CH641877A5

CH641877A5 - METHOD FOR MULTI-STAGE COMPRESSION OF GASES AND MULTI-STAGE COMPRESSOR FOR CARRYING OUT THE METHOD.

Info

Publication number: CH641877A5
Application number: CH991979A
Authority: CH
Inventors: Karl-Heinz Konka; Arno Heinz; Helmut Dr Kammerer; Wolfgang Dr Twardziok
Original assignee: Gutehoffnungshuette Sterkrade
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE2848030A1; BR7907131A; BE879646A; NL7908064A; FR2440480A1; JPS5566679A; IT1127606B; AU5139579A; IT7926995A0; AR219419A1; GB2034818A

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, folgende Forderungen zu Die erste Verdichterstufe 4 ist immer ein Turbokompres- The object of the invention is to meet the following requirements: The first compressor stage 4 is always a turbo compressor.

erfüllen: sor und die letzte Verdichterstufe 8 immer ein Schraubenkom- fulfill: sor and the last compressor stage 8 always a screw

1. grosser Regelbereich, 35 pressor oder ein anderer Verdrängungsverdichter. Die mittle- 1. Large control range, 35 pressor or another displacement compressor. The middle

2. steile Kennlinie, ren Stufen 7 können je nach Anwendungsfall weggelassen 2. steep characteristic, ren stages 7 can be omitted depending on the application

3. guter Wirkungsgrad bei Voll- und Teillast, werden oder aber Turbo- oder Verdrängungsverdichter sein. 3. good efficiency at full and partial load, or will be turbo or displacement compressors.

4. keine plötzlich einsetzenden Betriebsgrenzen, In Figur 1 ist ein Schema für eine Anordnung mit drei 4. no suddenly occurring operating limits, in Figure 1 is a diagram for an arrangement with three

5. kleiner Aufwand, Verdichterstufen in der Reihenfolge Turbo-, Schrauben-, 5. small effort, compressor stages in the order of turbo, screw,

6. optimale Anpassung der Verdichterstufen an die jewei- 40 Schraubenverdichter dargestellt. Das Verzweigungsgetriebe ligen Volumen-, Druck- und Temperaturbedingungen. ist im Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass über ein Zen- 6. Optimal adaptation of the compressor stages to the 40 screw compressors shown. The branching gearbox is subject to volume, pressure and temperature conditions. is constructed in the exemplary embodiment such that a zen

Die Erfindung erfüllt diese Forderungen mit Hilfe eines tralrad 2 und Ritzel 3 die einzelnen Verdichterstufen, 4,7,8 The invention fulfills these requirements with the help of a gear wheel 2 and pinion 3, the individual compressor stages 4, 7, 8

Verfahrens zur mehrstufigen Verdichtung von Gasen in der mit optimaler Drehzahl angetrieben werden. Process for multi-stage compression of gases in which are driven at optimal speed.

Weise, dass der gesamte Verdichtungsvorgang derart auf Eine beispiel- und vorteilhafte Anordnung des Verdich- Way that the entire compression process is based on an exemplary and advantageous arrangement of the compression

mehrere Stufen aufgeteilt ist, dass die einzelnen Verdichter im 45 ters ist in Figur 2 skizziert. Die Verdichterstufen 4,7 und 8 is divided into several stages so that the individual compressor in the 45 ters is outlined in Figure 2. Compressor stages 4.7 and 8

Bestpunkt betrieben werden und dabei die geringste Lei- sind an das Getriebegehäuse 11 angeflanscht. Je nach Zweck- Best point to be operated and the lowest Lei are flanged to the gear housing 11. Depending on the purpose

stungsaufnahme erzielen, dass bei Teillast nur die erste und mässigkeit können alle Verdichterstufen auf der dem Motor 1 power consumption achieve that at partial load only the first and moderate all compressor stages on the engine 1

die letzte Verdichterstufe unter gegenüber der Nennlast geän- abgewandten Seite oder aber sowohl auf dieser als auch auf derten Bedingungen betrieben werden, während die Druck- der anderen Seite des Getriebes montiert werden, an der der the last compressor stage is operated under the side facing away from the nominal load or both on this as well as on the same conditions, while the pressure on the other side of the gearbox is mounted on which the

Verhältnisse, die Volumenströme und somit der optimale Be- so Motor über eine Kupplung 10 mit dem Getriebe verbunden trieb bei den mittleren Stufen gleichbleibend und dass bei La- ist. In der Zuleitung vor der ersten Verdichterstufe 4 befindet ständerung die Mengenanpassung in der ersten Verdichter- sich zur Mengen-und Leistungsregelung ein Drosselorgan 5. stufe und in der letzten Stufe die Druckanpassung an den Ver- Dieses Drosselorgan kann z.B. eine Dralldrossel oder eine braucher stattfinden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für einfache Drosselklappe sein. Ratios, the volume flows and thus the optimum motor so connected to the gearbox via a clutch 10 drove consistently at the middle stages and that at La-. In the feed line upstream of the first compressor stage 4 there is a change in quantity in the first compressor - a throttle body for stage 5 and volume control and in the last stage the pressure adjustment to the supply. This throttle body can e.g. a swirl throttle or a bracer take place. It is preferably provided that be for simple throttle valve.

die ersten Verdichterstufen Strömungsverdichter, insbeson- 55 Das Gas tritt über kombinierte Schalldämpfer und Filter dere Turboverdichter radialer Bauart und in der letzten Stufe 12 in den Verdichter ein. Die gesamte Verdichteranlage ist auf ein Verdrängungsverdichter, beispielsweise ein Schraubenver- einem gemeinsamen Grundrahmen 13 aufgebaut. In diesem dichter verwendet werden, die alle zur jeweils optimalen Be- Grundrahmen kann der Ölbehälter 14 integriert sein. Ausser- The first compressor stages are flow compressors, in particular 55 The gas enters the compressor via combined silencers and filters of their radial type, and in the last stage 12 they enter the compressor. The entire compressor system is built on a displacement compressor, for example a screw-type joint, with a common base frame 13. The oil container 14 can be integrated in this more densely used, all for the optimum loading base frame. Except-

triebsweise über ein Verzweigungsgetriebe mit mehreren Aus- dem sind alle Kühler 6 und sonstigen Hilfsaggregate, die im gängen angetrieben und strömungsmässig hintereinander ge- 60 einzelnen nicht dargestellt sind, die Rohrleitungen, Steuerele- driven by a branching gear with several exits, all the coolers 6 and other auxiliary units, which are driven in the gears and are not shown in sequence in terms of flow, the pipelines, control elements

schaltet rohrleitungsmässig verbunden sind. mente, Ölpumpen mit auf dem Grundrahmen angeordnet. switches pipeline connected. elements, oil pumps with arranged on the base frame.

Erfindungsgemäss ist ein mehrstufiger Kompressor zur Die Anlage kann mit einer Schallhaube versehen werden. Durchführung dieses Verfahrens dadurch gekennzeichnet, Figur 3 gibt als Beispiel das Verhalten einer entsprechend dass Strömungsverdichter und Verdrängungsverdichter, strö- Figur 1 aufgebauten Anlage wieder. Für andere erfindungsge-mungsmässig hintereinander geschaltet und durch Rohrlei- 65 mässe Aufteilungen ergibt sich ein analoges Verhalten. Auftungen verbunden sind und über ein Verzweigungsgetriebe getragen ist auf der Ordinate im logarithmischen Massstab mit mindestens zwei Antriebswellen jede Verdichterstufe mit der Druck hinter der Anlage in bar. Gleiche Ordinatendiffe-der für sie optimalen Drehzahl angetrieben sind. renzen bedeuten gleiche Druckverhältnisse. Auf der Abszisse According to the invention, a multi-stage compressor for the system can be provided with a sound hood. Implementation of this method, characterized in that FIG. 3 shows as an example the behavior of a system that is constructed in accordance with the flow compressor and displacement compressor, FIG. For others according to the invention connected in series and due to pipe 65 divisions there is an analogous behavior. Connections are connected and carried by a branching gear on the ordinate on a logarithmic scale with at least two drive shafts each compressor stage with the pressure behind the system in bar. Same ordinate differences - the speed that is optimal for them. borders mean the same pressure conditions. On the abscissa

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ist der auf dem Nennmassenstrom mo bezogene Ansaugmassenstrom in % dargestellt. Die eingezeichneten Kurven zeigen die Drücke vor und hinter den einzelnen Verdichterstufen in Abhängigkeit vom Teillast-Massenstrom-Verhältnis in •m/m0. the intake mass flow based on the nominal mass flow mo is shown in%. The curves shown show the pressures in front of and behind the individual compressor stages depending on the partial load-mass flow ratio in • m / m0.

Es bedeuten in Figur 3: In Figure 3:

P0 der Druck vor den Drosselorganen 5, P0 the pressure in front of the throttle bodies 5,

P) der Druck vor der ersten Verdichterstufe 4, und hinter dem Drosselorgan 5, P) the pressure in front of the first compressor stage 4 and behind the throttle element 5,

P2 der Druck hinter der ersten Verdichterstufe 4 und vor der zweiten Verdichterstufe 7, P2 the pressure behind the first compressor stage 4 and before the second compressor stage 7,

P3 der Druck hinter der zweiten Verdichterstufe 7 und vor der dritten Verdichterstufe 8 und P3 the pressure behind the second compressor stage 7 and before the third compressor stage 8 and

P4 der Druck hinter der dritten Verdichterstufe 8, der von dem Verbraucher verlangt wird. P4 the pressure behind the third compressor stage 8, which is required by the consumer.

Der Pfeil d kennzeichnet, dass der Enddruck P4 in Abhängigkeit vom Verbraucher schwanken kann. Die Strecke e gibt den Druckabfall an dem Drosselorgan 5 von P0 auf P] an; dieser Druckabfall wird bei Teillasten grösser. Die Strecken a und b kennzeichnen die Druckerhöhung in der ersten Verdichterstufe 4 bzw. der zweiten Verdichterstufe 7. The arrow d indicates that the final pressure P4 can fluctuate depending on the consumer. The distance e indicates the pressure drop at the throttle element 5 from P0 to P]; this pressure drop increases with partial loads. The sections a and b characterize the pressure increase in the first compressor stage 4 and the second compressor stage 7.

Das Druckverhältnis P3P2 mit dem von dieser Stufe das Gas verdichtet wird, bleibt in jedem Betriebspunkt konstant. Die Strecke c hingegen gibt das Druckverhältnis wieder, mit dem die letzte Stufe beaufschlagt wird. Dieses wird bei Teillast grösser. The pressure ratio P3P2 with which the gas is compressed by this stage remains constant at every operating point. The distance c, on the other hand, represents the pressure ratio with which the last stage is applied. This increases with partial load.

Die Regelung auf Teillast kann einmal durch eine Drosselung des Ansaugstromes erfolgen. Hierbei wird durch Drucksenkung bei gleichem Volumenstrom der Massenstrom kleiner. Ein zweiter Weg besteht darin, den Ansaugstrom zum Turboverdichter mit einem Drall zu versehen, wodurch sowohl der durchgesetzte Massenstrom als auch das Druckverhältnis des Turboverdichters verringert wird. Im ersten Fall ist das Drosselorgan 5 eine Drosselklappe, während im zweiten Fall eine Dralldrosselung erforderlich ist. Bei Regelung mit einer Dralldrossel wird der Teillastwirkungsgrad besser s als bei der einfachen Drosselung, da für die Verdichtung im Turbo-Kompressor weniger Leistung aufzubringen ist. The regulation at partial load can be done by throttling the intake flow. The mass flow becomes smaller by lowering the pressure at the same volume flow. A second way is to swirl the intake flow to the turbocompressor, thereby reducing both the mass flow and the pressure ratio of the turbocompressor. In the first case, the throttle element 5 is a throttle valve, while in the second case a swirl throttling is required. When controlling with a swirl throttle, the partial load efficiency is better than with simple throttling, since less power has to be applied for the compression in the turbo compressor.

Der von den mittleren Stufen zu verarbeitende Volumenstrom bleibt bei Teillast konstant. Da auch das Druckverhältnis in den mittleren Verdichterstufen konstant bleibt, ändert io sich bei der Regelung der Betriebspunkt dieser Stufen nicht. Sie arbeiten auch bei Teillast mit maximalen Wirkungsgraden, optimalen Durchsätzen und Geschwindigkeiten. The volume flow to be processed by the middle stages remains constant at partial load. Since the pressure ratio in the middle compressor stages also remains constant, the operating point of these stages does not change during the control. They also work at partial loads with maximum efficiencies, optimal throughputs and speeds.

Die letzte Stufe arbeitet mit unterschiedlichen Druckverhältnissen. Das Ansaugvolumen bleibt ebenfalls gleich und 15 erzeugt den Druck, der vom Verbraucher gefordert wird. Für solche Betriebsweisen ist ein Verdichter mit steiler Kennlinie erforderlich, weshalb als letzte Stufe immer ein Verdrängungsverdichter eingesetzt wird. The last stage works with different pressure ratios. The suction volume also remains the same and 15 generates the pressure required by the consumer. A compressor with a steep characteristic curve is required for such operating modes, which is why a displacement compressor is always used as the last stage.

Damit die Anpassung an den Verbraucher auch bei klei-20 nen Teillasten möglich ist, wird das Druckverhältnis dieses Verdichters im Nennpunkt nur klein ausgelegt, etwa bei Trockenläufern zwischen 1 und 2,5. Druckschwankungen, die durch den Verbraucher bedingt sind, beeinflussen nicht den Betrieb der vorderen Stufen. Wegen der grossen Volumen-2s ströme am Eintritt in die Verdichteranlage - der Druck ist hier noch gering-werden als erste Stufen zweckmässigerweise Turboverdichter eingesetzt, da sie für diese Betriebsbedingungen von allen Verdichterbauarten am besten geeignet sind. Wegen der erfindungsgemässen Anordnung arbeiten sie 30 für alle Lastbedingungen optimal. Die Gefahr, dass die Pumpgrenze, die Instabilitätsgrenze oder die Schluckgrenze erreicht werden, besteht nicht. So that the adaptation to the consumer is possible even with small partial loads, the pressure ratio of this compressor is designed to be small at the nominal point, for example for dry rotators between 1 and 2.5. Pressure fluctuations caused by the consumer do not affect the operation of the front stages. Because of the large volume 2s flows at the inlet to the compressor system - the pressure is still low here - turbo compressors are expediently used as the first stages, since they are best suited to all types of compressors for these operating conditions. Because of the arrangement according to the invention, they work optimally for all load conditions. There is no danger that the surge limit, the instability limit or the swallowing limit will be reached.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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PATENTANSPRÜCHE allgemeinen aus Verdichterstufen gleicher Gattung, also Tur- PATENT CLAIMS in general from compressor stages of the same type,

1. Verfahren zur mehrstufigen Verdichtung von Gasen, bo-, Schrauben-oder Kolbenverdichtern aufgebaut, insbesondere ölfreier Luft, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrstufige Turboverdichter haben sich aufgrund ihres gesamte Verdichtungsvorgang derart auf mehrere Stufen auf- hohen Schluckvermögens im Bereich grosser Volumenströme geteilt ist, dass die einzelnen Verdichter im Bestpunkt betrie- 5 durchgesetzt. 1. Process for the multi-stage compression of gases, bo, screw or piston compressors, in particular oil-free air, characterized in that the multi-stage turbocompressor has been divided into several stages with high absorption capacity in the area of large volume flows due to its entire compression process, that the individual compressors operated at their best.

ben werden und dabei die geringste Leistungsaufnahme erzie- Mehrstufige Kolbenverdichter werden insbesondere im len, dass bei Teillast nur die erste und die letzte Verdichter- Bereich kleinerer Volumenströme für höhere Enddrücke einstufe unter gegenüber der Nennlast geänderten Bedingungen gesetzt. Multi-stage piston compressors are set in particular that at partial load only the first and the last compressor range of smaller volume flows for higher final pressures are set under conditions that have changed compared to the nominal load.

betrieben werden, während die Druckverhältnisse, die Volu- Mehrstufige Schraubenverdichter haben im mittleren Vo- are operated while the pressure ratios, the multi-stage screw compressors have in the middle

menströme und somit der optimale Betrieb bei den mittleren io lumen- und Druckbereich ihren Platz gefunden. flow and thus optimal operation found their place in the medium io lumen and pressure range.

Stufen gleichbleiben, und dass bei Laständerung die Mengen- Die Verwendung der verschiedenen Verdichterbauarten in anpassung in der ersten Verdichterstufe und in der letzten den unterschiedlichen Volumen- und Druckbereichen wird Stages remain the same, and that when the load changes, the quantity of different types of compressors is adapted in the first compressor stage and in the last to the different volume and pressure ranges

Stufe die Druckanpassung an den Verbraucher stattfindet. nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten entschieden. Tech- Level of pressure adjustment to the consumer takes place. decided from an economic point of view. Tech

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, nisch ist es zwar möglich, Verdichter einer bestimmten Bauart dass für die ersten Verdichterstufen Strömungsverdichter, ins-15 auch für einen anderen als den für den bestgeeigneten Druckbesondere Turboverdichter radialer Bauart und in der letzten und Volumenbereich zu bauen, eine solche Lösung erfordert Stufe ein Verdrängungsverdichter, beispielsweise ein Schrau- aber immer erhöhten Aufwand und ist daher nur in Spezialbenverdichter, verwendet werden, die alle zur jeweils optima- fällen gerechtfertigt. 2. The method according to claim 1, characterized, nisch it is possible to compressors of a certain type that flow compressors for the first compressor stages, ins-15 also for a radial type other than that for the most suitable pressure, in particular a radial type compressor and in the last and volume range build, such a solution requires a displacement compressor stage, for example a screw but always more effort and is therefore only used in special compressor, all of which are justified for the optimal case.

len Betriebsweise über ein Verzweigungsgetriebe mit mehre- Die Kolbenverdichterbauart ist in dem Bereich kleinerer ren Ausgängen angetrieben und strömungsmässig hinterein- 20 Volumenströme oder sehr hoher Drücke gut geeignet. len operation via a branching gear with several- The piston compressor type is driven in the area of smaller outlets and in terms of flow behind one another- volume flows or very high pressures are well suited.

ander geschaltet rohrleitungsmässig verbunden sind. Grosse Volumenströme und nicht allzu hohe Drücke wer- other connected pipeline connected. Large volume flows and not too high pressures are

3. Mehrstufiger Kompressor zur Durchführung des Ver- den üblicherweise mit Turboverdichtern erzeugt. Bei den Turfahrens nach Anspruch 1 zur Verdichtung von Gasen, insbe- boverdichtern unterscheidet man Verdichter radialer und sondere ölfreier Luft, dadurch gekennzeichnet, dass Strö- axialer Bauart. Die radiale Bauart wird mehr für die höheren mungsverdichter (4) und Verdrängungsverdichter (7,8) strö- 25 Drücke und die axiale Bauart mehr für die grossen Volumen-mungsmässig hintereinander geschaltet und durch Rohrlei- ströme im Anwendungsbereich der Turboverdichter ein-tungen verbunden sind, und über ein Verzweigungsgetriebe gesetzt. 3. Multi-stage compressor for carrying out the Verden usually generated with turbo compressors. In the door driving according to claim 1 for the compression of gases, in particular compressors, a distinction is made between compressors of radial and special oil-free air, characterized in that the stria-axial type. The radial type is more for the higher flow compressors (4) and displacement compressors (7,8) flow pressures and the axial type more for the large volumes in series and connected by pipe flows in the application area of the turbocompressor units , and set over a branching gear.

(2,3) mit mindestens zwei Abtriebswellen jede Verdichter- Die Vorteile der Turboverdichter sind ein relativ kleiner stufe mit der für sie optimalen Drehzahl angetrieben wird. Bauaufwand für grosse Volumenströme. Turboverdichter (2,3) with at least two output shafts each compressor - the advantages of turbo compressors are a relatively small speed with which the optimal speed is driven. Construction work for large volume flows. Turbocompressor

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- 30 können in Abhängigkeit vom Druck unterschiedliche Volu-net, dass die Anzahl der Verdichterstufen max. 4 beträgt, die menströme verarbeiten. Sie haben eine sogenannte «flache erste Stufe immer ein Turboverdichter (4), die letzte Stufe ein Kennlinie», ihr Arbeitsbereich wird zu kleinen Volumenströ-Verdrängungsverdichter (8) ist und dass die dazwischenlie- . men hin durch die «Pumpgrenze» oder «Instabilitätsgrenze» genden Stufen Turbo- oder Verdrängungsverdichter sind. und zu grossen Volumenströmen hin durch die «Schluck- 4. Compressor according to claim 3, characterized gekennzeich- 30 depending on the pressure different Volu-net that the number of compressor stages max. 4 amounts that process menstreams. They have a so-called «flat first stage always a turbocompressor (4), the last stage a characteristic curve», their working area becomes small volume flow displacement compressors (8) and that the intermediate one. stages due to the “surge limit” or “instability limit” stages are turbo or displacement compressors. and towards large volume flows through the «swallowing

5. Kompressor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch ge- 35 grenze» begrenzt. Für eine wirkungsvolle Druckerzeugung in kennzeichnet, dass die letzte Verdichterstufe (8) ein Druckver- Turboverdichtern sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten er-hältnis von 1 bis 2,5 erzeugt. forderlich, die nur bei grösseren Volumenströmen oder hohen 5. Compressor according to claims 3 and 4, thereby limited 35 limits. For effective pressure generation in indicates that the last compressor stage (8) a pressure turbo compressor generates high flow rates of 1 to 2.5. required that only with larger volume flows or high

6. Kompressor nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch ge- Drehzahlen verwirklicht werden können. Für kleine Volu-kennzeichnet, dass die Verdichterstufen (4,7,8) fliegend an menströme müssen die Strömungsquerschnitte für die hohen dem Getriebe (2,3) angeflanscht sind. 40 Geschwindigkeiten sehr klein werden und die Reibungsverlu- 6. Compressor according to claims 3 to 5, thereby ge speeds can be realized. For small volu-indicates that the compressor stages (4,7,8) flying to the flow of men must have the flow cross-sections flanged for the high gear (2,3). 40 speeds become very low and the friction loss

7. Kompressor nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch ge- ste an den Oberflächen werden gross. Der Wirkungsgrad der kennzeichnet, dass zwischen den Verdichterstufen (4,7,8) Turboverdichter wird für kleinere Volumenströme daher mindestens ein Kühler (6) angeordnet ist. . schlechter. Hohe Drehzahlen erfordern bei den üblichen An- 7. Compressor according to claims 3 to 6, thereby gestures on the surfaces are large. The efficiency of the characterizes that between the compressor stages (4, 7, 8) turbocompressor, at least one cooler (6) is therefore arranged for smaller volume flows. . worse. High speeds require the usual

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da- triebsmotoren aufwendige Getriebe. Die Wirkungsgrade im durch gekennzeichnet, dass für die Regelung ein Drosselor- 45 Nennpunkt sind bei Turboverdichtern mit guter Regelbargan (5) in der Ansaugleitung vorgesehen ist. keit, d.h. breitem Kennfeld nicht so hoch wie bei Verdichtern, 8. Compressor according to one of claims 3 to 7, drive motors complex gears. The efficiencies are characterized by the fact that a throttle orifice point is provided for the control in turbo compressors with a good control element (5) in the intake line. speed, i.e. wide map not as high as with compressors,

9. Kompressor nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch ge- die speziell für einen Betriebspunkt optimiert wurden, kennzeichnet, dass das Drosselorgan (5) eine Dralldrossel ist. Die Schraubenverdichterbauart hat ihr Anwendungsge- 9. Compressor according to claims 3 and 8, characterized- which were specially optimized for an operating point, characterizes that the throttle element (5) is a swirl throttle. The screw compressor design has its application

10. Kompressor nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch biet im Bereich mittlerer Volumenströme und Drücke zwi-gekennzeichnet, dass alle Anlagenteile auf einen gemeinsa- so sehen Kolbenverdichtern und Turboverdichtern. Da Schraubten Grundrahmen (13) montiert sind. benverdichter keine hin- und hergehenden Massen wie Kolbenverdichter haben, können sie mit höheren Drehzahlen als diese betrieben werden. Der Schraubenverdichter hat eine nahezu senkrechte Kennlinie, d.h. der Enddruck ist nahezu unGegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur mehr- 55 abhängig vom Volumenstrom. Eine Maschine mit einer senkstufigen Verdichtung von Gasen, insbesondere ölfreier Luft, rechten Kennlinie kann bei fester Antriebszahl nur schlecht und ein mehrstufiger Kompressor zur Durchführung des Ver- geregelt werden; eine Drosselung des angesaugten Mediums fahrens. Dafür kommen Volumenströme im Bereich von erlaubt nur etwas geringere Leistungsaufnahmen bei Teillast. 5 000 bis etwa 50 000 m3/h und Druckverhältnisse grösser als Gewünscht ist für viele Fälle ein Kompressor mit grossem 5 in Betracht. In erster Linie bezieht sich die Erfindung zwar 60 Regelbereich und «steiler Kennlinie», damit der Druck bei auf die ölfreie Verdichtung von Luft und Gasen, es können Teillasten nicht absinkt und ausserdem soll sowohl der Wir-aber auch anstelle der ölfrei verdichtenden Kompressoren kungsgrad bei Nennlast als auch der Teillastwirkungsgrad Verdichter mit Öl- oder Flüssigkeitseinspritzung verwendet gut sein. Der Arbeitsbereich darf nicht durch plötzlich auftre-werden. Als Antriebsmotor kommen vor allen Dingen der tende Instabilitäten (wie z.B. Pumpgrenze) eingeschränkt Elektromotor in Betracht, an seine Stelle kann aber auch eine 65 werden. Der Aufwand hierfür soll so gering wie möglich sein. Turbine, ein Verbrennungsmotor oder ein Antriebsmotor an- Diese Forderungen zu erfüllen, ist mit einstufigen Ver-derer Bauart treten. dichtem und auch mit den bisher bekannten mehrstufigen 10. Compressor according to claims 3 to 9, characterized in the range of medium volume flows and pressures between that all plant parts on a common so see piston compressors and turbo compressors. Since the screw base frame (13) is installed. compressor have no reciprocating masses like piston compressors, they can be operated at higher speeds than these. The screw compressor has an almost vertical characteristic, i.e. The final pressure is almost not the subject of the invention are a method for more depending on the volume flow. A machine with a lower-level compression of gases, in particular oil-free air, right-hand characteristic curve can only be poorly operated with a fixed number of drives and a multi-level compressor for carrying out the regulation; throttling of the medium drawn in. In return there are volume flows in the range of allowed only slightly lower power consumption at part load. 5,000 to about 50,000 m3 / h and pressure ratios greater than desired, a compressor with a large 5 is considered in many cases. First and foremost, the invention relates to a 60 control range and a “steep characteristic curve”, so that the pressure on the oil-free compression of air and gases, partial loads cannot decrease and, in addition, the efficiency factor should be increased both by us and instead of by the oil-free compression Nominal load as well as partial load efficiency compressors with oil or liquid injection can be used well. The work area must not be suddenly hit. The driving instabilities (above all, the limited instabilities (e.g. surge limit)) are limited electric motors, but it can also be a 65 in its place. The effort for this should be as low as possible. Turbine, an internal combustion engine or a drive motor. To meet these requirements is a one-stage changer design. dense and also with the previously known multi-stage

Mehrstufige Kompressoren sind bekannt. Sie werden im Verdichtern nicht realisierbar. Multi-stage compressors are known. They cannot be implemented in the compressor.

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Kompressible Medien ändern ihr Volumen stark bei Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Verdichterstufen Drucksteigerung. Der Volumenstrom ändert sich entspre- max. 4. Die erste Stufe ist dann immer ein Turboverdichter, chend der Druckerhöhung während des Verdichterprozesses. während die letzte Stufe ein Verdrängungsverdichter ist. Die Die Energieaufnahme des Arbeitsmittels für die Verdichtung dazwischenliegenden Stufen sind Turbo- oder Verdrängungsist temperaturabhängig. Für kleine Energiezufuhren, d.h. 5 Verdichter. Compressible media change their volume greatly. The number of compressor stages preferably increases in pressure. The volume flow changes accordingly. 4. The first stage is then always a turbocompressor, according to the pressure increase during the compressor process. while the last stage is a displacement compressor. The energy consumption of the working medium for the compression between the intermediate stages is turbo or displacement is temperature dependent. For small energy supplies, i.e. 5 compressors.

gute Wirkungsgrade muss das Medium gekühlt werden. Ein Dabei erzeugt die letzte Verdichterstufe bei Verdichtung optimales Verdichtungs verfahren erfordert daher jeweils an ohne Einspritzkühlung im Nennbetrieb ein Druckverhältnis die unterschiedlichen Volumenströme angepasste Grössen von 1 bis 2,5. the medium has to be cooled in order to achieve good efficiency. A The last compressor stage generates the optimal compression process when compressing, therefore requires a pressure ratio of 1 to 2.5 adapted to the different volume flows in each case without injection cooling in nominal operation.

der Verdichterstufen und Zwischenkühlung. Die Verdichterstufen sind vorzugsweise fliegend an einem the compressor stages and intermediate cooling. The compressor stages are preferably flying on one

Bei mehrstufigen Schraubenverdichtern, die die obigen i0 Getriebe angeflanscht und zwischen den Verdichterstufen ist With multi-stage screw compressors, the above i0 gearbox is flanged and between the compressor stages

F orderungen erfüllen, wäre der Bauaufwand sehr gross, be- mindestens ein Kühler angeordnet. To meet requirements, the construction effort would be very large, at least one cooler would be arranged.

sonders für die ersten Stufen mit grossen Volumenströmen. Für die Regelung der Verdichter ist vorzugsweise ein especially for the first stages with large volume flows. For the regulation of the compressor is preferably one

Mehrstufige Turboverdichter haben bei steiler Kennlinie Drosselorgan in der Ausgangsleitung vorgesehen. Dieses nur einen kleineren Arbeitsbereich. Zwischenkühlung ist nur Drosselorgan ist vorzugsweise eine Dralldrossel. Multi-stage turbocompressors have a throttling device in the outlet line if the characteristic curve is steep. This just a smaller work area. Intercooling is only a throttle element, preferably a swirl throttle.

schwer möglich oder sehr aufwendig, ebenso der Betrieb der 15 Schliesslich kann vorgesehen sein, dass alle Anlageteile einzelnen Stufen bei jeweils optimalen Drehzahlen. Im Ver- des Kompressors auf einem gemeinsamen Grundrahmen gleich zu den Verdrängungsverdichtern ist die Druckerhö- montiert sind. difficult or very expensive, as well as the operation of the 15 Finally, it can be provided that all parts of the system individual stages at optimal speeds. The printer is mounted in the compressor on a common base frame right next to the displacement compressors.

hung in einer Stufe bei Turboverdichtern kleiner. Es sind des- Das erfindungsgemässe Verfahren, die Anordnung und halb relativ viele Stufen nötig. Ein Verzweigungsgetriebe hier- der Aufbau der Verdichteranlage ergeben einen optimalen für zur Anpassung der jeweils optimalen Drehzahlen für die 20 Betrieb im Teillastbereich und Wirkungsgrade, die für derart einzelnen Stufen ist sehr aufwendig und würde grosse Lei- breite Kennfelder bisher unbekannt waren. Da das Kennfeld stungen verbrauchen. Instabilitätsgrenzen sind nicht zu ver- auch nicht durch plötzlich einsetzende Betriebsgrenzen einge- hung in one stage with turbo compressors smaller. The method according to the invention, the arrangement and half a relatively large number of stages are therefore necessary. A branching gearbox - the construction of the compressor system results in an optimal one for adapting the respectively optimal speeds for the 20 operation in the partial load range and efficiencies, which is very complex for such individual stages and would have previously been unknown to large ranges. Since the map consume stungen. Instability limits cannot be exceeded, not even due to sudden operating limits.

meiden. schränkt wird, ist ausserdem ein äusserst sicherer Betrieb der avoid. is also extremely safe operation of the

Auch eine kombinierte Anordnung von Turboverdichtern Verdichteranlage möglich. A combined arrangement of turbo compressors is also possible.

und Schraubenverdichtern derart, wie sie in der US-PS 25 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der and screw compressors as in US-PS 25 An embodiment of the invention is based on the

36 40 646 oder der FR-PS 13 97 614 vorgeschlagen werden, Zeichnung nachstehend näher erläutert. Es zeigen können die Forderungen nicht erfüllen. Da Turboverdichter Figur 1: den schematischen Aufbau eines mehrstufigen und Schraubenverdichter auf einer Welle mit gleicher Dreh- Verdichters in der Perspektive, 36 40 646 or FR-PS 13 97 614 can be proposed, drawing explained in more detail below. It can not meet the requirements. Since turbocompressor Figure 1: the schematic structure of a multi-stage and screw compressor on a shaft with the same rotary compressor in perspective,

zahl laufen, ist ein optimaler Betrieb bei guten Wirkungsgra- Figur 2: einen schematischen Längsschnitt der Verdichterden für den diese Erfindung betreffenden Volumen- und 30 anläge und Figure 2: a schematic longitudinal section of the compressor earths for the volume and 30 plants concerned with this invention

Druckbereich ebenso wie bei den mehrstufigen Verdichtern Figur 3: ein Kennlinienbild zum erfindungsgemässen Vergleicher Gattung nicht möglich. fahren und der entsprechenden Verdichteranlage. Pressure range as well as in the case of the multi-stage compressors FIG. 3: An image of the characteristic curve for the comparator type according to the invention is not possible. drive and the corresponding compressor system.