EP1074746B1 - Turbo compressor - Google Patents
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- EP1074746B1 EP1074746B1 EP00810274A EP00810274A EP1074746B1 EP 1074746 B1 EP1074746 B1 EP 1074746B1 EP 00810274 A EP00810274 A EP 00810274A EP 00810274 A EP00810274 A EP 00810274A EP 1074746 B1 EP1074746 B1 EP 1074746B1
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- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
Definitions
- the invention relates to a turbocompressor according to the preamble of Claim 1.
- turbo compressor which is a radial turbo compressor and an electric motor, each of these units in one is arranged separate housing, and the shaft of the electric motor via a flexible shaft part is coupled to the shaft of the radial turbocompressor.
- a disadvantage of this known turbocompressor is the fact that this relatively large is designed that a plurality of seals and Bearings are required, and that the manufacturing cost of Turbo compressor therefore relatively high.
- a turbocompressor comprising an electric motor, a multi-stage radial turbocompressor and a common shaft, wherein a portion of the shaft as the rotor Electric motor is formed, and wherein a further portion of the shaft is designed as a rotor of Radialturboverêtrs, the runner a Compressor shaft and associated compressor wheels includes, and wherein for storing the shaft several electromagnetic radial bearings in Expended direction of the shaft are arranged spaced, and wherein between the rotor of the electric motor and the compressor wheel a single Electromagnetic radial bearing is arranged, and wherein the electric motor, the radial turbo compressor, the shaft and the radial bearings in one common, outwardly gastight housing are arranged, and wherein the housing consists of several sub-housings, which firmly can be connected to each other, the electric motor in a sub-housing and the Radial turbocompressor is arranged in a sub-housing, and the
- turbocompressor comprising an electric motor, a multi-stage radial turbocompressor and a common shaft, wherein a portion of the shaft as a rotor of the electric motor is formed, and wherein a further portion of the Shaft is designed as a rotor of the radial turbocompressor, wherein the rotor a compressor shaft and associated compressor wheels, and wherein for supporting the shaft a plurality of electromagnetic radial bearings in Course of the wave are arranged spaced, wherein the Radial bearings are supported on a common base element.
- turbocompressor comprising an outwardly gas-tight housing within which a common shaft an electric motor and a multi-stage Radial turbo compressor are arranged, wherein for storing the shaft in the Course arranged electromagnetic radial bearings spaced are, and being between the electric motor and the radial turbo compressor a shaft surrounding the dry gas seal is arranged to the Seal electric motor with respect to the radial turbo compressor, wherein the Electric motor has an interior, which fluid-conducting with a the Housing penetrating outlet is connected.
- Fig. 1 shows a known turbocompressor, which has a double-sided mounted electric motor and a bilaterally mounted Radial turbocharger includes, wherein the shaft of the electric motor via a flexible shaft part is coupled to the shaft of the radial turbocompressor.
- turbocompressor for complete storage of the entire shaft, opposite to the Embodiment according to FIG. 1, three radial bearings, in particular designed as electromagnetic radial bearings, suffice by between the Electric motor and the compressor a single radial bearing is arranged.
- the turbo compressor is cheaper to produce.
- the entire shaft can be designed in one piece.
- a very stiff coupling allowed to form a total wave, which in the direction of the wave a has largely homogeneous stiffness profile.
- the overall wave or the entire rotatable components of the Turbo compressors behave like a compact shaft, resulting in positively affects a stable running behavior of the turbo compressor. moreover this allows the entire shaft with the help of a single thrust bearing in store axial direction.
- Fig. 1 is for the electric motor and the radial turbo compressor each a separate Thrust bearing required.
- a radial turbo compressor is arranged so suffice three spaced in the direction of the wave arranged electromagnetic radial bearings for complete storage of entire wave. Is on both sides of the electric motor ever one Arranged radial turbocharger, so suffice four in the direction of the Shaft spaced arranged electromagnetic radial bearings for complete storage of the entire shaft.
- the waiver of a radial bearing between the electric motor and the Radial turbo compressor also has the advantage that the length of the shorter shaft, which is advantageous in terms of rotor dynamics, a lighter one Wave allows to form, and also a more compact design of the Turbo compressor results. It should be noted that electromagnetic Radial bearings compared to hydrodynamic radial bearings a substantial lower bearing force, so that by the shorter shaft gained, more advantageous rotordynamic behavior and the lower Weight is crucial to keep the turbo compressor safe and trouble-free operation by means of electromagnetic bearings.
- the engine and the Radial turbo compressor in a common, hermetically sealed Housing, in particular arranged a pressure housing, wherein a fluid-conducting inlet and outlet penetrate the housing or on the housing flanged to the radial turbo compressor to be compressed Add and remove fluid.
- This arrangement has the decisive advantage on that on the shaft no seals against the outside, especially against Atmosphere more are needed, which in addition to the cost advantage of the others Advantages are that downtime caused by sealing problems no longer occur, and that the total length of the shaft in addition can be reduced, which in turn reduces the overall weight of the shaft as well the stability of the shaft held by electromagnetic radial bearings elevated.
- the radial turbo compressor with a hermetically sealed to the outside Pressure housing allows the motor-compressor system according to the invention also to operate at locations, which so far for the enterprise of a Radial turbocompressors were unsuitable, for example, under water or in an environment with high pollutant content, high degree of contamination or high risk of explosion.
- turbocompressor Another advantage of the inventive turbocompressor is in it too see that this is remote controlled very safe operable.
- Turbo compressor for example, does not require a complex oil system Storage of the rotor.
- the turbocompressor therefore has no components, too whose operation requires a specialist on site, or components which require regular control in relatively short time intervals.
- a start and stop operation of the turbocompressor can be controlled remotely expire, by means of sensors, the states of the turbo compressor of Remotely monitorable, and detecting an irregularity suitable measures, for example stopping, are automatically initiated can be.
- a turbocompressor has in the embodiment with hermetically sealed pressure housing on the further advantage that the Danger to external influences is very low.
- a part of the compressed Fluids or process gas for longitudinal gas cooling of the engine and the Radial bearing used is especially true when using a common, hermetically sealed pressure housing advantageous.
- Electric motor is preferably one for suction or standstill pressure designed engine used.
- the electric motor has a separate, from the radial turbocompressor separate cooling circuit on.
- a common base element which for example, is plate-shaped, and on which some, preferably all radial bearings are supported.
- the arrangement of Radial bearing on a common base element has the advantage that they are aligned in a defined position against each other, and that due to tensile, compressive or shear stresses or caused by temperature influences mutual Shifts of the radial bearings can be minimized.
- a mutually precisely arranged alignment of the radial bearings at guaranteed a wide range of operating conditions.
- the radial bearings are arranged on the base element special also the other elements like the electric motor, the radial turbo compressor etc.
- turbo compressor As a whole Assemble module ready in the factory.
- This module can be at the Application can be put into operation very quickly, as it is no longer required is the radial turbocharger and the electric motor separately anchoring a document and their mutual position exactly adjust.
- turbocompressor arranged within a housing, wherein a part of the housing, for example, the bottom disposed inner wall of the housing, at the same time forms the common base element.
- the turbocompressor are the Radial turbo compressor and the engine in a common housing arranged, wherein the housing of a plurality of interconnected Part housings, or consists of a substantially single housing.
- the entire drive device and in a further sub-housing of the entire radial turbocompressor arranged, wherein these sub-housing preferably so mutually Adapted are designed so that they are directly centered and mutually firmly connectable.
- this is common housing designed so stiff that the entire Turbo compressor comprising the radial turbo compressor, the engine, etc.
- turbo compressor consists of a separate motor with its own housing, as well as from a radial turbo compressor with another, own housing.
- this known arrangement represents the mutual movement of the housing or the displacement of the individual waves is a significant problem that causes thereby is that each housing is anchored individually to the ground. By different thermal expansions or other forces acting on The individual housing changes their position.
- the inventive Arrangement of engine and radial turbocompressor on a common Base element, in particular in a common housing has the Advantage on that the base element or the housing the Reference for storage, and therefore a mutual change the position of engine and radial turbocompressor largely excluded is.
- Fig. 1 shows schematically a known turbocompressor 1, which a Radial turbocompressor 3 with a shaft 3a and a driving Electric motor 2 comprises a shaft 2a.
- the shaft 3a of Radial turbocompressor 3 is supported by two radial bearings 5 on both sides.
- the shaft 2a of the electric motor 2 by two radial bearings. 5 stored on both sides.
- the two shafts 2a, 3a are connected via a coupling 4 comprising two coupling parts 4a and 4b a flexible intermediate piece connected, so that the electric motor 2 via the shaft 2a and the coupling 4th the shaft 3a of the radial turbocompressor 3 drives.
- Fig. 2 shows a turbocompressor 1, which in a hermetic sealed pressure housing 6 is arranged, wherein each one the Pressure housing 6 penetrating supply line 6c and 6d discharge provided is to the radial turbocompressor 3 fluid-conducting with an outside of the Pressure housing 6 arranged device to connect.
- the electric motor 2 comprises the rotor 2b and the stator 2c, wherein the rotor 2b part of the Motor shaft 2a, and the motor shaft 2a on both sides in the electromagnetic Radial bearing 5, each comprising a support device 5a and a electromagnetic coil 5b, is mounted in the radial direction.
- the Motor shaft 2a has a thrust bearing 7 against the radial turbocompressor 3 on, which is a part of the motor shaft 2a forming disc 2d as well comprises electromagnetic coils 7a.
- the motor shaft 2a is at the End section via a coupling 4 with the rotor 3a of the Radial turbocompressor 3 connected, with the opposite End portion of the rotor 3a is mounted in a radial bearing 5.
- the Motor shaft 2a and the rotor 3a form a common shaft 13.
- In Running direction of the rotor 3a are arranged two compressor wheels 3b, which a first compression stage 3c and a second compression stage Training. Not shown are the guide vanes 3f of Radial turbo-compressor 3.
- the main mass flow 8 of the compressed Fluids pass via the inlet opening 6a and the lead 6c enters and becomes the first compression stage 3c subsequently to the second compression stage 3d and subsequently via the Discharge 6d passed to the outlet opening 6b.
- a small fraction of the Main mass flow 8 is at the exit point of the first Compression level 3c derived via a connecting line 11 and as Cooling gas mass flow 9 a filter device 10 fed, which the Cooling gas mass flow 9 cleans of impurities, and the purified Cooling gas mass flow 9 as a coolant the electromagnetic Radallagagem 5 and the electric motor 2 supplies.
- the cooling gas mass flow 9 is flowing in the longitudinal direction of the housing, the radial bearing 5 and subsequently the electric motor 2 and the other Radial bearing 5 fed, the cooling gas preferably between the Wave 2a and the respective magnet 5b, 2c is performed.
- the Coolant gas mass flow 9 opens to the suction side of the first Compression level 3c, we compress this in turn, and is called Main mass flow 8 and / or further promoted as cooling gas mass flow 9.
- the connecting line 11 and the filter device 10 can within or be arranged outside of the pressure housing 6 extending.
- the Turbo compressor 1 according to the embodiment shown in Fig. 2 has the advantage that no seal the motor shaft 2a and the Runner 3a opposite atmosphere is required. In addition, there is no seal between the engine 2 and the first compression stage 3c required.
- the electric motor 2 is designed in such a way that this with Suction pressure or with standstill pressure is operable.
- the turbo-compressor 1 could, of course, a plurality of in the direction of travel of the rotor 3a have arranged spaced compressor wheels 3b, so for example, a total of four, six, eight or ten compressor wheels 3 b.
- the compression pressure to be achieved is largely open to the top, wherein by a corresponding number connected in series Compressor wheels 3b, for example, a compression pressure of 600 bar is reachable.
- the turbocompressor 1 could also have one or more others Radial turbo compressor 3 and / or electric motors 2 include, which in Running direction of the rotor 3a, 2a are arranged, with all runs 3a, 2a to train a common wave.
- This common wave could be through Radial bearing, in particular magnetic radial bearings 5 be stored, wherein between each one Radialturbover Noticer 3 preferably a single Radial bearing 5 is arranged.
- all radial turbocompressors 3 together with the electric motor 2 or the electric motors 2 in one common, single pressure housing 6 is arranged.
- the electromagnetic radial bearing 5 and the radial bearings. 5 associated portions of the shafts 2a and 3a have further, for a Professional self-evident and therefore not shown components on to form an electromagnetic radial bearing 5, such as electrical Coils, ferromagnetic parts, etc.
- Fig. 3 shows a longitudinal section of another embodiment of a Turbo compressor 1 comprising two radial turbocompressors 3, wherein at each Side of the electric motor 2 per a Radialturbover Noticer 3 arranged and whose rotor 3a is connected via a coupling 4 with the motor shaft 2a. Only the upper half of the turbocompressor 1 is shown. It will only the opposite to the embodiment according to FIG. 2 essential Differences in detail described.
- the entire wave includes the Motor shaft 2a and the two rotor 3a is by four, in the longitudinal direction of the distributed throughout the wave electromagnetic radial bearings 5 stored.
- the left-hand radial turbocompressor 3 is as Low pressure part connected and has six compressor wheels 3b.
- the main mass flow 8 passes through the supply line 6c in the low pressure part, and after compression over a Connecting line 12 is supplied to the high pressure part, wherein the Main mass flow 8 the high pressure part after compression over the Derivative 6d leaves.
- a small part of the main mass flow 8 is after the first compression stage 3c as the cooling gas mass flow 9 in the Conduction line 11 passed, said cooling gas mass flow 9 after the flow through the filter 10 that on the right side of the electric motor 2 arranged interior 9 c is supplied, and thereafter in the longitudinal direction the motor shaft 2 a flowing over the inner space 9 b of the suction port of the first compression stage 3c zuflust.
- the Radial turbo compressor 3 located process gas for cooling the Derived and used electric motor 2.
- a non-contact seal 19th arranged to the internal pressure on the right side of the electric motor. 2 keep it low.
- the electric motor 2 is again designed to be operable at a suction pressure or a standstill pressure.
- the Connecting line 12 and / or the connecting line 11 and the Filter device 10 could also be completely inside the housing 6 be arranged running.
- the radial turbocompressor 3 for example, in a back to back "arrangement, in other words such that the by the two Radialturbover Noticer 3 on the shaft caused forces in act in the opposite direction to such in the direction of the Motor shaft 2a acting shear forces to compensate and reduce.
- the housing 6 is set in the embodiments according to FIGS. 3 and 4 from the three sub-housings 6e, 6f, 6g together, the sub-housings 6e, 6g form part of the radial turbocompressor 3 and the part housing 6f part of Engine 2 forms.
- the sub-housings 6e, 6f, 6g are adapted to one another in this way designed so that they, as shown in Figures 3 and 4, fixed can be connected to each other, for example by means of screws.
- At this Junctions can also be arranged seals to the To hermetically seal the interior of the housing 6 so that only over the intended lines 6c, 6d, 11, 12 or corresponding flanges a fluid-conducting connection between the interior of the housing.
- Figs. 3 and 4 show arrangement of the lines 11 and 12 only through the lines 6c, 6d and optionally through the discharge line 6i a fluid-conducting connection to the outside space exists.
- the joints can also do so be adapted to each other that arranged adjacent Part housing when pushed together and connect with respect to Longitudinal axis of the turbocompressor 1 automatically center each other.
- the two partial housings 6e, 6g each have an opening 23a in the outer wall which can be closed gas-tight with a cover 23b.
- Fig. 3 is the in the sub-housing 6g arranged opening 23a with lid 23b shown.
- the Turbo compressor 1 is preferably prefabricated such that the Radial turbo compressor 3 is installed in the respective sub-housing 6e, 6g and the electric motor 2 is installed in the sub housing 6f.
- the like preconfigured sub-housing 6e, 6f, 6g are in the assembled State transported to the place of application.
- the assembly of the Turbo compressor 1 is as follows: After the sub-housing 6e, 6f, 6g on the Flanges 6k, 6l are firmly connected to each other, the shaft 3a and the rotor 2b at the outside accessible through the opening 23a Clutch 4 firmly connected. Thereafter, the opening 23 a with the lid 23b firmly and sealed gas-tight.
- the at the clutch 4 used fasteners, such as screws, are in themselves known and therefore not shown in detail.
- the turbocompressor 1 shown in Fig. 4 in otherwise substantially the same configuration as the turbocompressor according to FIG. 3, in the housing part 6e a fluidically connected to the interior 9b outlet opening 6h and a subsequently arranged derivative 6i, through which the Cooling gas mass flow 9 and a minor proportion of Main mass flow 9a exits and example of a foreign investment Process source is supplied.
- This arrangement is opposite to the Embodiment according to FIG. 3 has the advantage that the pressure in the Derivative 6i subsequent device independent of the pressure in Radial turbo compressor 3 is, this pressure is preferably selected is that the engine cooling is done at a lower pressure level than in the Embodiment according to FIG.
- the Discharge 6i may be supplied to, for example, a compressor 24, which compresses the mass flow 9, 9a again the inlet opening 6a supplies.
- the suction pressure generated by the compressor in the discharge line 6i can for example, be lower than 50 bar.
- a control device 17 which at least for driving the electromagnetic radial bearing 5 and the motor 2 serves.
- sensors 16a, 16b, 16c, 16d arranged, which the position of the entire shaft 13 and the sub-waves 2a, 3a with respect to the radial bearings 5, the sensors 16a, 16b, 16c, 16d via electrical lines 16e, 16f, 16g, 16h with the control device 17 are connected.
- electrical lines 15a, 15b, 15c, 15d which are connected to the control device 17.
- electrical line 15 e is also one electrical line 15 e is provided, which the control device 17 via a power electronics, not shown, with the winding of the Electric motor 2 connects.
- Fig. 5 shows a longitudinal section through a housing 6, wherein the Junction of two sub-housing 6e, 6f is shown.
- the flange 6k of the first sub-housing 6e has a recess configured in this way, that the flange 6I of the second part housing 6f is received therein, wherein the mutual position of the two sub-housings 6e, 6f at Joining together by the flanges 6k, 6l are centered on each other.
- the Flanges 6k, 6l are distributed by several in the circumferential direction arranged screws 6m held together with nut 6n, wherein at the Face of the flanges 6k, 6l extending in the circumferential direction groove is provided, in which a sealing element 6o is arranged to the by the two sub-housing 6e, 6f limited interior to the outside seal.
- FIG. 6 shows a longitudinal section of a schematically illustrated housing 6 consisting of three sub-housings 6e, 6f, 6g with flanges 6k, 6l and a Supply line 6c and a derivative 6d.
- the housing 6 is about two Supporting elements 18a, 18b supported on a substrate 14.
- a base member 6p which is a rigid, in Longitudinal direction of the housing 6 extending support, in particular a Supporting surface forms on which the electromagnetic radial bearings. 5 are arranged.
- the function of the basic elements 6p is one as possible stable and preferably temperature-insensitive reference plane too form, on which at least some radial bearings 5 are arranged.
- the Base member 6p may be configured in a variety of embodiments be, for example, as a solid, solid plate, as a carrier or as Grating. On the base element 6p further components such as Electric motor 2 or 3 Radialturbover Noticer be anchored.
- the Using a base element 6p allows the electromagnetic Radial bearing 5 mutually very precise and in particular precisely aligned to arrange.
- the common arrangement of the radial bearing 5 on the Base element 6p has the advantage that due to attacking Tensile, compressive or shear forces or due to temperature influences mutual shifts of the radial bearings turn out very low. moreover This arrangement can be set up very quickly ready for use. In the From Fig.
- the bearing force generated by electromagnetic radial bearings is much lower than that of known hydrodynamic bearings producible bearing force. That is why the exact mutual Alignment of electromagnetic radial bearings and preventing a mutual displacement of the radial bearings of central importance.
- the Electromagnetic radial bearing is usually operated such that the Shaft is held in the geometric center of the radial bearing.
- One mutual displacement of the radial bearing has the consequence that the Radial bearing has to expend considerable forces to the shaft anyway in the to hold geometric center. Since the electromagnetic radial bearing relative it soon gets into the state of magnetic saturation Radial bearing in this situation over lower, to carry the shaft to Available forces.
- Fig. 7 shows a turbocompressor 1 with a compared to Embodiment according to FIG. 4 separately cooled electric motor 2. It is between the pressure part of the radial turbocompressor 3 and the electric motor 2 each a system with a double seal, comprising a Dry gas seal 19 and subsequently a seal 20, arranged wherein between the two seals 19, 20 an outlet 21, as a vent (Exit to the atmosphere without gas combustion) or flare (exit to the Atmosphere with gas combustion) configured, which is arranged by the housing wall 6 runs.
- the electric motor 2 has a separate, separated by the seals 19, 20 from the radial turbo compressor 3 Cooling circuit on which a connecting line 11 and a radiator 22nd includes.
- a Coolant gas driving device not shown are other components of this cycle, such as a Coolant gas driving device.
- a supply line 9d carries additional Cooling gas to, for example, the effluent via the discharge line 21 Compensate cooling gas components.
- the cooling gas is not in particular aggressive gas such as nitrogen.
- the cooling circuit of the Electric motor 2 may be designed such that this pressure in the Range of atmospheric pressure or slightly above it. As in 7, the cooling circuit can be designed such that a small proportion of the cooling gas mass flow 9 via the seal 20 for Outlet 21 arrives. This ensures that the Coolant gas mass flow 9 is not contaminated by foreign gases. in the Embodiment according to FIG. 7 also flows a small proportion of Process gas 8 via the seal 19 to the outlet 21.
- the outlet 21 can a so-called flare or vent be subordinate to that from the Outlet 21 discharged gases unburned vent (vent) or via a subsequent combustion (flare) dissipate, especially to the environment leave.
- cooling gas 9 has a low pressure and / or that as a cooling gas favorable or easily manageable gas is used, in particular a gas without aggressive properties.
- turbocompressor 1 An advantage of the turbocompressor 1 according to the invention can be seen therein that the electric motor 2 and the radial turbocompressor 3 together with the corresponding housing parts 6e, 6f are preassembled, so that the Turbo compressor 1 as a housing 6 or as a unit for Site is transportable and can be set up there.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a turbocompressor according to the preamble of Claim 1.
Es ist ein Turboverdichter bekannt, welcher einen Radialturboverdichter sowie einen Elektromotor umfasst, wobei jede dieser Einheiten in einem separaten Gehäuse angeordnet ist, und die Welle des Elektromotors über ein flexibles Wellenteil an die Welle des Radialturboverdichters gekuppelt ist.It is known a turbo compressor, which is a radial turbo compressor and an electric motor, each of these units in one is arranged separate housing, and the shaft of the electric motor via a flexible shaft part is coupled to the shaft of the radial turbocompressor.
Nachteilig an diesem bekannten Turboverdichter ist die Tatsache, dass dieser relativ gross ausgestaltet ist, dass eine Mehrzahl von Dichtungen und Lagern erforderlich sind, und dass die Herstellungskosten des Turboverdichters daher relativ hoch sind.A disadvantage of this known turbocompressor is the fact that this relatively large is designed that a plurality of seals and Bearings are required, and that the manufacturing cost of Turbo compressor therefore relatively high.
Die Druckschrift DE 37 29 486 C1 offenbart in Figur 1a einen Turboverdichter, welcher zwei zweistufige Radialturboverdichter sowie einen Elektromotor umfasst, wobei diese an eine starre Welle gekoppelt sind, welche an drei Stellen mit magnetischen Radiallagern gelagert ist. Diese Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass der Zusammenbau sehr aufwändig und schwierig ist, dass diese Anordnung für einen höchstens zweistufigen Radialturboverdichter geeignet ist, und dass der Turboverdichter relativ hohe Dissipationsverluste aufweist.The document DE 37 29 486 C1 discloses in Figure 1a a Turbo compressor, which two two-stage radial turbocompressor and a Electric motor, which are coupled to a rigid shaft, which is mounted in three places with magnetic radial bearings. These Embodiment has the disadvantage that the assembly is very consuming and difficult is that this arrangement for a maximum two-stage radial turbocompressor is suitable, and that the Turbo compressor has relatively high dissipation losses.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen wirtschaftlich vorteilhafteren Turboverdichter vorzuschlagen. It is an object of the present invention an economically advantageous To propose turbocompressors.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Turboverdichter aufweisend die
Merkmale von Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 15 betreffen weitere,
vorteilhaft gestaltete Ausbildungen des erfindungsgemässen
Turboverdichters.This object is achieved with a turbo compressor having the
Features of claim 1. The
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst mit einem Turboverdichter umfassend einen Elektromotor, einen mehrstufigen Radialturboverdichter sowie eine gemeinsame Welle, wobei ein Teilabschnitt der Welle als Rotor des Elektromotors ausgebildet ist, und wobei ein weiterer Teilabschnitt der Welle als Läufer des Radialturboverdichters ausgebildet ist, wobei der Läufer eine Verdichterwelle sowie damit verbundene Verdichterräder umfasst, und wobei zum Lagern der Welle mehrere elektromagnetische Radiallager in Verlaufsrichtung der Welle beabstandet angeordnet sind, und wobei zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Verdichterrad ein einziges elektromagnetisches Radiallager angeordnet ist, und wobei der Elektromotor, der Radialturboverdichter, die Welle sowie die Radiallager in einem gemeinsamen, nach aussen gasdichten Gehäuse angeordnet sind, und wobei das Gehäuse aus mehreren Teilgehäusen besteht, welche fest miteinander verbindbar sind, der Elektromotor in einem Teilgehäuse und der Radialturboverdichter in einem Teilgehäuse angeordnet ist, und der Rotor des Elektromotors sowie der Läufer des Radialturboverdichters über eine zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Verdichterrad angeordnete Kupplung zu einer gemeinsamen Welle verbindbar sind.The object is achieved in particular with a turbocompressor comprising an electric motor, a multi-stage radial turbocompressor and a common shaft, wherein a portion of the shaft as the rotor Electric motor is formed, and wherein a further portion of the shaft is designed as a rotor of Radialturboverdichters, the runner a Compressor shaft and associated compressor wheels includes, and wherein for storing the shaft several electromagnetic radial bearings in Expended direction of the shaft are arranged spaced, and wherein between the rotor of the electric motor and the compressor wheel a single Electromagnetic radial bearing is arranged, and wherein the electric motor, the radial turbo compressor, the shaft and the radial bearings in one common, outwardly gastight housing are arranged, and wherein the housing consists of several sub-housings, which firmly can be connected to each other, the electric motor in a sub-housing and the Radial turbocompressor is arranged in a sub-housing, and the rotor of the electric motor and the rotor of the radial turbo compressor over a disposed between the rotor of the electric motor and the compressor wheel Coupling can be connected to a common shaft.
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Turboverdichter umfassend einen Elektromotor, einen mehrstufigen Radialturboverdichter sowie eine gemeinsame Welle, wobei ein Teilabschnitt der Welle als Rotor des Elektromotors ausgebildet ist, und wobei ein weiterer Teilabschnitt der Welle als Läufer des Radialturboverdichters ausgebildet ist, wobei der Läufer eine Verdichterwelle sowie damit verbundene Verdichterräder umfasst, und wobei zum Lagern der Welle mehrere elektromagnetische Radiallager in Verlaufsrichtung der Welle beabstandet angeordnet sind, wobei die Radiallager auf einem gemeinsamen Basiselement abgestützt sind.The problem is further solved in particular with a turbocompressor comprising an electric motor, a multi-stage radial turbocompressor and a common shaft, wherein a portion of the shaft as a rotor of the electric motor is formed, and wherein a further portion of the Shaft is designed as a rotor of the radial turbocompressor, wherein the rotor a compressor shaft and associated compressor wheels, and wherein for supporting the shaft a plurality of electromagnetic radial bearings in Course of the wave are arranged spaced, wherein the Radial bearings are supported on a common base element.
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Turboverdichter umfassend ein nach aussen gasdichtes Gehäuse innerhalb welchem auf einer gemeinsamen Welle ein Elektromotor sowie ein mehrstufiger Radialturboverdichter angeordnet sind, wobei zum Lagern der Welle in deren Verlaufsrichtung elektromagnetische Radiallager beabstandet angeordnet sind, und wobei zwischen dem Elektromotor und dem Radialturboverdichter eine die Welle umschliessende Trockengasdichtung angeordnet ist, um den Elektromotor bezüglich dem Radialturboverdichter abzudichten, wobei der Elektromotor einen Innenraum aufweist, welcher fluidleitend mit einer das Gehäuse durchdringenden Austrittsöffnung verbunden ist.The problem is further solved in particular with a turbocompressor comprising an outwardly gas-tight housing within which a common shaft an electric motor and a multi-stage Radial turbo compressor are arranged, wherein for storing the shaft in the Course arranged electromagnetic radial bearings spaced are, and being between the electric motor and the radial turbo compressor a shaft surrounding the dry gas seal is arranged to the Seal electric motor with respect to the radial turbo compressor, wherein the Electric motor has an interior, which fluid-conducting with a the Housing penetrating outlet is connected.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Turboverdichter, welcher einen beidseitig gelagerten Elektromotor sowie einen beidseitig gelagerten Radialturboverdichter umfasst, wobei die Welle des Elektromotors über ein flexibles Wellenteil an die Welle des Radialturboverdichters gekuppelt ist.Fig. 1 shows a known turbocompressor, which has a double-sided mounted electric motor and a bilaterally mounted Radial turbocharger includes, wherein the shaft of the electric motor via a flexible shaft part is coupled to the shaft of the radial turbocompressor.
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Turboverdichters ist darin zu sehen, dass zur vollständigen Lagerung der gesamten Welle, gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 1, drei Radiallager, insbesondere ausgestaltet als elektromagnetische Radiallager, genügen, indem zwischen dem Elektromotor und dem Verdichter ein einziges Radiallager angeordnet ist. Somit ist der Turboverdichter günstiger herstellbar.An advantage of the turbocompressor according to the invention can be seen therein that for complete storage of the entire shaft, opposite to the Embodiment according to FIG. 1, three radial bearings, in particular designed as electromagnetic radial bearings, suffice by between the Electric motor and the compressor a single radial bearing is arranged. Thus, the turbo compressor is cheaper to produce.
Die gesamte Welle kann einstückig ausgestaltet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle des Elektromotors sowie die Welle des Radialturboverdichters über eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung mit möglichst hoher Steifigkeit, verbunden. Eine sehr steife Kupplung erlaubt eine Gesamtwelle zu bilden, welche in Verlaufsrichtung der Welle einen weitgehend homogenen Steifigkeitsverlauf aufweist. Die Gesamtwelle beziehungsweise die gesamten rotierbaren Komponenten des Turboverdichters verhalten sich dadurch wie eine kompakte Welle, was sich positiv auf ein stabiles Laufverhalten des Turboverdichter auswirkt. Zudem ermöglicht dies die gesamte Welle mit Hilfe eines einzigen Axiallagers in axialer Richtung zu lagern. In der aus Fig. 1 bekannten Ausführungsform ist für den Elektromotor sowie den Radialturboverdichter je ein separates Axiallager erforderlich. The entire shaft can be designed in one piece. In an advantageous Design is the shaft of the electric motor and the shaft of the Radial turbo compressor via a clutch, in particular a clutch with highest possible rigidity. A very stiff coupling allowed to form a total wave, which in the direction of the wave a has largely homogeneous stiffness profile. The overall wave or the entire rotatable components of the Turbo compressors behave like a compact shaft, resulting in positively affects a stable running behavior of the turbo compressor. moreover this allows the entire shaft with the help of a single thrust bearing in store axial direction. In the embodiment known from Fig. 1 is for the electric motor and the radial turbo compressor each a separate Thrust bearing required.
Wenn nur an einer Seite des Elektromotors ein Radialturboverdichter angeordnet ist, so genügen drei in Verlaufsrichtung der Welle beabstandet angeordnete elektromagnetische Radiallager zur vollständigen Lagerung der gesamten Welle. Ist an beiden Seiten des Elektromotors je ein Radialturboverdichter angeordnet, so genügen vier in Verlaufsrichtung der Welle beabstandet angeordnete elektromagnetische Radiallager zur vollständigen Lagerung der gesamten Welle.If only on one side of the electric motor, a radial turbo compressor is arranged so suffice three spaced in the direction of the wave arranged electromagnetic radial bearings for complete storage of entire wave. Is on both sides of the electric motor ever one Arranged radial turbocharger, so suffice four in the direction of the Shaft spaced arranged electromagnetic radial bearings for complete storage of the entire shaft.
Der Verzicht auf ein Radiallager zwischen dem Elektromotor und dem Radialturboverdichter weist zudem den Vorteil auf, dass die Länge der gesamten Welle kürzer ist, was rotordynamisch vorteilhaft ist, eine leichtere Welle zu bilden ermöglicht, und zudem eine kompaktere Bauweise des Turboverdichters ergibt. Dabei ist zu beachten, dass elektromagnetische Radiallager im Vergleich zu hydrodynamischen Radiallagern eine wesentlich geringere Lagerkraft aufweisen, sodass das durch die kürzere Welle gewonnene, vorteilhaftere rotordynamische Verhalten sowie das geringere Gewicht von entscheidender Bedeutung ist, um den Turboverdichter sicher und störungsfrei mittels elektromagnetischer Lager zu betreiben. Dieser Aspekt ist insbesondere von Bedeutung bei Radialturboverdichtern, welche ein Fluid auf einen hohen Druck von beispielsweise 600 Bar verdichten, weil bei einem derart hochverdichteten Fluid eine Strömungsstörung relativ hohe radiale und axiale Kräfte bewirkt, die von dem eine begrenzte Tragfähigkeit aufweisenden elektromagnetischen Lager nur dann aufgefangen werden könne, wenn das rotordynamische Verhalten des Gesamtsystems optimiert ist.The waiver of a radial bearing between the electric motor and the Radial turbo compressor also has the advantage that the length of the shorter shaft, which is advantageous in terms of rotor dynamics, a lighter one Wave allows to form, and also a more compact design of the Turbo compressor results. It should be noted that electromagnetic Radial bearings compared to hydrodynamic radial bearings a substantial lower bearing force, so that by the shorter shaft gained, more advantageous rotordynamic behavior and the lower Weight is crucial to keep the turbo compressor safe and trouble-free operation by means of electromagnetic bearings. This Aspect is of particular importance in radial turbocompressors, which to compress a fluid to a high pressure of, for example, 600 bar because in such a highly compressed fluid, a flow disturbance is relatively high radial and axial forces caused by the limited carrying capacity containing electromagnetic bearing only then be collected could, if the rotor dynamic behavior of the whole system optimized is.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind der Motor sowie der Radialturboverdichter in einem gemeinsamen, hermetisch abgedichteten Gehäuse, insbesondere einem Druckgehäuse angeordnet, wobei eine fluidleitende Zu- und Ableitung das Gehäuse durchdringen oder am Gehäuse angeflanscht sind, um dem Radialturboverdichter das zu komprimierenden Fluid zu- und abzuführen. Diese Anordnung weist den entscheidenden Vorteil auf, dass an der Welle keine Dichtungen gegen aussen, insbesondere gegen Atmosphäre mehr erforderlich sind, was nebst dem Kostenvorteil die weiteren Vorteile ergibt, dass durch Dichtungsprobleme verursachte Stillstandzeiten nicht mehr auftreten, und dass die Gesamtlänge der Welle zusätzlich reduziert werden kann, was wiederum das Gesamtgewicht der Welle sowie die Stabilität der durch elektromagnetische Radiallager gehaltenen Welle erhöht.In a particularly advantageous embodiment, the engine and the Radial turbo compressor in a common, hermetically sealed Housing, in particular arranged a pressure housing, wherein a fluid-conducting inlet and outlet penetrate the housing or on the housing flanged to the radial turbo compressor to be compressed Add and remove fluid. This arrangement has the decisive advantage on that on the shaft no seals against the outside, especially against Atmosphere more are needed, which in addition to the cost advantage of the others Advantages are that downtime caused by sealing problems no longer occur, and that the total length of the shaft in addition can be reduced, which in turn reduces the overall weight of the shaft as well the stability of the shaft held by electromagnetic radial bearings elevated.
Der Radialturboverdichter mit einem nach Aussen hermetisch abgedichteten Druckgehäuse erlaubt die erfindungsgemässe Motor-Kompressor-Anlage auch an Standorten zu betreiben, welche bisher für den Betrieb eines Radialturobverdichters ungeeignet waren, beispielsweise unter Wasser oder in einer Umgebung mit hohem Schadstoffanteil, hohem Verschmutzungsgrad oder hoher Explosionsgefahr.The radial turbo compressor with a hermetically sealed to the outside Pressure housing allows the motor-compressor system according to the invention also to operate at locations, which so far for the enterprise of a Radial turbocompressors were unsuitable, for example, under water or in an environment with high pollutant content, high degree of contamination or high risk of explosion.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Turboverdichters ist darin zu sehen, dass dieser auch ferngesteuert sehr sicher betreibbar ist. Der Turboverdichter weist beispielsweise kein aufwendiges Ölsystem zur Lagerung des Rotors auf. Zudem sind keine oder nur wenige Dichtungen erforderlich. Der Turboverdichter weist daher keine Komponenten auf, zu deren Betrieb ein Fachmann vor Ort erforderlich ist, oder Komponenten welche eine regelmässige Kontrolle in relativ kurzen Zeitabständen erfordern. Ein Start- und Stoppvorgang des Turboverdichters kann ferngesteuert ablaufen, wobei mittels Sensoren die Zustände des Turboverdichters von Ferne überwachbar sind, und beim Feststellen einer Unregelmässigkeit geeignete Massnahmen, zum Beispiel ein Stoppen, automatisch eingeleitet werden können. Ein Turboverdichter weist in der Ausführungform mit hermetisch abgedichtetem Druckgehäuse den weiteren Vorteil auf, dass die Gefahr für von Aussen einwirkenden Störeinflüssen sehr gering ist.Another advantage of the inventive turbocompressor is in it too see that this is remote controlled very safe operable. Of the Turbo compressor, for example, does not require a complex oil system Storage of the rotor. In addition, there are no or only a few seals required. The turbocompressor therefore has no components, too whose operation requires a specialist on site, or components which require regular control in relatively short time intervals. A start and stop operation of the turbocompressor can be controlled remotely expire, by means of sensors, the states of the turbo compressor of Remotely monitorable, and detecting an irregularity suitable measures, for example stopping, are automatically initiated can be. A turbocompressor has in the embodiment with hermetically sealed pressure housing on the further advantage that the Danger to external influences is very low.
Um das Fluid auf einen hohen Enddruck zu komprimieren war es bisher erforderlich den Turboverdichter mit sehr teuren Trockengasdichtungen zu versehen, wobei diese Trockengasdichtungen nebst dem hohen Preis den weiteren Nachteil aufweisen, dass sie eine erhebliche Wartung erfordern und zudem eine Risikokomponente darstellen, sind doch die meisten unvorhersehbaren Stillstandzeiten eines Turboverdichters durch Schäden an der Trockengasdichtung bedingt.To compress the fluid to a high final pressure has been up to now requires the turbo compressor with very expensive dry gas seals too provided, these dry gas seals in addition to the high price the have further disadvantage that they require considerable maintenance and Moreover, they are the most risky component unpredictable downtime of a turbocompressor due to damage the dry gas seal conditionally.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Teil des komprimierten Fluides bzw. Prozessgases zur Längsgaskühlung des Motors sowie der Radiallager verwendet. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines gemeinsamen, hermetisch abgedichteten Druckgehäuses von Vorteil. Als Elektromotor wird dabei vorzugsweise ein für Saugdruck oder Stillstanddruck ausgelegter Motor verwendet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor einen separaten, vom Radialturboverdichter getrennten Kühlkreislauf auf.In a further advantageous embodiment, a part of the compressed Fluids or process gas for longitudinal gas cooling of the engine and the Radial bearing used. This is especially true when using a common, hermetically sealed pressure housing advantageous. When Electric motor is preferably one for suction or standstill pressure designed engine used. In a further advantageous embodiment the electric motor has a separate, from the radial turbocompressor separate cooling circuit on.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Turboverdichters weist dieser ein gemeinsames Basiselement auf, welches beispielsweise plattenförmig ausgestaltet ist, und auf welchem einige, vorzugsweise alle Radiallager abgestützt sind. Die Anordnung der Radiallager auf einem gemeinsamen Basiselement weist den Vorteil auf, dass diese in einer definierten Lage gegeneinander ausgerichtet sind, und dass die auf Grund von Zug-, Druck- oder Scherspannungen beziehungsweise durch Temperatureinflüsse bedingten gegenseitigen Verschiebungen der Radiallager minimal gehalten werden können. Somit ist eine gegenseitig präzis angeordnete Ausrichtung der Radiallager bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen gewährleistet. Vorteilhafterweise werden auf dem Basiselement nicht nur die Radiallager angeordnet sonder auch die übrigen Elemente wie der Elektromotor, der Radialturboverdichter usw. Dies ermöglicht, nicht zuletzt auch dank der kompakten Bauweise des erfindungsgemässen Turboverdichters, den Turboverdichter als gesamtes Modul fertig im Herstellungswerk zu montieren. Dieses Modul kann am Anwendungsort sehr schnell in Betrieb genommen werden, da es nicht mehr erforderlich ist den Radialturboverdichter sowie den Elektromotor separat auf einer Unterlage zu verankern und dabei deren gegenseitige Lage genau einzustellen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Turboverdichter innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei ein Teil des Gehäuses, beispielsweise die unten angeordnete Innenwand des Gehäuses, zugleich das gemeinsame Basiselement ausbildet.In an advantageous embodiment of the inventive Turbo compressor has this a common base element, which for example, is plate-shaped, and on which some, preferably all radial bearings are supported. The arrangement of Radial bearing on a common base element has the advantage that they are aligned in a defined position against each other, and that due to tensile, compressive or shear stresses or caused by temperature influences mutual Shifts of the radial bearings can be minimized. Thus is a mutually precisely arranged alignment of the radial bearings at guaranteed a wide range of operating conditions. advantageously, not only the radial bearings are arranged on the base element special also the other elements like the electric motor, the radial turbo compressor etc. This is possible, not least thanks to the compact design of the according to the invention turbo compressor, the turbo compressor as a whole Assemble module ready in the factory. This module can be at the Application can be put into operation very quickly, as it is no longer required is the radial turbocharger and the electric motor separately anchoring a document and their mutual position exactly adjust. In an advantageous embodiment of the turbocompressor arranged within a housing, wherein a part of the housing, for example, the bottom disposed inner wall of the housing, at the same time forms the common base element.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Turboverdichters sind der Radialturboverdichter sowie der Motor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse aus mehreren miteinander verbindbaren Teilgehäusen, oder aus einem im wesentlichen einzigen Gehäuse besteht. Vorteilhafterweise ist im einen Teilgehäuse die gesamte Antriebsvorrichtung und in einem weiteren Teilgehäuse der gesamte Radialturboverdichter angeordnet, wobei diese Teilgehäuse vorzugsweise derart gegenseitig angepasst ausgestaltet sind, dass diese direkt gegenseitig zentrierbar und fest verbindbar sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das gemeinsame Gehäuse derart steif ausgestaltet, dass der gesamte Turboverdichter umfassend den Radialturboverdichter, den Motor usw. durch das gemeinsame Gehäuse gegenseitig im wesentlichen verschiebungsfrei gelagert ist, sodass das gemeinsame Gehäuse, beispielsweise ausgestaltet als ein Rohr, ohne äusserliche Abstützung, oder mit nur einer oder zwei Abstützungen auf einem Untergrund abstützbar ist. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass die Möglichkeit stationärer und/oder instationärer Verlagerungen der Lagerstellen weitgehendst unterbunden sind, weshalb auch eine Lagereinstellung vor Ort entfällt, sodass die Herstellung und die Inbetriebsetzung des Turboverdichters kostengünstiger erfolgt. Sollte im gemeinsamen Gehäuse trotzdem eine geringfügige Verlagerung der einzelnen Wellen beziehungsweise der statisch angeordneten Teile des Motors oder des Radialturboverdichters im gemeinsamen Gehäuse auftreten, so besteht auch die Möglichkeit diese Abweichung dank der Verwendung elektromagnetischer Radiallager zu kompensieren.In an advantageous embodiment of the turbocompressor are the Radial turbo compressor and the engine in a common housing arranged, wherein the housing of a plurality of interconnected Part housings, or consists of a substantially single housing. Advantageously, in a partial housing, the entire drive device and in a further sub-housing of the entire radial turbocompressor arranged, wherein these sub-housing preferably so mutually Adapted are designed so that they are directly centered and mutually firmly connectable. In an advantageous embodiment, this is common housing designed so stiff that the entire Turbo compressor comprising the radial turbo compressor, the engine, etc. through the common housing mutually substantially free of displacement is stored, so that the common housing, designed for example as a pipe, without external support, or with only one or two Supports can be supported on a substrate. This arrangement has the advantage that the possibility stationary and / or unsteady Displacements of the bearings are largely prevented, which is why Also a camp setting on site is eliminated, so that the production and the Commissioning of the turbocompressor is cheaper. Should be in common housing nevertheless a slight shift of the individual waves or the statically arranged parts of Motor or radial turbocompressor in the common housing, so there is also the possibility of this deviation thanks to the use Electromagnetic radial bearing to compensate.
Der aus Fig. 1 bekannte Turboverdichter besteht aus einem separaten Motor mit einem eigenen Gehäuse, sowie aus einem Radialturboverdichter mit einem weiteren, eigenen Gehäuse. Bei dieser bekannten Anordnung stellt die gegenseitige Bewegung der Gehäuse beziehungsweise die Verlagerung der einzelnen Wellen ein erhebliches Problem dar, welches dadurch verursacht wird, dass jedes Gehäuse individuell am Boden verankert ist. Durch unterschiedliche thermische Dehnungen oder sonstige einwirkende Kräfte auf die einzelnen Gehäuse verändert sich deren Lage. Die erfindungsgemässe Anordnung von Motor und Radialturboverdichter auf einem gemeinsamen Basiselement, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse, weist den Vorteil auf, dass das Basiselement beziehungsweise das Gehäuse die Referenz für die Lagerung bildet, und daher eine gegenseitige Veränderung der Lage von Motor und Radialturboverdichter weitgehend ausgeschlossen ist. The known from Fig. 1 turbo compressor consists of a separate motor with its own housing, as well as from a radial turbo compressor with another, own housing. In this known arrangement represents the mutual movement of the housing or the displacement of the individual waves is a significant problem that causes thereby is that each housing is anchored individually to the ground. By different thermal expansions or other forces acting on The individual housing changes their position. The inventive Arrangement of engine and radial turbocompressor on a common Base element, in particular in a common housing, has the Advantage on that the base element or the housing the Reference for storage, and therefore a mutual change the position of engine and radial turbocompressor largely excluded is.
Der Turboverdichter umfassend eine Mehrzahl von Teilgehäusen weist die Vorteile auf:
- dass der Zusammenbau des gesamten Turboverdichters sehr einfach ist,
- dass in jedem Teilgehäuse eine rotierbaren Einheit angeordnet ist, welche separat balanciert und ausgewuchtet werden kann,
- dass jedes Teilgehäuse mit der sich darin befindlichen rotierbaren Einheit auch von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden kann. Insbesondere kann der Elektromotor und der Radialturboverdichter von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden.
- dass der Unterhalt des Turboverdichters einfacher und kostengünstiger ist.
- that the assembly of the entire turbocompressor is very easy,
- a rotatable unit, which can be balanced and balanced separately, is arranged in each part housing,
- that each sub-housing with the rotatable unit located therein can also be obtained from different suppliers. In particular, the electric motor and the radial turbocompressor can be obtained from different suppliers.
- that the maintenance of the turbocompressor is easier and less expensive.
Die Erfindung wird im weiteren an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Gegenstände betreffen. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Anordnung eines bekannten Turboverdichters;
- Fig. 2
- ein Längsschnitt eines Turboverdichters mit einem Elektromotor sowie einem Radialturboverdichter;
- Fig. 3
- ein Längsschnitt eines Turboverdichters mit beidseitig angeordneten Radialturboverdichtern;
- Fig. 4
- ein weiterer Längsschnitt eines Turboverdichters mit beidseitig angeordneten Radialturboverdichtem;
- Fig. 5
- ein Längsschnitt durch die Verbindungsstelle zweier Teilgehäuse;
- Fig. 6
- ein Längsschnitt eines schematisch dargestellten Gehäuses bestehend aus drei Teilgehäusen;
- Fig. 7
- ein Längsschnitt eines Turboverdichters mit separatem Kühlsystem.
- Fig. 1
- a schematic arrangement of a known turbocompressor;
- Fig. 2
- a longitudinal section of a turbocompressor with an electric motor and a radial turbocompressor;
- Fig. 3
- a longitudinal section of a turbocompressor with radial turbochargers arranged on both sides;
- Fig. 4
- a further longitudinal section of a turbocompressor with radial turbochargers arranged on both sides;
- Fig. 5
- a longitudinal section through the junction of two sub-housing;
- Fig. 6
- a longitudinal section of a schematically illustrated housing consisting of three sub-housings;
- Fig. 7
- a longitudinal section of a turbocompressor with separate cooling system.
Fig. 1 zeigt schematisch einen bekannten Turboverdichter 1, welcher einen
Radialturboverdichter 3 mit einer Welle 3a sowie einen antreibenden
Elektromotor 2 mit einer Welle 2a umfasst. Die Welle 3a des
Radialturboverdichters 3 ist durch zwei Radiallager 5 beidseitig gelagert.
Ebenso ist die Welle 2a des Elektromotors 2 durch je zwei Radiallager 5
beidseitig gelagert. Die beiden Wellen 2a, 3a sind über eine Kupplung 4
umfassend zwei Kupplungsteile 4a und ein flexibles Zwischenstück 4b
verbunden, sodass der Elektromotor 2 über die Welle 2a und die Kupplung 4
die Welle 3a des Radialturboverdichters 3 antreibt.Fig. 1 shows schematically a known turbocompressor 1, which a
Fig. 2 zeigt einen Turboverdichter 1, welcher in einem hermetisch
abgedichteten Druckgehäuse 6 angeordnet ist, wobei je eine das
Druckgehäuse 6 durchdringende Zuleitung 6c und Ableitung 6d vorgesehen
ist, um den Radialturboverdichter 3 fluidleitend mit einer ausserhalb des
Druckgehäuses 6 angeordneten Vorrichtung zu verbinden. Der Elektromotor
2 umfasst den Rotor 2b sowie den Stator 2c, wobei der Rotor 2b Teil der
Motorwelle 2a ist, und die Motorwelle 2a beidseitig im elektromagnetischen
Radiallager 5, umfassend je eine Abstützvorrichtung 5a sowie eine
elektromagnetische Spule 5b, in radialer Richtung gelagert ist. Die
Motorwelle 2a weist gegen den Radialturboverdichter 3 hin ein Axiallager 7
auf, welches eine Teil der Motorwelle 2a bildende Scheibe 2d sowie
elektromagnetische Spulen 7a umfasst. Die Motorwelle 2a ist an deren
Endabschnitt über eine Kupplung 4 mit dem Läufer 3a des
Radialturboverdichters 3 verbunden, wobei der gegenüberliegende
Endabschnitt des Läufers 3a in einem Radiallager 5 gelagert ist. Die
Motorwelle 2a sowie der Läufer 3a bilden eine gemeinsame Welle 13. In
Verlaufsrichtung des Läufers 3a sind zwei Verdichterräder 3b angeordnet,
welche eine erste Verdichtungsstufe 3c sowie eine zweite Verdichtungsstufe
3d ausbilden. Nicht dargestellt sind die Leitschaufeln 3f des
Radialturboverdichters 3. Der Hauptmassenstrom 8 des zu komprimierenden
Fluides, vorzugsweise in Form eines Gases, tritt über die Eintrittsöffnung 6a
und die Zuleitung 6c in die erste Verdichtungsstufe 3c ein und wird
nachfolgend zur zweiten Verdichtungsstufe 3d und nachfolgend über die
Ableitung 6d zur Austrittsöffnung 6b geleitet. Ein geringer Bruchteil des
Hauptmassenstroms 8 wird an der Austrittsstelle der ersten
Verdichtungsstufe 3c über eine Verbindungsleitung 11 abgeleitet und als
Kühlgasmassenstrom 9 einer Filtervorrichtung 10 zugeleitet, welche den
Kühlgasmassenstrom 9 von Verunreinigungen reinigt, und den gereinigten
Kühlgasmassenstrom 9 als Kühlmittel den elektromagnetischen Radiallagem
5 sowie dem Elektromotor 2 zuführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Kühlgasmassenstrom 9 in Längsrichtung des Gehäuses fliessend,
dem Radiallager 5 und nachfolgend dem Elektromotor 2 sowie dem weiteren
Radiallager 5 zugeführt, wobei das Kühlgas vorzugsweise zwischen der
Welle 2a und dem jeweiligen Magnet 5b, 2c durchgeführt wird. Der
Kühlgasmassenstrom 9 mündet zur Ansaugseite der ersten
Verdichtungsstufe 3c, wir von dieser wiederum komprimiert, und wird als
Hauptmassenstrom 8 und/oder als Kühlgasmassenstrom 9 weiter gefördert.
Die Verbindungsleitung 11 und die Filtervorrichtung 10 können innerhalb
oder ausserhalb des Druckgehäuses 6 verlaufend angeordnet sein. Der
Turboverdichter 1 gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist
den Vorteil auf, dass keine Dichtung der Motorwelle 2a beziehungsweise des
Läufers 3a gegenüber Atmosphäre erforderlich ist. Zudem ist keine Dichtung
zwischen zwischen dem Motor 2 und der ersten Verdichtungsstufe 3c
erforderlich. Der Elektromotor 2 ist dabei derart auszulegen, dass dieser mit
Saugdruck oder mit Stillstanddruck betreibbar ist.Fig. 2 shows a turbocompressor 1, which in a hermetic
sealed
Der Turboverdichter 1 könnte natürlich eine Mehrzahl von in Verlaufsrichtung
des Läufers 3a beabstandet angeordneten Verdichterräder 3b aufweisen, so
beispielsweise auch gesamthaft vier, sechs, acht oder zehn Verdichterräder
3b. Der zu erzielende Kompressionsdruck ist nach oben weitgehend offen,
wobei durch eine entsprechende Anzahl in Serie geschalteter
Verdichterräder 3b beispielsweise ein Kompressionsdruck von 600 Bar
erreichbar ist. Der Turboverdichter 1 könnte auch einen oder mehrere weitere
Radialturboverdichter 3 und/oder Elektromotoren 2 umfassen, welche in
Verlaufsrichtung des Läufers 3a;2a angeordnet sind, wobei alle Läufe 3a;2a
eine gemeinsame Welle ausbilden. Diese gemeinsame Welle könnte durch
Radiallager, insbesondere magnetische Radiallager 5 gelagert sein, wobei
zwischen je einem Radialturboverdichter 3 vorzugsweise ein einziges
Radiallager 5 angeordnet ist. Vorzugsweise sind alle Radialturboverdichter 3
gemeinsam mit dem Elektromotor 2 oder den Elektromotoren 2 in einem
gemeinsamen, einzigen Druckgehäuse 6 angeordnet. The turbo-compressor 1 could, of course, a plurality of in the direction of travel
of the
Die elektromagnetischen Radiallager 5 sowie die den Radiallagern 5
zugeordneten Abschnitte der Wellen 2a und 3a weisen weitere, für einen
Fachmann selbstverständliche und daher nicht dargestellte Komponenten
auf, um ein elektromagnetisches Radiallager 5 auszubilden, wie elektrische
Spulen, ferromagnetische Teile usw. Dasselbe gilt für den Elektromotor 2,
welcher ebenfalls nur schematisch dargestellt ist.The electromagnetic
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines
Turboverdichters 1 umfassend zwei Radialturboverdichter 3, wobei an jeder
Seite des Elektromotors 2 je ein Radialturboverdichter 3 angeordnet und
dessen Läufer 3a über eine Kupplung 4 mit der Motorwelle 2a verbunden ist.
Es ist nur die obere Hälfte des Turboverdichters 1 dargestellt. Es werden nur
die gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wesentlichen
Unterschiede im Detail beschrieben. Die gesamte Welle umfassend die
Motorwelle 2a sowie die beiden Läufer 3a ist durch vier, in Längsrichtung der
gesamten Welle verteilt angeordnete elektromagnetische Radiallager 5
gelagert. Der links angeordnete Radialturboverdichter 3 ist als
Niederdruckteil angeschlossen und weist sechs Verdichterräder 3b auf. Der
rechts angeordnete Radialturboverdichter 3 ist als Hochdruckteil
angeschlossen und weist fünf Verdichterräder 3b auf. Ebenfalls dargestellt
sind die Leitschaufeln 3f. Der Hauptmassenstrom 8 tritt über die Zuleitung 6c
in den Niederdruckteil ein, und wird nach dem Komprimieren über eine
Verbindungsleitung 12 dem Hochdruckteil zugeführt, wobei der
Hauptmassenstrom 8 den Hochdruckteil nach dem Komprimieren über die
Ableitung 6d verlässt. Ein geringer Teil des Hauptmassenstroms 8 wird nach
der ersten Verdichtungsstufe 3c als Kühlgasmassenstrom 9 in die
Verbindungsleitung 11 geleitet, wobei dieser Kühlgasmassenstrom 9 nach
dem Durchfliessen des Filters 10 dem an der rechten Seite des Elektromotors
2 angeordneten Innenraum 9c zugeführt wird, und danach in Längsrichtung
der Motorwelle 2a strömend über den Innenraum 9b der Saugöffnung der
ersten Verdichtungsstufe 3c zufliesst. Somit wird ein Teil des sich im
Radialturboverdichters 3 befindlichen Prozessgases zur Kühlung des
Elektromotors 2 abgeleitet und verwendet.Fig. 3 shows a longitudinal section of another embodiment of a
Turbo compressor 1 comprising two
Zwischen dem rechts angeordneten Radialturboverdichter 3 sowie dem
Elektromotor 2 ist am Läufer 3a eine berührungsfreie Dichtung 19
angeordnet, um den Innendruck an der rechten Seite des Elektromotors 2
entsprechend tief zu halten. Der Elektromotor 2 ist wiederum ausgelegt, um
bei einem Saugdruck oder einem Stillstanddruck betreibbar zu sein. Die
Verbindungsleitung 12 und/oder die Verbindungsleitung 11 als auch die
Filtervorrichtung 10 könnten auch vollständig innerhalb des Gehäuses 6
verlaufend angeordnet sein.Between the right arranged
Die Radialturboverdichter 3 können beispielsweise auch in einer back to
back" Anordnung angeordnet sein, mit anderen Worten derart, dass die
durch die beiden Radialturboverdichter 3 auf die Welle bewirkten Kräfte in
entgegengesetzter Richtung wirken, um derart die in Verlaufsrichtung der
Motorwelle 2a wirkenden Schubkräfte zu kompensieren und zu reduzieren.The
Das Gehäuse 6 setzt sich in den Ausführungsformen gemäss Fig. 3 und 4
aus den drei Teilgehäusen 6e, 6f, 6g zusammen, wobei die Teilgehäuse 6e,
6g Teil des Radialturboverdichters 3 bilden und das Teilgehäuse 6f Teil des
Motors 2 bildet. Die Teilgehäuse 6e, 6f, 6g sind derart gegenseitig angepasst
ausgestaltet, dass sie, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, fest
miteinander verbindbar sind, beispielsweise mittels Schrauben. An diesen
Verbindungsstellen können zudem Dichtungen angeordnet sein, um den
Innenraum des Gehäuses 6 hermetisch abzudichten, sodass nur noch über
die vorgesehenen Leitungen 6c, 6d, 11, 12 oder entsprechende Flansche
eine Fluid leitende Verbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses 6
und dem Aussenraum besteht, wobei bedingt durch die in Fig. 3 und 4
dargestellte Anordnung der Leitungen 11 und 12 nur durch die Leitungen 6c,
6d und gegebenenfalls durch die Ableitung 6i eine fluidleitende Verbindung
zum Aussenraum besteht. Die Verbindungsstellen können zudem derart
gegenseitig angepasst ausgestaltet sein, dass sich benachbart angeordnete
Teilgehäuse beim Zusammenschieben und Verbinden bezüglich der
Längsachse des Turboverdichters 1 selbsttätig gegenseitig zentrieren. Die
beiden Teilgehäuse 6e, 6g weisen in der Aussenwand je eine Öffnung 23a
auf, welche mit einem Deckel 23b gasdicht verschliessbar ist. In Fig. 3 ist die
im Teilgehäuse 6g angeordnete Öffnung 23a mit Deckel 23b dargestellt. Der
Turboverdichter 1 wird vorzugsweise derart vorgefertigt, dass der
Radialturboverdichter 3 in das jeweilige Teilgehäuse 6e, 6g eingebaut wird
und der Elektromotor 2 in das Teilgehäuse 6f eingebaut wird. Die derart
vorkonfigurierten Teilgehäuse 6e, 6f, 6g werden im zusammengesetzten
Zustand zum Anwendungsort transportiert. Der Zusammenbau des
Turboverdichters 1 ist wie folgt: Nachdem die Teilgehäuse 6e, 6f, 6g über die
Flansche 6k, 6l fest miteinander verbunden sind, werden die Welle 3a und
der Rotor 2b an der von Aussen durch die Öffnung 23a zugänglichen
Kupplung 4 fest miteinander verbunden. Danach wird die Öffnung 23a mit
dem Deckel 23b fest und gasdicht verschlossen. Die an der Kupplung 4
verwendeten Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, sind an sich
bekannt und daher nicht im Detail dargestellt.The
Der in Fig. 4 dargestellte Turboverdichter 1 weist, an sonst im wesentlichen
gleich ausgestaltet wie der Turboverdichter gemäss Fig. 3, im Gehäuseteil 6e
eine mit den Innenraum 9b fluidleitend verbundene Austrittsöffnung 6h sowie
eine daran anschliessend angeordnete Ableitung 6i auf, durch welche der
Kühlgasmassenstrom 9 sowie ein geringfügiger Anteil des
Hauptmassenstroms 9a austritt und beispielsweise einer Anlage fremden
Prozessquelle zugeführt wird. Diese Anordnung weist gegenüber dem
Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 den Vorteil auf, dass der Druck in der der
Ableitung 6i nachfolgenden Vorrichtung unabhängig vom Druck im
Radialturboverdichter 3 ist, wobei dieser Druck vorzugsweise derart gewählt
ist, dass die Motorkühlung auf einem tieferen Druckniveau erfolgt als in der
Ausführungsform gemäss Fig. 3, was den Vorteil ergibt, dass die zwischen
den rotierenden und den statischen Teilen auftretenden Dissipationsverluste
im Motor 2 vermindert sind. Zwischen dem Motor 2 und dem
Radialturboverdichter 3 ist beidseitig eine Dichtung 19 angeordnet. Die
Ableitung 6i kann beispielsweise einem Kompressor 24 zugeführt werden,
welcher den Massenstrom 9, 9a komprimiert wieder der Eintrittsöffnung 6a
zuführt. Der vom Kompressor in der Ableitung 6i erzeugte Saugdruck kann
beispielsweise tiefer als 50 Bar sein.The turbocompressor 1 shown in Fig. 4, in otherwise substantially
the same configuration as the turbocompressor according to FIG. 3, in the
In Fig. 4 ist zudem eine Regelvorrichtung 17 dargestellt, welche zumindest
zum Ansteuern der elektromagnetischen Radiallager 5 sowie des Motors 2
dient. Im Bereich der Radiallager 5 sind Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d
angeordnet, welche die Lage der gesamten Welle 13 bzw. der Teilwellen 2a,
3a bezüglich der Radiallager 5 erfassen, wobei die Sensoren 16a, 16b, 16c,
16d über elektrische Leitungen 16e, 16f, 16g, 16h mit der Regelvorrichtung
17 verbunden sind. Zur Ansteuerung der magnetischen Spulen der
Radiallager 5 sind elektrische Leitungen 15a, 15b, 15c, 15d angeordnet,
welche mit der Regelvorrichtung 17 verbunden sind. Zudem ist eine
elektrische Leitung 15e vorgesehen, welche die Regelvorrichtung 17 über
eine nicht dargestellte Leistungselektronik mit der Wicklung des
Elektromotors 2 verbindet.In Fig. 4 also a
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gehäuse 6, wobei die
Verbindungsstelle zweier Teilgehäuse 6e, 6f dargestellt ist. Der Flansch 6k
des ersten Teilgehäuses 6e weist eine derart ausgestaltete Ausnehmung auf,
dass der Flansch 6I des zweiten Teilgehäuses 6f darin eine Aufnahme findet,
wobei die gegenseitige Lage der beiden Teilgehäuse 6e, 6f beim
Zusammenfügen durch die Flansche 6k, 6l gegenseitig zentriert werden. Die
Flansche 6k, 6l werden durch mehrere in Umfangsrichtung verteilt
angeordnete Schrauben 6m mit Mutter 6n zusammengehalten, wobei an der
Stirnseite der Flansche 6k, 6l eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut
vorgesehen ist, in welcher ein Dichtelement 6o angeordnet ist, um den durch
die beiden Teilgehäuse 6e, 6f begrenzten Innenraum gegen aussen
abzudichten.Fig. 5 shows a longitudinal section through a
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt eines schematisch dargestellten Gehäuses 6
bestehend aus drei Teilgehäusen 6e, 6f, 6g mit Flanschen 6k, 6l sowie einer
Zuleitung 6c und einer Ableitung 6d. Das Gehäuse 6 ist über zwei
Abstützelemente 18a, 18b auf einen Untergrund 14 abgestützt. Innerhalb des
Gehäuses ist ein Basiselement 6p angeordnet, welches eine steife, in
Längsrichtung des Gehäuses 6 verlaufende Abstützung, insbesondere eine
Abstützfläche ausbildet, auf welchem die elektromagnetischen Radiallager 5
angeordnet sind. Die Funktion des Basiselemente 6p ist eine möglichst
stabile und vorzugsweise Temperatur unempfindliche Referenzebene zu
bilden, auf welcher zumindest einige Radiallager 5 angeordnet sind. Das
Basiselement 6p kann in einer Vielzahl von Ausführungsformen ausgestaltet
sein, so beispielsweise als feste, massive Platte, als Träger oder als
Gitterrost. Auf dem Basiselement 6p können weitere Komponenten wie der
Elektromotor 2 oder der Radialturboverdichter 3 verankert sein. Die
Verwendung eines Basiselemente 6p ermöglicht die elektromagnetischen
Radiallager 5 gegenseitig sehr präzise und insbesondere genau fluchtend
anzuordnen. Die gemeinsame Anordnung der Radiallager 5 auf dem
Basiselement 6p weist den Vorteil auf, dass die auf Grund von angreifenden
Zug-, Druck- oder Scherkräften oder durch Temperatureinflüsse bedingten
gegenseitigen Verschiebungen der Radiallager sehr gering ausfallen. Zudem
kann diese Anordnung sehr schnell betriebsbereit aufgestellt werden. Bei der
aus Fig. 1 bekannten Anordnung war es erforderlich die beiden separaten
Vorrichtungen Elektromotor 2 und Radialturboverdichter 3 getrennt
aufzustellen und in einem zeitaufwendigen Verfahren genau gegenseitig
auszurichten, damit die Wellen 2a, 3a fluchtend angeordnet sind. Trotz
dieses Aufwandes können sich der Elektromotor 2 und/oder der
Radialturboverdichter 3 beziehungsweise deren Radiallager bedingt
beispielsweise durch einwirkende Kräfte, eine Verschiebung des
Untergrundes oder Temperaturänderungen gegenseitig verschieben.6 shows a longitudinal section of a schematically illustrated
Die durch elektromagnetische Radiallager erzeugbare Lagerkraft ist
wesentlich geringer als die durch bekannte, hydrodynamische Lager
erzeugbare Lagerkraft. Deshalb ist auch die genaue gegenseitige
Ausrichtung der elektromagnetischen Radiallager sowie das Verhindern einer
gegenseitigen Verschiebung der Radiallager von zentraler Bedeutung. Das
elektromagnetische Radiallager wird üblicherweise derart betrieben, dass die
Welle in der geometrischen Mitte des Radiallagers gehalten wird. Ein
gegenseitige Verschieben der Radiallager hat zur Folge, dass das
Radiallager erhebliche Kräfte aufzuwenden hat, um die Welle trotzdem in der
geometrischen Mitte zu halten. Da das elektromagnetische Radiallager relativ
bald in den Zustand einer magnetischen Sättigung gelangt, verfügt das
Radiallager in dieser Situation über geringere, zum Tragen der Welle zur
Verfügung stehende Kräfte. Dieser Effekt verringert die Betriebssicherheit
des Turboverdichters, wobei das elektromagnetische Radiallager im
Extremfall nicht mehr in der Lage ist die Welle zu tragen. Daher ist es bei der
Verwendung von elektromagnetischen Radiallagern von zentraler Bedeutung,
dass diese möglichst genau fluchtend angeordnet sind, und dass sie derart
angeordnet sind, dass ein gegenseitiges Verschieben der Radiallager auch
während dem Betrieb des Turboverdichters nach Möglichkeit verhindert wird.
Daher ist es auch vorteilhaft, wenn die elektromagnetischen Radiallager in
Verlaufsrichtung der gemeinsamen Welle 13 einen grösseren gegenseitigen
Abstand aufweisen. Bei der bekannten Ausführungsform gemäss Fig. 1
weisen die beiden mittleren Radiallager 5 einen relativ geringen
gegenseitigen Abstand auf, sodass bei einem gegenseitigen Versatz dieser
beiden mittleren Radiallager 5 das Problem auftreten kann, dass diese in
radialer Richtung gegeneinander wirkende Kräfte erzeugen, was bewirkt,
dass die noch zum Tragen zur Verfügung stehende Restkraft des
elektromagnetischen Radiallagers geringer ist oder gar nicht mehr zur
Verfügung steht.The bearing force generated by electromagnetic radial bearings is
much lower than that of known hydrodynamic bearings
producible bearing force. That is why the exact mutual
Alignment of electromagnetic radial bearings and preventing a
mutual displacement of the radial bearings of central importance. The
Electromagnetic radial bearing is usually operated such that the
Shaft is held in the geometric center of the radial bearing. One
mutual displacement of the radial bearing has the consequence that the
Radial bearing has to expend considerable forces to the shaft anyway in the
to hold geometric center. Since the electromagnetic radial bearing relative
it soon gets into the state of magnetic saturation
Radial bearing in this situation over lower, to carry the shaft to
Available forces. This effect reduces the operational safety
the turbocompressor, the electromagnetic radial bearing in the
Extreme case is no longer able to carry the shaft. Therefore it is with the
Use of electromagnetic radial bearings of central importance
that they are arranged as precisely as possible in alignment, and that they are so
are arranged that a mutual displacement of the radial bearing also
is prevented as far as possible during operation of the turbocompressor.
Therefore, it is also advantageous if the electromagnetic radial bearings in
Course of the common shaft 13 a larger mutual
Have distance. In the known embodiment according to FIG. 1
have the two central
Fig. 7 zeigt einen Turboverdichter 1 mit einem im Vergleich zur
Ausführungsform gemäss Fig. 4 separat gekühlten Elektromotor 2. Dabei ist
zwischen dem Druckteil des Radialturboverdichters 3 und dem Elektromotor
2 je ein System mit einer Doppeldichtung, umfassend eine
Trockengasdichtung 19 und nachfolgend eine Dichtung 20, angeordnet,
wobei zwischen den beiden Dichtungen 19, 20 ein Auslass 21, als Vent
(Austritt an die Atmosphäre ohne Gasverbrennung) oder Flare (Austritt an die
Atmosphäre mit Gasverbrennung) ausgestaltet, angeordnet ist, welcher durch
die Gehäusewand 6 verläuft. Der Elektromotor 2 weist einen separaten,
durch die Dichtungen 19, 20 vom Radialturboverdichter 3 getrennten
Kühlkreislauf auf, welcher eine Verbindungsleitung 11 sowie einen Kühler 22
umfasst. Der den Elektromotor 2 kühlende Kühlgasmassenstrom 9 fliesst
zwischen dem Stator 2c und dem Rotor 2b in Längsrichtung, wird im Bereich
des einen Endes 9b des Elektromotors 2 aus dem Gehäuse 6 in die
Verbindungsleitung 11 geleitet, und wird nach dem Durchströmen des
Kühlers 22 und der nachfolgend angeordneten Verbindungsleitung 11 am
anderen Ende 9c des Elektromotors 2 wieder in das Gehäuse 6 geleitet.
Nicht dargestellt sind weitere Komponenten dieses Kreislaufes, wie eine das
Kühlgas antreibende Vorrichtung. Eine Zuleitung 9d führt zusätzliches
Kühlgas zu, um beispielsweise die über die Ableitung 21 abfliessenden
Kühlgasanteile zu kompensieren. Als Kühlgas ist insbesondere ein nicht
aggressives Gas wie Stickstoff geeignet. Die Anordnung gemäss Fig. 7 ist
beispielsweise dann vorteilhaft, wenn kein Prozessgas auf einem tiefen
Druckniveau zur Kühlung des Elektromotors 2 zur Verfügung steht, oder
wenn das Prozessgas aggressive Eigenschaften aufweist oder verschmutzt
ist, beispielsweise durch flüssige Gasunreinheiten, sodass dieses
beispielsweise Teile des Elektromotors 2, wie die Welle 2a oder die
elektrische Isolation, beschädigen könnte. Der Kühlkreislauf des
Elektromotors 2 kann derart ausgelegt sein, dass dieser einen Druck im
Bereich des atmosphärischen Druckes oder leicht darüber aufweist. Wie in
Fig. 7 dargestellt kann der Kühlkreislauf derart ausgelegt sein, dass ein
geringer Anteil des Kühlgasmassenstroms 9 über die Dichtung 20 zum
Auslass 21 gelangt. Dadurch bleibt gewährleistet, dass der
Kühlgasmassenstrom 9 nicht durch Fremdgase verunreinigt wird. Im
Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 fliesst zudem ein geringer Anteil des
Prozessgases 8 über die Dichtung 19 zum Auslass 21. Dem Auslass 21 kann
ein sogenanntes Flare oder Vent nachgeordnet sein, um die aus dem
Auslass 21 austretenden Gase unverbrannt abzuführen (Vent) oder über eine
nachfolgende Verbrennung (Flare) abzuführen, insbesondere an die Umwelt
abzugeben.Fig. 7 shows a turbocompressor 1 with a compared to
Embodiment according to FIG. 4 separately cooled
Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 7 ist darin zu sehen, dass
das Kühlgas 9 einen geringen Druck aufweist und/oder dass als Kühlgas ein
günstiges oder problemlos handhabbares Gas verwendbar ist, insbesondere
ein Gas ohne aggressive Eigenschaften.An advantage of the embodiment according to FIG. 7 can be seen in that
the cooling
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Turboverdichters 1 ist darin zu sehen,
dass der Elektromotor 2 und der Radialturboverdichter 3 zusammen mit den
entsprechenden Gehäuseteilen 6e, 6f vormontierbar sind, sodass der
Turboverdichter 1 als ein Gehäuse 6 beziehungsweise als eine Einheit zum
Aufstellungsort transportierbar und dort aufstellbar ist.An advantage of the turbocompressor 1 according to the invention can be seen therein
that the
Die in den Figuren 3, 4 und 7 ausserhalb des Gehäuses 6 verlaufenden
Leitungen 11, 12 sowie die dazu gehörenden Komponenten 22, können in
einer weiteren Ausgestaltungsform auch innerhalb des Gehäuses 6
verlaufend angeordnet sein.The extending in Figures 3, 4 and 7 outside the
Claims (15)
- Turbo-compressor (1) comprising an electric motor (2), a multi-stage centrifugal compressor (3) as well as a common shaft (13) wherein part of shaft (13) is designed as rotor (2b) of electric motor (2), and where another section of shaft (13) is designed as impeller (3e) of centrifugal compressor (3) wherein impeller (3e) comprises a compressor shaft (3a) as well as compressor wheels (3b) which are connected with said shaft, and wherein several electro-magnetic radial bearings (5) are arranged with spacing in the running direction of shaft (13) to bear shaft (13), and wherein a single electro-magnetic radial bearing (5) is arranged between rotor (2b) of electric motor (2) and compressor wheel (3b), and wherein electric motor (2), centrifugal compressor (3), shaft (13) as well as radial bearings (5) are arranged in a common casing (6) which is gas-tight towards the outside, characterized in that casing (6) is composed of several part casings (6e, 6f, 6g) which can be permanently connected with each other, that electric motor (2) is located in a part casing (6f) and centrifugal compressor (3) in a part casing (6e, 6g), and that rotor (2b) of electric motor (2) as well as impeller (3e) of centrifugal compressor (3) are connectable through a coupling (4) arranged between rotor (2b) of electric motor (2) and compressor wheel (3b) to form a common shaft (13).
- Turbo-compressor (1) according to claim 1, characterized in that at least one part casing (6e, 6f, 6g) has a lockable port (23a) which is arranged in the area of coupling (4).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that coupling (4) is axially arranged in the area of connection points (6k, 61) of two part casings (6e, 6f, 6g).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that radial bearings (5) rest on a common basic element (6p).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that common casing (6), in which electric motor (2), centrifugal compressor (3), shaft (13) as well as radial bearings (5) are located, comprises a basic element (6p) on which radial bearings (5) rest.
- Turbo-compressor (1) according to claim 4 or 5, characterized in that part of the inside of casing (6) forms basic element (6p).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that coupling (4) has a very high stiffness to give shaft (13) in longitudinal direction a high and in particular homogeneous stiffness.
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that at both sides of rotor (2b) of electric motor (2) there is a multi-stage centrifugal compressor (3) with one impeller (3e) each.
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that common casing (6) is provided with feed line (6c), which coming from outside ends in centrifugal compressor (3), and with discharge line (6d) in order to connect fluid-conducting devices located outside casing (6) with centrifugal compressor (3).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that electric motor (2) is designed as a motor resistant to suction pressure, and that electric motor (2) is connected at its suction-side end in a fluid-conducting form with the inlet of a certain stage (3c, 3d) of centrifugal compressor (3), and that the other end of electric motor (2) is connected in a fluid-conducting form with the outlet of the certain stage (3c, 3d) or a following stage of centrifugal compressor (3), where the first stage (3c) is with preference selected as certain stage (3c, 3d).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that no sealing system is located between electric motor (2) and centrifugal compressor (3) which is arranged at the suction-side end of electric motor (2).
- Turbo-compressor (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that a sealing system (19,20) is located between centrifugal compressor (3) and electric motor (2), and that electric motor (2) is provided with a separate cooling circuit (22,11).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that an axial bearing (7) acting on shaft (13) is arranged in longitudinal direction of shaft (13) especially between electric motor (2) and centrifugal compressor (3).
- Turbo-compressor (1) according to one of the above claims, characterized in that probes (16a, 16b, 16c) are arranged along shaft (13) to record the position of shaft (13), and that a control device (17) is provided which is connected with probes (16a, 16b, 16c) to transmit signals, and that electro-magnetic radial bearings (5) are provided with electro-magnetic coils (5b) which are connected with control device (17) to transmit signals.
- Equipment comprising a turbo-compressor according to one of the above claims.
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