgend ein Kondensatabscheider 16 vorgesehen ist, um eine effiziente Verdichtung in dem nachgestalteten Hochdruckbereich 5 zu ermöglichen. Zudem ist ein Pulsationsdämpfer 17 vorgesehen, um die Druckschwingungen des zu komprimierenden Gases zu begrenzen. Anschließend tritt das bereits vorverdichtete Gas in den Hochdruckbereich 5 ein, in weichemein mehrstufiger Kolbenverdichter 6 vorgesehen ist, bei welchem in jeder Verdichterstufe 6, 6' zwei gegenüberliegende Zylinder 7 bzw. Kolben 7' vorgesehen sind, so dass abgesehen von der kompakten Bauweise des mehrstufigen Verdichters 1 und der hohen Effizienz der Verdichtung auch eine hohe Laufruhe der Gesamtanordnung gewährleistet ist, wodurch der mehrstufige Verdichter 1 insbesondere zur Verwendung in mobilen Verdichteranlagen sowie auf Schiffen geeignet ist. Ansprüche: 1. Mehrstufiger Verdichter (1) zur Komprimierung von Gasen mit einem Niederdruckbereich (2) und einem Hochdruckbereich -(5), wobei im Niederdruckbereich (2) zumindest ein Rotationsverdichter (3) und im Hochdruckbereich {5) zumindest ein zwei Zylinder (7) umfassender Hubkolbenverdichter (6) vorgesehen ist, und ein gemeinsamer Motor (4) für den Antrieb des Rotationsverdichters (3) und des Hubkolbenverdichters (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (7) im Hochdruckbereich f5) um 180° verdreht zueinander angeordnet sind.
2. Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor <4) seitlich neben dem Hubkolbenverdichter iß) angeordnet ist.
3. Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse einer Kurbelwelle (8) des Motors (4) ebenso wie die Längsachse der Zylinder (7) im Wesentlichen horizontal angeordnet sind.
4. Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsverdichter (3) und der Hubkolbenverdichter (6) an gegenüberliegenden Ausgangsseiten an den Motor (4) gekuppelt sind.
5. Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsverdichter (3) an den vom Motor angetriebenen Hubkolbenverdichter <6) gekuppelt ist.
6. Mehrstufiger Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zylindern {7) jeweils ein Stufenkolben aufgenommen ist.
7. Mehrstufiger Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (7) doppelwirkend ausgebildet sind.
8. Mehrstufiger Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenverdichter <6) mehrere Verdichterstufen (6', 6") aufweist. 5 AT009 916U1
9. Mehrstufiger Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Verdichterstufen (2, 5; 6’, 6") zumindest eine Regeleinrichtung vorgesehen ist.
10. Mehrstufiger Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Verdichterstufen (2, 5; 6', 6") zumindest eine Dämpfungseinrichtung (17), eine Kühlvorrichtung (15), ein Kondensatabscheider (16), eine Trockenvorrichtung oder ein Gasseparator vorgesehen ist.
11. Verwendung eines mehrstufigen Verdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer mobilen Verdichteranlage.
12. Verwendung eines mehrstufigen Verdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer auf einem Schiff montierten Verdichteranlage. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen