DE29520260U1 - Gearbox multi-shaft turbo compressor for high total pressure ratios - Google Patents
Gearbox multi-shaft turbo compressor for high total pressure ratiosInfo
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Description
-A-Beschreibung: -A- Description:
Die Neuerung betrifft einen Getriebe-Mehrwellenturbokompressor mit strömungsmäßig hintereinander geschalteten Laufrädern, wobei auf einer oder mehreren parallel zueinander angeordneten Ritzelwellen ein oder mehr Kompressor-Laufräder befestigt sind, die direkt über ein Zentralrad oder indirekt über Ritzelwellen am Umfang des Zentralrades angetrieben werden.The innovation concerns a geared multi-shaft turbo compressor with impellers arranged one behind the other in terms of flow, with one or more compressor impellers being attached to one or more pinion shafts arranged parallel to one another, which are driven directly via a central wheel or indirectly via pinion shafts on the circumference of the central wheel.
Zur Erzielung hoher Gesamtdruckverhältnisse ist eine große Zahl von Radialkompressor-Laufrädern erforderlich, deren Volumenstrom mit zunehmender Verdichtung immer kleiner wird. Der dadurch bedingte kleinere Laufraddurchmesser erfordert zur Beibehaltung der Umfangsgeschwindigkeit immer höher werdende Drehzahlen.To achieve high overall pressure ratios, a large number of radial compressor impellers are required, whose volume flow becomes smaller and smaller as compression increases. The resulting smaller impeller diameter requires ever higher speeds to maintain the circumferential speed.
Die hierfür bei fliegender Anordnung der Laufräder an den Ritzelwellenenden erforderliche Anzahl von Ritzelwellen läßt sich dann nicht mehr am Umfang eines Zentralrades unterbringen, sondern es werden Zwischenzahnräder erforderlich (DE 40 03 482 C2), an denen die Hochdruck-Ritzelwellen angeordnet sind. Das führt zu zusätzlichen mechanischen Reibungsverlusten in den Getriebelagern und Getriebezähnen, und es können bei den extrem hohen Ritzelwellendrehzahlen rotordynamische Probleme auftreten. Auch ergeben sich im Hochdruckbereich Leckverluste, da jede Stufe gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden muß.The number of pinion shafts required for this when the impellers are arranged on the pinion shaft ends can no longer be accommodated on the circumference of a central gear, but intermediate gears are required (DE 40 03 482 C2) on which the high-pressure pinion shafts are arranged. This leads to additional mechanical friction losses in the gear bearings and gear teeth, and rotor dynamic problems can arise at the extremely high pinion shaft speeds. There are also leakage losses in the high-pressure area, since each stage must be sealed against the atmosphere.
Zur Vermeidung dieser Probleme ist in der DE 42 34 739 vorgeschlagen worden, mehrere Laufräder fliegend am gleichen Ritzelwellenende anzuordnen. Diese Lösung ist jedoch bei maximal vier Ritzelwellen am Umfang des Zentralrades und der aus rotordynamischen Gründen begrenzten Zahl der auf einem Ritzelwellenende unterzu-To avoid these problems, DE 42 34 739 proposes arranging several impellers overhung on the same pinion shaft end. However, this solution is not possible with a maximum of four pinion shafts on the circumference of the central wheel and the limited number of pinions on one pinion shaft end for rotor dynamic reasons.
bringenden Radialkompressorlaufräder im maximalen Ges amtdruckverhaitnis begrenzt.The maximum total pressure ratio of the radial compressor impellers is limited.
Erschwert wird die Möglichkeit, die für das Gesamtdruckverhältnis erforderliche Anzahl von Radialkompressorstufen am Umfang des Zentralrades anzuordnen, wenn eine oder zwei der vier zur Verfügung stehenden Ritzelwellen mit fliegend auf diesen Ritzelwellen angeordneten Radialexpanderstufen oder an dieseThe possibility of arranging the number of radial compressor stages required for the total pressure ratio on the circumference of the central wheel is made more difficult if one or two of the four available pinion shafts are equipped with radial expander stages arranged overhung on these pinion shafts or connected to these
Ritzelwellen angekuppelten hochtourigen Antriebsmaschinen, wie z. B. beidseitig gelagerten Dampf- oder Gasturbinen, belegt sind.High-speed drive machines coupled to pinion shafts, such as steam or gas turbines with bearings on both sides, are occupied.
Zur Erzielung hoher Gesamtdruckverhältnisse (p^/p, über 100) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei den den Niederdruckstufen (erste oder erste und zweite Ritzelwelle) folgenden Stufen ab zweiter, dritter oder vierter Ritzelwelle ein beidseitig gelagerter Radialkompressor mit weiteren Radialkompressorstufen angekuppelt ist, der ausgehend von dem mit den fliegend auf den Niederdruck-Ritzelwellen angeordneten Laufrädern erzeugtem Enddruck bis auf das erforderliche Gesamtdruckverhältnis weiter verdichtet.In order to achieve high total pressure ratios (p^/p, over 100), the invention proposes that in the stages following the low-pressure stages (first or first and second pinion shaft), from the second, third or fourth pinion shaft, a radial compressor supported on both sides is coupled to further radial compressor stages, which, starting from the final pressure generated by the impellers arranged overhung on the low-pressure pinion shafts, further compresses up to the required total pressure ratio.
Die Anordnung mehrerer beidseitig gelagerter Radialkompressoren an einem Getriebe ist bereits bekannt (z. B. DE-AS 1 750 958). Diese Ausführung ist jedoch nicht für hohe Gesamtdruckverhältnisse vorgesehen, bei denen sehr große Ansaugvolumenströme in den Niederdruckstufen zu verdichten sind.The arrangement of several radial compressors mounted on both sides on a gearbox is already known (e.g. DE-AS 1 750 958). However, this design is not intended for high total pressure ratios where very large intake volume flows have to be compressed in the low-pressure stages.
Eine wirtschaftliche Lösung ergibt sich erst aus der vorgeschlagenen Kombination von auf den Niederdruck-Ritzelwellen fliegend angeordneten Radialkompressor-Laufrädern hoher Schluckfähigkeit, meist in halboffener Bauart, und des vom gleichen Zentralrad angetriebenen, beidseitig gelagerten Radialkompressors mit den nochAn economical solution only results from the proposed combination of radial compressor impellers with high absorption capacity, usually in a semi-open design, which are arranged overhung on the low-pressure pinion shafts, and the radial compressor driven by the same central wheel and supported on both sides with the
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zur Erzielung des gewünschten Gesamtdruckes-&dgr;&igr;
to achieve the desired total pressure
erforderlichen weiteren Radialkompressorenstufen.required additional radial compressor stages.
Bei den dabei vorliegenden hohen Drücken ist eine Ausführung des beidseitig gelagerten Radialkompressors in Topfbauart, d. h. ohne horizontale Teilfuge des Außengehäuses zweckmäßig.Given the high pressures involved, it is advisable to design the radial compressor with bearings on both sides in a pot design, i.e. without a horizontal parting line in the outer casing.
Bei Ausführung des beidseitig gelagerten Radialkompressors und eigenem Axiallager wird vermieden, daß bei den hohen Drücken auftretende Axialkräfte nicht auf die mit hoher Drehzahl laufende Ritzelwelle übertragen werden. Durch Anflanschen des Außengehäuses des beidseitig gelagerten Radialkompressors an das Getriebegehäuse entsteht eine besonders kompakte Bauweise.The design of the radial compressor with bearings on both sides and its own axial bearing prevents axial forces that occur at high pressures from being transferred to the pinion shaft, which runs at high speed. By flanging the outer housing of the radial compressor with bearings on both sides to the gearbox housing, a particularly compact design is created.
Zur Verringerung der Leistungsaufnahme können die Radial- und Axiallager des beidseitig gelagerten Radialkompressors als Magnetlager ausgeführt werden, die eine erheblich niedrigere mechanische Verlustleistung als herkömmliche ölgeschmierte Gleitlager haben.To reduce power consumption, the radial and axial bearings of the radial compressor mounted on both sides can be designed as magnetic bearings, which have a significantly lower mechanical power loss than conventional oil-lubricated plain bearings.
Eine besonders vorteilhafte Platzanordnung entsteht, wenn der beidseitig gelagerte Radialkompressor auf der der Antriebswelle des Zentralrades gegenüberliegenden Seite des Getriebegehäuses an eine Ritzelwelle unterhalb des Zentralrades angekuppelt ist. Dabei ist es aus Platzgründen zweckmäßig, daß die Ein- und Austrittsstutzen des beidseitig gelagerten Radialkompressors nach oben zeigen.A particularly advantageous space arrangement is created when the radial compressor, which is supported on both sides, is coupled to a pinion shaft below the central wheel on the side of the gearbox housing opposite the drive shaft of the central wheel. For reasons of space, it is advisable for the inlet and outlet nozzles of the radial compressor, which is supported on both sides, to point upwards.
Zur weiteren Verringerung der Leistungsaufnahme kann <jer beidseitig gelagerte Radialkompressor mit Zwischenkühlung ausgeführt werden.To further reduce power consumption, the radial compressor with bearings on both sides can be designed with intermediate cooling.
Zur Optimierung der Lage der Zwischenkühlungen kann es zweckmäßig sein, auf der dritten oder zweiten und dritten Ritzelwelle jeweils zwei Radialkompressorläufer mit oder ohne Zwischenkühlung auf dem gleichen Ritzelwellenende fliegend anzuordnen.To optimize the position of the intermediate cooling, it may be useful to arrange two radial compressor rotors with or without intermediate cooling on the same pinion shaft end on the third or second and third pinion shaft.
Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand von schematischen Zeichnungen dargestellt.Examples of the innovation are illustrated using schematic drawings.
Fig. 1 zeigt eine Stirnansicht des neuerungsgemäßen Getriebe-Mehrwellenturbokompressors von der dem Antrieb des Zentralrades abgewandten Seite. Am Umfang des hier nicht sichtbaren Zentralrades sind die fliegend angeordneten Radialkompressorstufen I, III und V mit den Spiralgehäusen (2) erkennbar, deren Laufräder auf den Ritzelwellen (6) angeordnet sind.Fig. 1 shows a front view of the new geared multi-shaft turbo compressor from the side facing away from the drive of the central wheel. On the circumference of the central wheel, which is not visible here, the overhung radial compressor stages I, III and V with the spiral casings (2) can be seen, the impellers of which are arranged on the pinion shafts (6).
Vor dem Getriebegehäuse (1) ist ein separat in den Traglagern (16) gelagerter Radialkompressor (11) erkennbar, der die Radialkompressorstufen VIII bis X enthält.In front of the gearbox housing (1) you can see a radial compressor (11) mounted separately in the support bearings (16), which contains the radial compressor stages VIII to X.
Fig. 2 stellt eine schematische Draufsicht auf die untere Teilfuge eines derartigen Getriebe-Mehrwellenturbokompressors dar (Schnitt A-A von Fig. 1). Hier sind die Stufen I bis IV erkennbar, die einen herkömmlichen Getriebe-Mehrwellenturbokompressor entsprechen. Das Gas gelangt über das Ansauggehäuse (7) in das Laufrad (8). Im Spiralgehäuse (2) findet eine Verzögerung des Gasstromes statt.Fig. 2 shows a schematic top view of the lower part of such a geared multi-shaft turbo compressor (section A-A of Fig. 1). Here, stages I to IV can be seen, which correspond to a conventional geared multi-shaft turbo compressor. The gas enters the impeller (8) via the intake housing (7). The gas flow is slowed down in the spiral housing (2).
Die Antriebsleistung wird dem Zentralrad (5) über die Antriebswelle (3) zugeführt.The drive power is supplied to the central wheel (5) via the drive shaft (3).
Die Laufräder I - IV sind fliegend auf den Ritzelwellen (6) angeordnet.The impellers I - IV are arranged overhung on the pinion shafts (6).
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Unterhalb der Teilfuge ist der beidseitig gelagerte Radialkompressor (11) mit den Stufen VIII bis X
erkennbar.-&dgr;&igr;
Below the parting line, the radial compressor (11) with stages VIII to X, mounted on both sides, can be seen.
Fig. 3 stellt einen senkrechten Schnitt eines derartigen Getriebe-Mehrwellenturbokompressors dar (Schnitt B-B von Fig. 1).Fig. 3 shows a vertical section of such a geared multi-shaft turbocompressor (section B-B of Fig. 1).
Stufe V ist hier wie die Stufen I - IV fliegendLevel V is flying here like levels I - IV
angeordnet. Die Stufe VI und VII sind bei der vorliegenden Ausführung am gleichen Wellenende fliegend angeordnet.arranged. In this design, stages VI and VII are arranged floating on the same shaft end.
Durch Ansaugstutzen (7) gelangt das Gas in Laufrad (8a) von Stufe VI über den Scheibendiffusor (9) und Rückführring (10) in das Laufrad (8a) der Stufe VII, aus diesem über das Spiralgehäuse (2) zu einem hier nicht dargestellten Zwischenkühler und von diesem zum Ansaugstutzen (7) des an die Ritzelwelle (4) mit der Kupplung (20) verbundenen beidseitig gelagerten Radialkompressor (11) mit den Stufen VIII bis X.The gas enters the impeller (8a) of stage VI through the intake manifold (7) via the disk diffuser (9) and return ring (10) into the impeller (8a) of stage VII, from there via the spiral casing (2) to an intercooler (not shown here) and from there to the intake manifold (7) of the radial compressor (11) with stages VIII to X, which is mounted on both sides on the pinion shaft (4) with the clutch (20).
Nach Durchströmen der Laufräder (8b) und der zwischengeschalteten Scheibendiffusoren (9) und RückführringeAfter flowing through the impellers (8b) and the interposed disc diffusers (9) and return rings
(10) tritt das Gas über den Enddiffusor (21) und den Druckstutzen (22) mit dem Enddruck aus dem Getriebe-Mehrwellenturbokompressor. Die Welle (23) des beidseitig gelagerten Radialkompressors (11) ist in den Traglagern (16) und dem axialen Drucklager (17) gelagert.(10) the gas exits the geared multi-shaft turbo compressor via the end diffuser (21) and the pressure port (22) with the final pressure. The shaft (23) of the radial compressor (11) supported on both sides is supported in the support bearings (16) and the axial thrust bearing (17).
Das Gehäuse (19) des beidseitig gelagerten Radialkompressors (11) ist im vorliegenden Fall mit dem Flansch (18) an das Getriebegehäuse (1) angeflanscht. 35In this case, the housing (19) of the radial compressor (11) mounted on both sides is flanged to the gearbox housing (1) with the flange (18). 35
Fig. 4 zeigt den senkrechten Schnitt B-B bei einer anderen Ausführung der dritten Ritzelwelle, auf der imFig. 4 shows the vertical section B-B of another design of the third pinion shaft, on which
vorliegenden Fall vier Radialkompressorstufen V - VIII angeordnet sind, die zur weiteren Senkung der Antriebsleistung und Erhöhung des Enddruckes mit weiteren Zwischenkühlern (24) zwischen den an einem Wellenende fliegend angeordneten Stufen V und VI bzw. VII und VIII ausgerüstet sind.In the present case, four radial compressor stages V - VIII are arranged, which are equipped with additional intercoolers (24) between the stages V and VI or VII and VIII arranged overhangingly at one shaft end in order to further reduce the drive power and increase the final pressure.
Aus Stufe VIII tritt das Gas über einen (hier nicht dargestellten) Zwischenkühler in den Ansaugstutzen (7)From stage VIII, the gas enters the intake manifold (7) via an intercooler (not shown here)
zur Stufe IX ein.to level IX.
Auch der beidseitig gelagerte Radialkompressor (11) ist mit (nicht dargestellter) Zwischenkühlung ausgerüstet. Aus der Stufe XI tritt das Gas über den Zwischenaustrittsstutzen (14) aus und nach erfolgter Zwischenkühlung (hier nicht dargestellt) über den Zwischeneintrittsstutzen (12) in Stufe XII ein, um nach Stufe XIV mit dem erreichten Enddruck aus dem Druckstutzen (22) des Getriebe-Mehrwellenturbokompressors auszutreten.The radial compressor (11) mounted on both sides is also equipped with intermediate cooling (not shown). The gas exits stage XI via the intermediate outlet nozzle (14) and after intermediate cooling (not shown here) enters stage XII via the intermediate inlet nozzle (12) in order to exit from the pressure nozzle (22) of the geared multi-shaft turbo compressor after stage XIV with the final pressure reached.
Fig. 5 zeigt einen neuerungsgemäßen Getriebe-Mehrwellenturbokompressor von der Antriebsseite (Antriebswelle 3) mit den Stufen II, IV und VI.Fig. 5 shows an innovative geared multi-shaft turbo compressor from the drive side (drive shaft 3) with stages II, IV and VI.
Fig. 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den in Fig. 5 dargestellten Getriebe-Mehrwellenturbokompressor, aus dem konstruktive Einzelheiten erkennbar sind. Die Stufen V und VI sind fliegend angeordnet.Fig. 6 shows a vertical section through the geared multi-shaft turbo compressor shown in Fig. 5, from which construction details can be seen. Stages V and VI are arranged overhung.
Die Stufen VII bis X befinden sich im beidseitig gelagerten Radialkompressor (11), der über die Kupplung (20) mit der Ritzelwelle (4) verbunden ist.Stages VII to X are located in the radial compressor (11) which is supported on both sides and is connected to the pinion shaft (4) via the coupling (20).
Der Achsschub der Stufen V und VI wird vom Schubkammlager (25) der Ritzelwelle aufgenommen, der Achsschub des beidseitig gelagerten Turbokompressors (11) vom Axiallager (17).The axial thrust of stages V and VI is absorbed by the thrust bearing (25) of the pinion shaft, the axial thrust of the turbo compressor (11) mounted on both sides by the axial bearing (17).
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29520260U DE29520260U1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Gearbox multi-shaft turbo compressor for high total pressure ratios |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19501124 | 1995-01-17 | ||
| DE29520260U DE29520260U1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Gearbox multi-shaft turbo compressor for high total pressure ratios |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29520260U1 true DE29520260U1 (en) | 1996-03-14 |
Family
ID=26011642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE29520260U Expired - Lifetime DE29520260U1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Gearbox multi-shaft turbo compressor for high total pressure ratios |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29520260U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014180688A1 (en) | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Voith Patent Gmbh | Transmission and compressor system for a transmission |
| EP2902737A2 (en) | 2014-01-24 | 2015-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Systems and methods for compressing air |
| EP4191066A1 (en) * | 2021-12-02 | 2023-06-07 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Integrally geared compressor |
-
1995
- 1995-01-17 DE DE29520260U patent/DE29520260U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014180688A1 (en) | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Voith Patent Gmbh | Transmission and compressor system for a transmission |
| US10100837B2 (en) | 2013-05-08 | 2018-10-16 | Voith Patent Gmbh | Transmission and geared compressor system |
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Legal Events
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAN TURBOMASCHINEN AG GHH BORSIG, DE Free format text: FORMER OWNER: GHH BORSIG TURBOMASCHINEN GMBH, 46145 OBERHAUSEN, DE Effective date: 20000107 |
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