CH641877A5 - METHOD FOR MULTI-STAGE COMPRESSION OF GASES AND MULTI-STAGE COMPRESSOR FOR CARRYING OUT THE METHOD. - Google Patents
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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
641877 641877
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
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