BE1017067A3

BE1017067A3 - Olievrije compressorinrichting.

Info

Publication number: BE1017067A3
Application number: BE2006/0230A
Authority: BE
Inventors: Johan Nachtergaele
Original assignee: Atlas Copco Airpower Nv
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2008-01-08

Abstract

Olievrije compressorinrichting die is voorzien van een lage druktrap (2) en een hoge druktrap (3), waarbij aan de perszijde (13) van de hoge druktrap (3) een afdichtinrichting (9) is voorzien die bestaat uit afdichtingen (10a-10d) en een aantal kamers (11a-11c), waarbij één van de kamers (11a-11c) aansluit op een plaats in de compressorinrichting (1) waar de druk van het samengeperst gas begrepen is tussen atmosferische druk en de persdruk van de hoge druktrap (3) en waarbij de overige kamers (11a en 11b) gesloten zijn.

Description

Olievrije compressorinrichting.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een olievrije compressorinrichting.

Meer speciaal heeft de uitvinding betrekking op een olievrije compressorinrichting van het type dat is voorzien van minstens twee in serie geschakelde druktrappen, respectievelijk een lage druktrap en een hoge druktrap, die elk een zuigzijde en een perszijde vertonen, waarbij de perszijde van de voornoemde lage druktrap aansluit op de zuigzijde van de hoge druktrap, waarbij elke druktrap minstens één rotor bevat die door middel van een as gelagerd is in een rotorbehuizing en waarbij, minstens aan de perszijde van de voornoemde hoge druktrap, tussen de voornoemde as en de rotorbehuizing, een afdichtinrichting is voorzien die bestaat uit minstens twee wrijvingsloze afdichtingen en een aantal kamers die zich rond de as uitstrekken en die van elkaar gescheiden zijn door de voornoemde afdichtingen.

Met een wrijvingsloze afdichting wordt hier een afdichting bedoeld waarbij geen mechanisch contact bestaat tussen de roterende onderdelen en de stationaire onderdelen, zoals bijvoorbeeld een labyrintafdichting of dergelij ke.

Zulke bekende wrijvingsloze afdichtingen hebben echter het nadeel dat, in belaste toestand van de compressorinrichting, een gedeelte van het samengeperste gas via de afdichting naar de atmosfeer kan lekken.

Dit verlies van samengeperst gas brengt, enerzijds, een verlies van het door de compressor geleverde debiet of de zogenaamde "free air delivery" (FAD) teweeg.

Anderzijds, is dit verlies van samengeperst gas verantwoordelijk voor een energieverlies, aangezien een gedeelte van het aan de compressorinrichting geleverd vermogen wordt gebruikt voor het comprimeren van de hoeveelheid gas die weglekt langs de afdichting naar de atmosfeer.

Het verlies naar de atmosfeer wordt bepaald door de druk in de kamer die het verst verwijderd is van de rotor.

De huidige uitvinding heeft als doel een antwoord te bieden aan het voornoemde en andere nadelen.

Hiertoe betreft de uitvinding een olievrije compressorinrichting van het voornoemde type, waarbij, minstens aan de perszijde van de voornoemde hoge druktrap, één van de voornoemde kamers via een terugvoerleiding is verbonden met een plaats in de compressorinrichting waar de druk van het samengeperst gas begrepen is tussen de atmosferische druk en de persdruk van de betreffende hoge druktrap en waarbij de overige kamers gesloten zijn.

Met het gesloten zijn van de overige kamers wordt bedoeld dat deze kamers niet in verbinding staan met een bron van gas onder druk, noch met de atmosferische druk. Dit betekent dat deze overige kamers enkel worden gevoed met samengeperst gas dat afkomstig is van de hoge druktrap en langsheen de afdichtingen lekt.

Een voordeel van zulke olievrije compressorinrichting volgens de uitvinding is dat een reductie van het lekverlies wordt bekomen doordat de druk in de kamer die het verst van de rotor is verwijderd, wordt gereduceerd door de terugkoppeling van één van de kamers via de terugvoerleiding naar een druk die lager is dan de persdruk van de betreffende hoge druktrap.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een compressorinrichting volgens de uitvinding is de voornoemde terugvoerleiding verbonden met de zuigzijde van de betreffende hoge druktrap en met de kamer van de afdichtinrichting, die zich aan de perszijde van de betreffende hoge druktrap bevindt en die het verst is verwijderd van de rotor.

Een voordeel van zulke compressorinrichting is dat een gedeelte van het samengeperst gas dat via de mechanische afdichtingen naar de atmosfeer lekt, terug wordt aangezogen aan de zuigzijde van de hoge druktrap zodat dit gedeelte van het samengeperst gas kan worden gerecupereerd op de aanzuigdruk van deze hoge druktrap.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, is hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een olievrije compressorinrichting volgens de uitvinding weergegeven, met verwijzing naar de enige bijgaande tekening die schematisch een olievrije compressorinrichting volgens de uitvinding weergeeft.

In de figuur is een olievrije compressorinrichting 1 volgens de uitvinding weergegeven die in hoofdzaak bestaat uit twee in serie geschakelde druktrappen, respectievelijk een lage druktrap 2 en een hoge druktrap 3.

Elk van de voornoemde druktrappen 2 en 3 is op bekende wijze opgebouwd in de vorm van een compressorelement 4 dat bestaat uit een behuizing 5 en minstens één daarin roteerbaar aangebrachte rotor 6.

Elk van de rotoren 6 is door middel van een as 7 roteerbaar gelagerd in een voornoemde behuizing 5 door middel van lagers 8.

Tussen elk van de voornoemde assen 7 en de respectievelijke rotorbehuizing 5, is aan elk van de uiteinden van de as 7 een afdichtinrichting 9 voorzien die bestaat uit minstens twee, en in dit geval vier wrijvingsloze afdichtingen 10a, 10b, 10c en lOd, bijvoorbeeld in de vorm van labyrintafdichtingen, en een aantal kamers 11a, 11b en 11c, waarbij deze afdichtingen 10a-10d en deze kamers lla-llc zich uitstrekken rond de voornoemde as 7 en elkaar afwisselen langsheen deze as 7 en waarbij met andere woorden de kamers lla-llc van elkaar gescheiden zijn door een afdichting 10b of 10c.

Elk van de voornoemde druktrappen 2 en 3 is verder voorzien van een zuigzijde 12 en een perszijde 13.

De druktrappen 2 en 3 zijn in serie geschakeld, één en ander zodanig dat de perszijde 13 van de voornoemde lage druktrap 2 via een verbindingsleiding 14 aansluit op de zuigzijde 12 van de hoge druktrap 3.

In dit geval, doch niet noodzakelijk, bestaat de voornoemde verbindingsleiding 14 uit een eerste leidingdeel 14A en een tweede leidingdeel 14B en is tussen de respectievelijke leidingdelen 14A en 14B een warmtewisselaar 15 aangebracht die een tussenkoeler vormt.

In de persleiding 16 van de voornoemde hoge druktrap 3 is in dit geval eveneens een warmtewisselaar 17 voorzien die een nakoeler vormt van de compressorinrichting 1.

Volgens de uitvinding is, minstens aan de perszijde 14 van de voornoemde hoge druktrap 3, één van de voornoemde kamers lla-llc en in dit geval, doch niet noodzakelijk, de kamer 11c die het verst is verwijderd van de rotor 6, via een terugvoerleiding 18 verbonden met een plaats in de compressorinrichting 1 waar de druk van het samengeperst gas begrepen is tussen de atmosferische druk en de persdruk van de betreffende hoge druktrap 3.

In dit geval wordt dit verwezenlijkt doordat de voornoemde terugvoerleiding 18 is verbonden met de zuigzijde 12 van deze hoge druktrap 3, doordat zij in dit geval aansluit op de verbindingsleiding 14 en meer speciaal, doch niet noodzakelijk, op het eerste leidingdeel 14A.

Volgens de uitvinding zijn de overige kamers 11a en 11b gesloten, wat betekent dat zij niet in verbinding staan met een bron van gas onder druk, noch met de atmosferische druk.

De werking van de compressorinrichting 1 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.

Bij het activeren van de compressorinrichting 1 draaien de rotoren 6 in hun respectievelijke behuizingen 5, één en ander zodanig dat de lage druktrap 2 via zijn zuigzijde 12 een gas aanzuigt dat in dit geval bijvoorbeeld wordt gevormd door lucht in atmosferische condities, welke lucht, na te zijn gecomprimeerd, langs de perszijde 13 van de lage druktrap 2 en via de verbindingsleiding 14 en warmtewisselaar 15, naar de hoge druktrap 3 wordt gestuwd om aldaar verder te worden gecomprimeerd.

Door de hoge druk van de samengeperste lucht, zal, aan de perszijde 13 van de hoge druktrap 3, een gedeelte van deze lucht via de wrijvingsloze afdichtingen 10a, 10b en 10c en de tussenliggende kamers 11a en 11b naar de kamer 11c lekken.

De aanwezigheid van de voornoemde terugvoerleiding 18 zorgt ervoor dat de druk in deze kamer 11c beperkt wordt, doordat zij een verbinding vormt met de zuigzijde 12 van de hoge druktrap 3.

Hierdoor zal het lekverlies aan samengeperste lucht via de laatste afdichting lOd sterk worden gereduceerd ten opzichte van de bekende compressorinrichtingen waar het lekverlies ontsnapt in de vrije atmosfeer.

De samengeperste lucht die tot in de kamer 11c lekt, zal worden aangezogen aan de zuigzijde 12 van de hoge druktrap 3, zodat een aanzienlijk gedeelte van dit weggelekt luchtdebiet wordt gerecupereerd, waardoor de debietverliezen worden ingeperkt en het rendement van de compressorinrichting 1 verbetert, doordat een gedeelte van de " Free Air Delivery" enkel door de hoge druktrap 3 dient te worden samengeperst.

Tevens wordt ervoor gezorgd dat het werkingsdomein van de compressorinstallatie 1 naar hoge druktoepassingen toe wordt uitgebreid.

Volgens een niet in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm kan de voornoemde compressorinrichting 1 zijn voorzien van middelen voor het regelen van de druk in de voornoemde kamer 11c, welke middelen bijvoorbeeld kunnen zijn uitgevoerd in de vorm van een klep die is aangebracht in de voornoemde terugvoerleiding 18.

Het begrip "klep" dient hierbij in zijn meest ruime betekenis te worden geïnterpreteerd en kan bijvoorbeeld bestaan uit een, al dan niet automatisch aangestuurd, regelbaar ventiel, een regelbare smoring of dergelijke.

In het weergegeven voorbeeld bestaan de voornoemde wrijvingsloze afdichtingen 10a-10d uit labyrintafdichtingen. Het is echter duidelijk dat volgens de uitvinding eender welk ander type van wrijvingsloze afdichting kan worden toegepast en dat elke afdichting 10a-10d kan bestaan uit meerdere, naast elkaar aangebrachte afdichtingen.

Het is tevens duidelijk dat de voornoemde terugvoerleiding 18 niet noodzakelijk dient aan te sluiten op het voornoemde eerste leidingdeel 14A, doch dat zij tevens kan aansluiten op het tweede leidingdeel 14B of op de warmtewisselaar 15 of dat zij zelfs rechtstreeks in de compressieruimte van de hoge druktrap 3 kan uitmonden.

De aanwezigheid van de warmtewisselaars 15 en 17 is volgens de uitvinding niet noodzakelijk.

Het spreekt voor zich dat de huidige uitvinding ook van toepassing is op elke reeks van meer dan twee in serie geschakelde druktrappen, zodat de perszijde 13 van de hoge druktrap 3 volgens de uitvinding verbonden kan zijn met de zuigzijde van een tweede hoge druktrap.

Ook zulke tweede hoge druktrap kan volgens de uitvinding voorzien zijn van een terugvoerleiding die bijvoorbeeld aansluit op de zuigzijde van deze tweede hoge druktrap of op de zuigzijde van de eerste hoge druktrap.

In het weergegeven voorbeeld is de terugvoerleiding 18 uitgevoerd in de vorm van een afzonderlijke leiding, doch, zij kan bijvoorbeeld ook worden geïntegreerd in de behuizing 5 van de hoge druktrap 3.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een olievrije compressorinrichting 1 volgens de uitvinding kan in velerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

1.- Olievrije compressorinrichting die is voorzien van minstens twee in serie geschakelde druktrappen, respectievelijk een lage druktrap (2) en een hoge druktrap (3), die elk een zuigzijde (12) en een perszijde (13) vertonen, waarbij de perszijde (13) van de voornoemde lage druktrap (2) aansluit op de zuigzijde (12) van de hoge druktrap (3), waarbij elke druktrap (2 en 3) minstens één rotor (6) bevat die door middel van een as (7) gelagerd is in een rotorbehuizing (5) en waarbij, minstens aan de perszijde (13) van de voornoemde hoge druktrap (3), tussen de voornoemde as (7) en de rotorbehuizing (5), een afdichtinrichting (9) is voorzien die bestaat uit minstens twee wrijvingsloze afdichtingen (10a-10d) en een aantal kamers (lla-llc) die zich rond de as (7) uitstrekken en die van elkaar gescheiden zijn door de voornoemde afdichtingen (10b en 10c), daardoor gekenmerkt dat, minstens aan de perszijde (13) van de voornoemde hoge druktrap (3) , één van de voornoemde kamers (lla-llc) via een terugvoerleiding (18) is verbonden met een plaats in de compressorinrichting (1) waar de druk van het samengeperst gas begrepen is tussen de atmosferische druk en de persdruk van de betreffende hoge druktrap (3) en waarbij de overige kamers (11a en 11b) gesloten zijn.

2.- Olievrije compressorinrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde terugvoerleiding (18) is verbonden met de zuigzijde (12) van de betreffende hoge druktrap (3) en met de kamer (11c) van de afdichtinrichting (9), die zich aan de perszijde (13) van de betreffende hoge druktrap (3) bevindt en die het verst is verwijderd van de rotor (6).

3. Olievrije compressorinrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde terugvoerleiding (18) is geïntegreerd in de behuizing (5) van de voornoemde hoge druktrap (3).

4. Olievrije compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde terugvoerleiding (18) aansluit op een verbindingsleiding (14) die is aangebracht tussen de perszijde (13) van de lage druktrap (2) en de zuigzijde (12) van de hoge druktrap (3).

5·- Olievrije compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij is voorzien van middelen voor het regelen van de druk in één van de kamers (lla-llc) van de hoge druktrap (3).

6. Olievrije compressorinrichting volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen zijn uitgevoerd in de vorm van een klep die is aangebracht in de voornoemde terugvoerleiding (18).

7, - Olievrije compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij is voorzien van meer dan twee in serie geschakelde druktrappen, respectievelijk een lage druktrap (2) en een aantal hoge druktrappen en dat minstens één van de hoge druktrappen is voorzien van een terugvoerleiding (18) naar een plaats in de compressorinrichting (1) waar de druk van het samengeperst gas begrepen is tussen de atmosferische druk en de persdruk van de betreffende hoge druktrap (3).

8.- Olievrije compressorinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde wrijvingsloze afdichtingen (10a-10d) zijn uitgevoerd in de vorm van labyrintafdichtingen.