DE102009016392A1 - Verdichteranordnung - Google Patents
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Abstract
Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter, die axial hintereinander auf einer gemeinsamen mit einem Antrieb kuppelbaren Antriebswelle angeordnet sind und die jeweils einen Verdichtungsfluideingang und einen Verdichtungsfluidausgang aufweisen, wobei der Axialverdichter mit ersten Steuermitteln versehen ist und der Radialverdichter mit zweiten Steutermitteln versehen ist, und wobei die ersten und die zweiten Steuermittel separat ansteuerbar sind, so dass der Axialverdichter und der Radialverdichter separat steuerbar sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter.
- Aus
DE 547 354 C ist eine vereinigte Axial- und Radialturbine bekannt. - Aus
DE 1 628 242 A1 ist eine Verdichteranlage bekannt, die aus einem Vierstufen-Getriebe-Turboverdichter und einem vorgeschalteten Axialverdichter besteht. - Aus
DE 1 959 754 A1 ist ein mehrstufiger, zwischengekühlter Getriebe-Turboverdichter mit Axial- und Radialstufen bekannt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter bereitzustellen, wobei Axialverdichter und Radialverdichter den Anforderungen unterschiedlicher Prozessen gerecht werden können.
- Dies wird mit einer Verdichteranordnung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Gemäß der Erfindung wird eine Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter bereitgestellt, wobei der Axialverdichter und der Radialverdichter axial hintereinander auf einer gemeinsamen mit einem Antrieb kuppelbaren Antriebswelle angeordnet sind und jeweils einen Verdichtungsfluideingang und einen Verdichtungsfluidausgang aufweisen, wobei der Axialverdichter mit ersten Steuermitteln versehen ist und der Radialverdichter mit zweiten Steuermitteln versehen ist, und wobei die ersten und die zweiten Steuermittel separat ansteuerbar sind, so dass der Axialverdichter und der Radialverdichter separat steuerbar sind.
- Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine kompakte Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter geschaffen, wobei Axialverdichter und Radialverdichter den Anforderungen unterschiedlicher Prozessen gerecht werden können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass Axialverdichter und Radialverdichter auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind und mit jeweiligen separat ansteuerbaren Steuermitteln versehen sind.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Steuermittel Eintrittsleitschaufeln auf, die am Verdichtungsfluideingang des Radialverdichters vor einem ersten Laufrad des Radialverdichters angeordnet sind.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen der Axialverdichter und der Radialverdichter ein beiden gemeinsames Gehäuse auf, wobei Dichtungsmittel vorgesehen sind, so dass in dem Gehäuse ein Verdichtungsfluidübergang zwischen dem Axialverdichter und dem Radialverdichter verhindert wird. Bevorzugt wird durch die Dichtungsmittel ein Feuchtigkeitsübergang vom Axialverdichter zum Radialverdichter verhindert.
- Durch das gemeinsame Gehäuse können ein separates Radialverdichter-Gehäuse sowie zusätzliche Komponenten (wie z. B. Zwischengetriebe und Kupplungen) vermieden werden, welche zur Verbindung zweier separater Verdichter-Gehäuse in einem Strang notwendig wären. Im Ergebnis kann der gesamte Strang bzw. die erfindungsgemäße Verdichteranordnung kostenoptimiert angeboten werden.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Axialverdichter eingerichtet, einen mit einem ersten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang des Axialverdichters zugeführten Fluidmassenstrom auf einen am Verdichtungsfluidausgang des Axialverdichters abgreifbaren Fluidmassenstrom mit einem gegenüber dem ersten Druckwert erhöhten zweiten Druckwert zu verdichten, wobei der Radialverdichter eingerichtet ist, einen mit einem dritten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang des Radialverdichters zugeführten Fluidmassenstrom auf einen am Verdichtungsfluidausgang des Radialverdichters abgreifbaren Fluidmassenstrom mit einem gegenüber dem zweiten Druckwert und dem dritten Druckwert erhöhten vierten Druckwert zu verdichten.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Radialverdichter eingerichtet, über seinen Verdichtungsfluideingang etwa 30 Prozent des aus dem Verdichtungsfluidausgang des Axialverdichters abgegebenen Fluidmassenstroms aufzunehmen.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der erste Druckwert in etwa 1 bar beträgt und der zweite Druckwert in etwa 3,2 bar.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Druckwert in etwa gleich dem zweiten Druckwert.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der dritte Druckwert in etwa 3 bar.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der vierte Druckwert in etwa 5 bar.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Verdichteranordnung ferner eine Fluidentfeuchtungseinrichtung auf, die einen ersten Fluideingang, einen zweiten Fluideingang und einen Fluidausgang aufweist und die eingerichtet ist, einen ihr über den ersten Fluideingang zugeführten Fluidmassenstrom zu entfeuchten, wobei der erste Fluideingang der Fluidentfeuchtungseinrichtung mit dem Verdichtungsfluidausgang des Axialverdichters fluidverbunden ist, und wobei der Fluidausgang der Fluidentfeuchtungseinrichtung mit dem Verdichtungsfluideingang des Radialverdichters fluidverbunden ist.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidentfeuchtungseinrichtung eingerichtet, den ihr über den ersten Fluideingang zugeführten Fluidmassenstrom so aufzuteilen, dass an ihrem Fluidausgang etwa 30 Prozent des ihr über den ersten Fluideingang zugeführten Fluidmassenstroms als vollständig entfeuchteter Fluidmassenstrom abgreifbar sind.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Fluideingang der Fluidentfeuchtungseinrichtung mit dem Verdichtungsfluidausgang des Radialverdichters fluidverbunden.
- Im Fazit ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Radialverdichter mit Eintrittsleitschaufeln vor dem ersten radialen Laufrad ausgestattet, wobei Axialverdichter und Radialverdichter separat geregelt werden, so dass beide unterschiedlichen Prozessen gerecht werden können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Axialverdichter als sogenannter Main Air Compressor (MAC) verwendet, indem der Axialverdichter filtrierte Umgebungsluft verdichtet, wobei der Radialverdichter als sogenannter Booster Air Compressor (BAC) verwendet wird, welcher vollständig getrocknete Luft verdichtet. Die Massen- bzw. Volumenströme von Axialverdichter und Radialverdichter unterscheiden sich dabei signifikant, wobei gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Fluidmassenstrom des Radialverdichters 1/3 bzw. 30 Prozent des Fluidmassenstroms des Axialverdichters beträgt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ferner gewährleistet, dass keine Feuchtigkeit vom Axialverdichter in den Radialverdichter gelangt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden ferner ein separates Radialverdichter-Gehäuse sowie zusätzliche Komponenten (wie z. B. Zwischengetriebe und Kupplungen) vermieden, welche zur Verbindung zweier separater Verdichter-Gehäuse in einem Strang notwendig wären. Im Fazit kann der gesamte Strang bzw. die erfindungsgemäße Verdichteranordnung kostenoptimiert angeboten werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Verdichteranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Axialverdichters und des Radialverdichters der Verdichteranordnung von1 - Die
1 und2 zeigen eine Verdichteranordnung1 mit einem Axialverdichter10 , einem Radialverdichter20 , die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Antriebswelle30 angeordnet sind, und einer Fluidentfeuchtungseinrichtung40 . - Die Antriebswelle
30 ist über eine Kupplungsanordnung50 selektiv antriebsmäßig mit einem Antrieb60 kuppelbar, wobei der Antrieb60 einen Elektromotor61 , ein Getriebe62 und eine Kupplungsanordnung63 aufweist, über die der Elektromotor61 antriebsmäßig mit dem Getriebe62 gekuppelt ist. - Der Axialverdichter
10 weist einen Verdichtungsfluideingang11 und einen Verdichtungsfluidausgang12 auf. Der Radialverdichter20 weist einen Verdichtungsfluideingang21 und einen Verdichtungsfluidausgang22 auf. - Die Fluidentfeuchtungseinrichtung
40 weist einen ersten Fluideingang41 , einen zweiten Fluideingang42 und einen Fluidausgang43 auf. Die Fluidentfeuchtungseinrichtung40 ist eingerichtet, einen ihr über den ersten Fluideingang41 zugeführten Fluidmassenstrom zu entfeuchten und den ihr über den ersten Fluideingang41 zugeführten Fluidmassenstrom so aufzuteilen, dass an ihrem Fluidausgang42 etwa 30 Prozent des ihr über den ersten Fluideingang41 zugeführten Fluidmassenstroms als vollständig entfeuchteter Fluidmassenstrom abgreifbar sind. - Der erste Fluideingang
41 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 ist mit dem Verdichtungsfluidausgang12 des Axialverdichters10 fluidverbunden, der zweite Fluideingang42 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 ist mit dem Verdichtungsfluidausgang22 des Radialverdichters20 fluidverbunden und der Fluidausgang43 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 ist mit dem Verdichtungsfluideingang21 des Radialverdichters20 fluidverbunden. - Der Verdichtungsfluideingang
11 des Axialverdichters10 ist über eine Filteranlage70 mit Umgebungsluft bestimmten Feuchtigkeitsgehaltes als Verdichtungsfluid versorgbar. Als Verdichtungsfluid kann jedoch jedes kompressible Fluid zum Einsatz kommen. - Der Axialverdichter
10 ist mit ersten Steuermitteln versehen, die verstellbare Leitschaufeln (nicht gezeigt) aufweisen. Der Radialverdichter20 ist mit zweiten Steuermitteln versehen, die verstellbare Eintrittsleitschaufeln23 aufweisen, die am Verdichtungsfluideingang21 des Radialverdichters20 vor einem ersten Laufrad24 des Radialverdichters20 angeordnet sind. - Die ersten und die zweiten Steuermittel sind über nicht gezeigte Stellglieder separat ansteuerbar, so dass der Axialverdichter
10 und der Radialverdichter20 , insbesondere hinsichtlich jeweils transportiertem Fluidmassenstrom und jeweiligem Verdichtungsgrad, separat steuerbar sind. - Wie insbesondere aus
2 ersichtlich, weisen der Axialverdichter10 und der Radialverdichter20 ein beiden gemeinsames Gehäuse G auf, wobei Dichtungsmittel D vorgesehen sind, so dass in dem Gehäuse G ein Verdichtungsfluidübergang zwischen dem Axialverdichter10 und dem Radialverdichter20 verhindert wird. Genauer gesagt wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mittels der Dichtungsmittel D verhindert, dass feuchte Luft aus dem Axialverdichter in den Radialverdichter überströmt. - Der Axialverdichter
10 ist eingerichtet, einen mit einem ersten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang11 des Axialverdichters10 aus der Filteranlage70 zugeführten Fluidmassenstrom FMS1 auf einen am Verdichtungsfluidausgang12 des Axialverdichters10 abgreifbaren Fluidmassenstrom FMS2 mit einem gegenüber dem ersten Druckwert erhöhten zweiten Druckwert zu verdichten. Der am Verdichtungsfluidausgang12 des Axialverdichters10 abgreifbare Fluidmassenstrom FMS2 wird dem ersten Fluideingang41 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 zugeführt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der erste Druckwert in etwa 1 bar und beträgt der zweite Druckwert in etwa 3,2 bar. - Die Fluidentfeuchtungseinrichtung
40 , welche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Luftzerlegungsanlage zur Erzeugung von Sauerstoff mit geringem Reinheitsgrad ausgebildet ist, teilt den ihr über den ersten Fluideingang41 vom Axialverdichter10 aus zugeführten Fluidmassenstrom FMS2 so auf, dass am Fluidausgang43 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 etwa 30 Prozent des der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 über den ersten Fluideingang41 vom Axialverdichter10 aus zugeführten Fluidmassenstrom FMS2 als vollständig entfeuchteter Fluidmassenstrom FMS3 mit einem dritten Druckwert abgreifbar sind. - Der vollständig entfeuchtete Fluidmassenstrom FMS3 wird vom Fluidausgang
43 aus dem Verdichtungsfluideingang21 des Radialverdichters20 zugeführt. - Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist der dritte Druckwert in etwa gleich dem zweiten Druckwert und beträgt insbesondere in etwa 3 bar.
- Der Radialverdichter
20 ist eingerichtet, über seinen Verdichtungsfluideingang21 die etwa 30 Prozent des aus dem Verdichtungsfluidausgang12 des Axialverdichters10 abgegebenen Fluidmassenstroms FMS2 bzw. den vom Fluidausgang43 der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 zugeführten Fluidmassenstrom FMS3 aufzunehmen. - Der Radialverdichter
20 ist ferner eingerichtet, den mit dem dritten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang21 des Radialverdichters20 zugeführten Fluidmassenstrom FMS3 auf einen am Verdichtungsfluidausgang22 des Radialverdichters20 abgreifbaren vollständig trockenen Fluidmassenstrom FMS4 mit einem gegenüber dem zweiten Druckwert und dem dritten Druckwert erhöhten vierten Druckwert zu verdichten. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der vierte Druckwert in etwa 5 bar.
- Es ist zu bemerken, dass die ersten bis vierten Druckwerte gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung höher oder niedriger sein können.
- Der am Verdichtungsfluidausgang
22 des Radialverdichters20 abgreifbare vollständig trockene Fluidmassenstrom FMS4 wird dann über deren zweiten Fluideingang42 wieder der Fluidentfeuchtungseinrichtung40 zugeführt. - Im Fazit ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Radialverdichter
10 mit Eintrittsleitschaufeln23 vor dem ersten radialen Laufrad24 ausgestattet, wobei Axialverdichter10 und Radialverdichter20 als einzelne Verdichter eines Verdichtungsstranges separat geregelt werden, so dass beide unterschiedlichen Prozessen gerecht werden können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Axialverdichter10 als sogenannter Main Air Compressor (MAC) verwendet, indem der Axialverdichter10 mittels der Filteranlage70 filtrierte Umgebungsluft verdichtet, wobei der Radialverdichter20 als sogenannter Booster Air Compressor (BAC) verwendet wird, welcher vollständig getrocknete Luft verdichtet. - Die Massen- bzw. Volumenströme von Axialverdichter
10 und Radialverdichter20 unterscheiden sich dabei signifikant, wobei gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Fluidmassenstrom FMS3 bzw. FMS4 des Radialverdichters20 ein Drittel bzw. 30 Prozent des Fluidmassenstroms FMS1 bzw. FMS2 (100 Prozent) des Axialverdichters10 beträgt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird über die Dichtungsmittel D ferner gewährleistet, dass keine Feuchtigkeit vom Axialverdichter10 in den Radialverdichter20 gelangt. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen der Axialverdichter
10 und der Radialverdichter20 ein beiden gemeinsames Gehäuse G auf, wodurch ein separates Gehäuse für den Radialverdichter20 sowie zusätzliche Komponenten (wie z. B. Zwischengetriebe und Kupplungen) vermieden werden, welche zur Verbindung zweier separater Verdichter-Gehäuse in einem Verdichtungsstrang notwendig wären. Im Fazit kann der gesamte Verdichtungsstrang bzw. die erfindungsgemäße Verdichteranordnung1 kostenoptimiert angeboten werden. -
- 1
- Verdichteranordnung
- 10
- Axialverdichter
- 11
- Verdichtungsfluideingang
- 12
- Verdichtungsfluidausgang
- 20
- Radialverdichter
- 21
- Verdichtungsfluideingang
- 22
- Verdichtungsfluidausgang
- 23
- Eintrittsleitschaufeln
- 24
- erstes Laufrad
- 30
- Antriebswelle
- 40
- Fluidentfeuchtungseinrichtung
- 41
- erster Fluideingang
- 42
- zweiter Fluideingang
- 43
- Fluidausgang
- 50
- Kupplungsanordnung
- 60
- Antrieb
- 61
- Elektromotor
- 62
- Getriebe
- 63
- Kupplungsanordnung
- 70
- Filteranlage
- G
- Gehäuse
- D
- Dichtungsmittel
- FMS1
- Fluidmassenstrom
- FMS2
- Fluidmassenstrom
- FMS3
- Fluidmassenstrom
- FMS4
- Fluidmassenstrom
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 547354 C [0002]
- - DE 1628242 A1 [0003]
- - DE 1959754 A1 [0004]
Claims (12)
- Verdichteranordnung (
1 ) mit einem Axialverdichter (10 ) und einem Radialverdichter (20 ), die axial hintereinander auf einer gemeinsamen mit einem Antrieb (60 ) kuppelbaren Antriebswelle (30 ) angeordnet sind und die jeweils einen Verdichtungsfluideingang (11 ,21 ) und einen Verdichtungsfluidausgang (12 ,22 ) aufweisen, wobei der Axialverdichter (10 ) mit ersten Steuermitteln versehen ist und der Radialverdichter (20 ) mit zweiten Steuermitteln versehen ist, und wobei die ersten und die zweiten Steuermittel separat ansteuerbar sind, so dass der Axialverdichter (10 ) und der Radialverdichter (20 ) separat steuerbar sind. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 1, wobei die zweiten Steuermittel Eintrittsleitschaufeln (23 ) aufweisen, die am Verdichtungsfluideingang (21 ) des Radialverdichters (20 ) vor einem ersten Laufrad (24 ) des Radialverdichters (20 ) angeordnet sind. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Axialverdichter (10 ) und der Radialverdichter (20 ) ein beiden gemeinsames Gehäuse (G) aufweisen, und wobei Dichtungsmittel (D) vorgesehen sind, so dass in dem Gehäuse (G) ein Verdichtungsfluidübergang zwischen dem Axialverdichter (10 ) und dem Radialverdichter (20 ) verhindert wird. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Axialverdichter (10 ) eingerichtet ist, einen mit einem ersten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang (11 ) des Axialverdichters (10 ) zugeführten Fluidmassenstrom (FMS1) auf einen am Verdichtungsfluidausgang (12 ) des Axialverdichters (10 ) abgreifbaren Fluidmassenstrom (FMS2) mit einem gegenüber dem ersten Druckwert erhöhten zweiten Druckwert zu verdichten, und wobei der Radialverdichter (20 ) eingerichtet ist, einen mit einem dritten Druckwert dem Verdichtungsfluideingang (21 ) des Radialverdichters (20 ) zugeführten Fluidmassenstrom (FMS3) auf einen am Verdichtungsfluidausgang (22 ) des Radialverdichters (20 ) abgreifbaren Fluidmassenstrom (FMS4) mit einem gegenüber dem zweiten Druckwert und dem dritten Druckwert erhöhten vierten Druckwert zu verdichten. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 4, wobei der Radialverdichter (20 ) eingerichtet ist, über seinen Verdichtungsfluideingang (21 ) etwa 30 Prozent des aus dem Verdichtungsfluidausgang (12 ) des Axialverdichters (10 ) abgegebenen Fluidmassenstroms (FMS2) aufzunehmen. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Druckwert in etwa 1 bar beträgt und der zweite Druckwert in etwa 3,2 bar beträgt. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der dritte Druckwert in etwa gleich dem zweiten Druckwert ist. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der dritte Druckwert in etwa 3 bar beträgt. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der vierte Druckwert in etwa 5 bar beträgt. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, ferner mit einer Fluidentfeuchtungseinrichtung (40 ), die einen ersten Fluideingang (41 ), einen zweiten Fluideingang (42 ) und einen Fluidausgang (43 ) aufweist und die eingerichtet ist, einen ihr über den ersten Fluideingang (41 ) zugeführten Fluidmassenstrom (FMS2) zu entfeuchten, wobei der erste Fluideingang (41 ) der Fluidentfeuchtungseinrichtung (40 ) mit dem Verdichtungsfluidausgang (12 ) des Axialverdichters (10 ) fluidverbunden ist, und wobei der Fluidausgang (43 ) der Fluidentfeuchtungseinrichtung (40 ) mit dem Verdichtungsfluideingang (21 ) des Radialverdichters (20 ) fluidverbunden ist. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 10, wobei die Fluidentfeuchtungseinrichtung (40 ) eingerichtet ist, den ihr über den ersten Fluideingang (41 ) zugeführten Fluidmassenstrom (FMS2) so aufzuteilen, dass an ihrem Fluidausgang (43 ) etwa 30 Prozent des ihr über den ersten Fluideingang (41 ) zugeführten Fluidmassenstroms (FMS2) als vollständig entfeuchteter Fluidmassenstrom (FMS3) abgreifbar sind. - Verdichteranordnung (
1 ) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Fluideingang (42 ) der Fluidentfeuchtungseinrichtung (40 ) mit dem Verdichtungsfluidausgang (22 ) des Radialverdichters (20 ) fluidverbunden ist.
Priority Applications (8)
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